1、低温阀门的材料选择

低温阀门的工作介质不仅温度低，而且大部分或有毒，或易燃、易爆，而且渗透性强，因此决定了对阀门用材的诸多特殊要求。在低温状态下钢的机械性能与常温时不同，低温用钢，除强度外，最重要的指标就是其低温冲击韧性。材料的低温冲击韧性与材料的脆性转变温度有关，材料的脆性转变温度愈低，材料的低温冲击韧性愈好。碳钢等体心立方晶格的金属材料存在低温冷脆现象，而奥氏体不锈钢等面心立方晶格的金属材料其冲击韧性基本不受低温影响。

低温阀门阀体、阀盖等耐压零件的材料，通常采用低温强度好的韧性材料，同时还要考虑焊接性、机加工性能、稳定性和经济性等因素。工程公司设计时，最常用的是 -46℃、-101℃和-196℃三个低温级别。-46℃低温级一般选用低温碳钢，-101℃和 -196℃低温级一般选用 300系列奥氏体不锈钢，这种不锈钢有适中的强度、较好的韧性和较好的加工性能等。根据 ASMEB31.3 低温阀门常用材料的最低适用温度见表 1。

2、低温阀门的结构设计

1）阀盖结构设计

低温阀门的一个最显注的特点就是其阀盖一般为长颈结构，在 GB/T 24925《低温阀门技术条件》中也有明确规定“低温闸阀、截止阀、球阀、蝶阀的阀盖应根据不同的使用温度要求设计成便于保冷的长颈阀盖结构，以保证填料函底部的温度保持在 0℃以上”。 加长阀盖结构的设计主要是为了使阀门操作手柄和填料函结构远离低温区，既可以避免温度太低造成操作人员冻伤，也可以保证填料函和压套在正常的温度下使用，防止填料的密封性能降低，延长填料的使用寿命。此外，由于低温管道一般有着较厚的保冷层厚度，长颈阀盖便于保冷施工，并使填料压盖处于保冷层外，有利于需要时随时紧固压盖螺栓或添加填料而无需损坏保冷层。

BS6364、MSS SP-134 和 SHELL MESC SPE77/200 标准均对阀盖加长尺寸进行了规定。其中，BS6364 规定了15～ 500带冷箱的加长尺寸 ， 并规定非冷箱最小加长长度应为250mm；MSS SP-134 则包含了15～300的带冷箱和非冷箱的加长尺寸要求，比较而言，非冷箱加长尺寸比 BS6364 规定长，带冷箱加长尺寸比 BS6364 规定短。SHELL MESC SPE 77/200则没有对带冷箱和非冷箱进行区分，规定了15～1200在不同温度范围的长度 。 综合考虑，SHELL MESC SPE 77/200 其加长长度选用范围较宽使用比较方便可靠，如用于低温关键场合可参考 SHELL MESC SPE 77/200 标准进行设计或按设计单位特殊长度要求进行设计。此外，在进行长度选用时还需考虑设计保冷层厚度是否大于该长度，如是则应加长以和保冷厚度匹配。

2）滴水板结构设计

由于阀门内传递是低温介质，为了避免或减少介质温度向阀杆及其上端的填充材料传递，防止这些材料因冻结而失效，可在阀门中增加滴水板结构。一些研究机构对这种带有滴水板结构的阀门进行了实验验证，并证明了带有滴水板的阀门阀盖上端温度较高。由于延长阀盖上部的温度较低，通常情况下阀门暴露在空气中，空气中的水蒸气遇到低温阀盖会液化成水珠，滴水板的直径超过中法兰直径，可以防止低温液化的水蒸气滴落在中法兰螺栓上，避免螺栓锈烛影响在线维修。此外，滴水板需设置在保冷层外侧，可以防止冷凝的水滴落到保冷层及阀体上部，保护保冷层及防止冷量流失。

3、泄压部件的结构设计

对于有密闭中腔结构的低温阀门，当应用在易燃、易爆且容易气化的介质时，对于阀门密封结构有着特殊的要求。一些低温介质在汽化后其体积会升高，例如，液化天然气汽化后的体积为液态时的六百多倍，当阀门为闭合状态且周围环境温度相对较高时，阀体内的低温介质吸收环境中热量而逐渐汽化，其体积迅速上升，导致阀门内部超压，甚至威胁到阀门的安全，导致介质泄露甚至造成火灾事故，为保证阀门和工厂的安全性，此类阀门要求带中腔自泄压结构，使阀门内腔压力异常超压时，实现自动泄放。如低温闸阀、球阀，由于阀门密封原理不同，在泄压设计上，会有明显的区别。不过不同的厂家在泄压结构的设计上，多有自己不同的特点。

4、防静电及防火结构设计

由于低温阀门一般应用在易燃、易爆的介质上，防静电设计及防火设计显得尤为重要。防静电设计主要是以一种类似避雷针的引导电流方式，将阀杆与阀体导通，从而将静电导出以消除安全隐患，保证整个系统的供应安全。如GB/T 24925 明确规定 “ 用 于 易燃蒸气或液体的具有软阀座或软的关闭插入部件的阀门，在设计时应保证阀体和阀杆具有导电连贯性，放电路径最大电阻不应超过 10Ω。”。防火结构的设计主要是针对因温度剧烈变化而导致的介质泄露问题而进行的，防火结构的设计与普通阀门的设计要求类似。

