一、引言
目前市场上的低温工况阀门需求日益增长，旋启式止回阀作为依靠介质作用实现密封的阀门类型，在低温介质环境下对密封产生巨大了挑战。由于低温介质对密封性能的影响极大，因此对阀门本身的性能提出了更高的要求。在实际生产中，超低温试验的一次性试验合格率一直以来都比较低。本文从实验的角度研究影响超低温实验的关键因素。
二、试验要求
1. 本次试验严格按照BS6364标准执行。
2. 试验阀门应浸入-196℃液氮中冷却，液氮的高度应盖过阀体与阀盖连接法兰的上端，冷却过程中应保证氦气的纯度。冷却期间应适当放置热电偶监测阀体和阀盖的温度。
3. 阀门做超低温试验前应先通过常温试验，完成超低温试验后阀门应返回常温后再次检查常温泄漏量。
4. 为保证实验结果的稳定性，要求试验阀门能够在超低温工况下做到介质5次反冲后再次检查泄漏量。
三、试验计划
本次试验选取了两种规格共4台阀门进行试验，阀门规格为：2in CL300及8in CL300；每种规格分别制造一台常规设计的阀门和一台超低温设计的阀门；阀门均按API 594的要求进行设计。所有阀门装配前均需要对阀瓣、阀体与阀座的焊接件进行深冷处理，深冷处理后再对密封面进行精加工。为了提高旋启式止回阀的超低温试验的一次性试验通过率，我们对超低温组的阀门做了调整设计，调整的内容如下：
1. 为了提高阀瓣与阀座配合之间的稳定性，减小阀门在低温介质冲刷的过程中，阀瓣振动对密封效果的影响。特将超低温组阀门阀体销轴孔与销轴的公差配合由H11/d11调整为H10/d10。这样调整是为了减小销轴孔与销轴之间的间隙，使得此间隙对阀瓣振动的影响最小化。
2. 阀座加工精度调整
在实际生产中，物体的表面平整程度对于密封性能有着直接的影响，平面度是密封面设计中的一个关键质量指标，高精度的平面度能够有效的保证密封副之间的密封效果。因此为了提高密封效果，我们将超低温组的两台止回阀阀座平面度由原10级调整为8级。
调整前 调整后
调整后的两台阀门，密封面实测数据见下面表格。可以看到常规设计的阀门阀座密封面平面度满足10级公差但不满足8级公差。超低温设计的阀门阀座密封面平面度满足8级公差。实测数据均与本研究要求一致。
常规设计与超低温设计阀座密封面平面度实测对比如下表：
3. 阀瓣加工精度调整
阀门能密封的关键因素为互为密封副的两个平面的精度，阀座密封面的平面度提高后，阀瓣密封面的平面度也需要相应地提高。因此，我们将超低温组的两台止回阀阀瓣密封面的平面度由原的10级调整为5级。
调整前 调整后
调整后的两组阀门，密封面实测数据见下面的表格。可以看到常规设计的阀门阀瓣密封面平面度满足10级公差但不满足5级公差。 超低温设计的阀瓣的密封面平面度满足5级公差。实测数据均与本研究要求一致。
常规设计与超低温设计阀瓣密封面平面度实测对比如下表：
四、试验结果
1. 由以下表格中的数据内容可以看到，对于8in CL300的阀门：
1.1 在常温状态下：按本研究调整设计后的泄漏量是常规设计泄漏量的7%；
1.2 在超低温状态下：调整设计的泄漏量是常规设计的泄漏量2%；
1.3 阀门反回常温后再次测量：调整设计的泄漏量是常规设计的泄漏量0.7%；
1.4 超低温组的阀门进行5次反冲后，再次测量的泄漏量：
A、 常温时的泄漏量为反冲前泄漏量的2倍；
B、 超低温状态下的泄漏量为反冲前的2.1倍；
C、 回常温时的泄漏量为反冲前的16倍。
2. 对于2in CL300的阀门：
2.1 在常温状态下：按本研究调整设计的泄漏量是常规设计的泄漏量88%；
2.2 在超低温状态下：调整设计的泄漏量是常规设计的泄漏量8%；
2.3 阀门反回常温后再次测量：调整设计的泄漏量是常规设计的泄漏量25%；
2.4 超低温组的阀门进行5次反冲后，再次测量的泄漏量：
A、 常温时的泄漏量为反冲前泄漏量的2倍；
B、 超低温状态下的泄漏量为反冲前的6倍；
C、 回常温时的泄漏量为反冲前的9倍。
常规设计与调整设计阀门泄露量对比见下表：
五、试验结果分析
3. 调整设计的阀门，在常温状态时泄漏量低于常规设计，且随着口径的加大，阀门泄漏量相对于常规设计的阀门，降低的越来越明显。
4. 常规设计的阀门，超低温泄漏量均不能满足BS6364的要求；口径越大泄漏量与标准泄漏量差距越大。但调整设计的阀门泄漏量均能满足BS6364要求，并且泄漏量能远低于BS6364标准要求的泄漏量。阀门在超低温工况下的密封性能，得到了很大的提升。
5. 超低温试验结束反回常温后，再次测试的泄漏量均低于第一次常温测试。阀门密封的稳定性得到了显著的提高。
6. 阀门经过5次反冲后测试的常温、超低温、回常温的泄漏量均有所提升，但提升量有限，还是远低于BS6364标准的泄漏量。密封性能得到了很好的保障。
六、结论
通过对上述数据的分析，我们可以清楚地看到，提高阀座和阀瓣的平面度对于改善阀门的密封性能具有显著的提升效果。特别是当阀座密封面的平面度由10级提高到8级，阀瓣密封面的平面度由10级提高到5级后，阀门的低温密封性能明显优于预期。特别是大口径阀门的密封性能远优于BS6364标准的要求。因此，超低温阀门提高密封面的平面度可以显著提升旋启式止回阀的超低温测试一次性试验合格率。也能达到更高要求的泄漏率，这对于在超低温旋启式止回阀的密封性能有着举足轻重的作用。
参考文献
1，BS6364-1984 Specification for Valves for cryogenic service
2，ASME B16.34_2013 ValVes-Flanged,Threaded,and Welding End
3， BS1868-1975 Specification for Steel check valves (flanged and butt-welding ends) for the petroleum, petrochemical and allied industrie
4， 机械设计手册（第五版）第1卷
