ISO 28921-1:2022 — 工业阀门 — 低温用隔离阀

ISO 28921-1 标准概述

ISO 28921-1:2022 规定了低温用隔离阀的设计、材料选择、制造和生产测试要求。与2013版相比，第二版将范围扩展到更大尺寸（DN 950-1800，NPS 38-72）和更高压力等级（PN 400，Class 2500）。由ISO/TC 153与CEN/TC 69合作制定，该标准涵盖设计用于低至-196°C（液氮温度）操作温度的闸阀、截止阀、止回阀、蝶阀和球阀。

低温阀门是液化天然气厂、空分装置、低温储存和航空航天推进系统中的关键部件。在-196°C下，传统碳钢变脆并可能发生灾难性断裂——需要专门的材料和设计。

关键设计要求

材料选择和设计特征

标准规定了低温服务的具体材料要求。金属材料必须在最低设计温度或更低温度下满足夏比V型缺口冲击测试要求。奥氏体不锈钢（304/304L、316/316L）是-196°C服务的标准选择，而9%镍钢和铝合金适用于特定应用。内部非金属材料（阀座、密封件、垫片）必须通过热循环测试证明适用于预期温度范围。标准还规定了加长阀盖（阀杆延伸）的长度，以确保即使阀体处于低温温度时阀杆密封也在冰点以上工作。

部件	材料要求	温度限制	所需测试
阀体/阀盖	SS 304/304L, SS 316/316L, 9%镍钢或铝合金	-196°C至+150°C	T_min – 5°C下夏比冲击
阀杆	SS 316/316L, SS 630 (17-4 PH) 或 Inconel 718	-196°C至+250°C	拉伸+冲击+晶间腐蚀
阀座环	PTFE, PEEK, 增强PTFE或司太立合金	取决于材料	热循环（至少10次）
垫片	膨体PTFE, 柔性石墨或缠绕垫片	-196°C至+400°C	温度下压缩+泄漏
紧固件	SS 304/304L或低温合金钢	-196°C至+150°C	夏比冲击+拉伸

低温阀门的阀体/阀盖壁厚必须至少满足相应压力等级的厚度要求，并留有腐蚀、冲蚀和低温下延性降低的额外裕量。标准引用了ASME B16.34和ISO 7005的压力-温度额定值。

工程设计见解

加长阀盖和阀杆设计

加长阀盖（也称为冷柱或颈管）是低温阀门最显著的特征。其长度必须确保当阀体处于-196°C时阀杆密封温度保持在0°C以上，防止密封面结冰。所需延伸长度取决于材料导热率——对于不锈钢，典型长度范围为150 mm（DN 50）至500 mm（DN 600）。标准根据传热分析提供了计算最小延伸长度的详细方程。

阀杆设计必须适应阀杆（通常为不锈钢）与阀体之间的差异热收缩。在-196°C下，阀杆相对于室温收缩约3 mm/m。对于1 m的阀门高度，这意味着3 mm的阀杆回缩，必须不损害密封力或操作扭矩。

附录A中规定的一个关键生产测试是低温阀座泄漏测试：将阀门冷却至最低设计温度，在额定压力下用氮气或氦气对阀体加压，使用流量计或气泡测试测量阀座泄漏。对于软密封阀，允许泄漏率通常为0.1-0.5 cc/min/英寸阀座直径。金属密封阀允许制造商指定的更高泄漏率。

生产测试和质量保证

标准定义了生产测试（100%阀门进行静水压壳体测试、室温阀座泄漏测试和抽样低温阀座泄漏测试）和型式测试（按ISO 28921-2进行设计验证）。抽样方案要求从每批最多50个阀门中测试一个阀门。如果任何阀门未通过低温测试，整批拒收，必须调查失效原因。

常见问题

问：ISO 28921-1与前一版本有什么区别？
答：2022版将尺寸范围扩展到DN 1800，压力扩展到PN 400/Class 2500，增加了壳体和滴液板的定义，排除了安全阀和控制阀，增加了ISO 28921-2的型式测试要求，并更新了低温测试程序。

问：蝶阀可以在-196°C下使用吗？
答：可以，但需要特殊设计考虑，包括轴封的加长阀盖、低温兼容的阀座材料（通常为PTFE或PEEK），以及阀瓣和阀体之间差异收缩的热补偿。

问：低温阀门中滴液板的用途是什么？
答：滴液板（2022版新增）位于阀盖法兰下方，防止凝结水或冰落到加长阀盖上并形成冰桥，从而妨碍阀门操作。

问：如何计算加长阀盖长度？
答：最小长度L_min = k·(T_amb – T_min) / Q_max，其中k为阀盖材料的导热率，T_amb为环境温度，T_min为最低工作温度，Q_max为防止密封结冰的允许热通量。