低温阀门包括闸阀、截止阀、止回阀、球阀、蝶阀、节流阀，减压阀等。其中，最常用的为低温闸阀、低温截止阀、低温球阀和低温蝶阀。如MSS SP-134标准中涉及低温闸阀、低温截止阀、低温球阀和低温蝶阀，GB/T 24925标准中涉及低温闸阀、低温截止阀、低温止回阀、低温球阀和低温蝶阀。

不同标准对低温阀门有不同定义。如英国阀门标准 BS6364《低温用阀门》适用于介质温度范围为-50℃~-196℃ ； 美 国 标 准 MSSSP-134 《对低温阀门及其阀体/阀盖加长体的要求》对低温的解释为“对于标准惯例来说，低温范围介于 -100℃~ -195℃”；中国国家标准GB/T 24925《低温阀门技术条件》标准适用于介质温度范围为 -29 ℃~ -196℃；壳牌阀门标准 SHELL MESC SPE 77/200《低温及超低温用阀门》适用于介质温度范围为 -30 ℃~ -196℃。国外根据各种不同气体在常压下的液化温度一般分为六种温度级。一级为 0~ -46℃，二级为 -47~ -60℃，三级为 -61~ -70℃，四级为-71~-101℃ ， 五级为-102~-196℃ ， 六级为-253℃以下。一般将 -46~-150℃称为低温 ，-150℃以下称为超低温。

石化行业对低温阀门的定义是按照输送介质的设计温度来定义的，一般将应用在介质温度 -40 ℃以下的阀门称作低温阀，应用在介质温度 -101 ℃以下的阀门称作超低温阀门。

包括低温球阀、低温闸阀、低温截止阀、低温安全阀、低温止回阀，低温蝶阀，低温针阀，低温节流阀，低温减压阀等，主要用于乙烯，液化天然气装置，天然气LPG LNG储罐，接受基地及卫星站，空分设备，石油化工尾气分离设备，液氧、液氮、液氩、二氧化碳低温贮槽及槽车、变压吸附制氧等装置上。输出的液态低温介质如乙烯、液氧、液氢、液化天然气、液化石油产品等，不但易燃易爆，而且在升温时要气化，气化时，体积膨胀数百倍。

液化天然气阀门的材料非常重要，材质不合格，会造成壳体及密封面的外漏或内漏；零部件的综合机械性能、强度和钢度满足不了使用要求甚至断裂。导致液化天然气介质泄漏引起爆炸。因此，在开发、设计、研制液化天然气阀门的过程中，材质是首要关键的问题。

经过多年制造，已积累了丰富的经验，从设计、工艺到制造日趋成熟，并已开发形成了低温阀门的系列产品。

近几十年，随着现代科学技术的发展，工程项目中对低温阀门的需求越来越多。低温阀门在化肥、LNG 及石油化工等领域使用较多。低温阀门所控制的介质除了液氮和其他液态惰性气体外，大部分介质不但易燃、易爆，而且在升温或者闪蒸时会发生气化，致使体积急剧膨胀，容易导致泄漏和爆炸。基于介质特点及适应阀门在低温下使用的要求，低温阀门的设计、制造、试验和安装方法等均与普通阀门有不同之处。

因为低温阀门的特殊结构，低温阀门的安装亦有其特殊要求。因为低温阀门的长颈阀盖结构特点，低温阀门在安装时阀杆阀杆方向必须在垂直向上的 45 度角范围内，且应尽量避免安装在垂直管线上。否则低温介质将充满阀盖的加长部分，造成阀门填料失效，并会将冷量传给阀门手柄，给操作人员带来人身伤害。对于有泄压结构的低温阀门，在安装阀门时，要特别注意阀门泄压方向的要求。阀门泄压的方向应在工艺流程图上标出，并体现在管道轴测图中。

主要有两种情况，一是内漏；二是外漏。

低温阀内漏

阀门产生内漏主要原因是密封副在低温状态下产生变形所致。当介质温度下降到使材料产生相变时造成体积变化，使原本研磨精度很高的密封面产生翘曲变形而造成低温密封不良。

低温阀外漏

阀门的外漏：其一是阀门与管路采用法兰连接方式时，由于连接垫料、连接螺栓、以及连接件在低温下材料之间收缩不同步产生松弛而导至泄漏。因此可把阀体与管路的连接方式由法兰连接改为焊接结构，避免了低温泄漏。其二是阀杆与填料处的泄漏。

超低温阀指的是-101℃（不含）以下的阀门，通常采用低温性能好的低合金钢制造，在结构设计和工艺上都有特殊要求。

superlow temperature valve

如设有防止积存在体腔内液体气化，产生异常升压的结构，采用“长颈”结构，真空夹套等以减少冷损。

用于石油产品、石油气与天然气的液化分离和液氧等生产装置上的阀门。

超低温阀：用于介质工作温度 t<－101℃的阀门。

2019年10月18日，《低温阀门―技术条件》发布。

2020年5月1日，《低温阀门―技术条件》实施。