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石化液化天燃?xì)獾蜏厍蜷y密封面改進(jìn)方案

影響低溫球閥密封性能的因素除了密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以外，還有很多其他因素，例如密封副的材料、密封副質(zhì)量、密封比壓以及介質(zhì)的物理性質(zhì)等，這些因素都會(huì)對(duì)閥門(mén)性能產(chǎn)生很大的影響 。在設(shè)計(jì)閥門(mén)時(shí)，要盡可能地考慮到這些因素對(duì)閥門(mén)的影響，才能保證其正常的工作狀態(tài)。盡管球閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是由于其為介質(zhì)壓力自密封閥門(mén)，加之球體的特殊結(jié)構(gòu)，因此影響球閥最終是否密封的要素許多。球閥由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝空間小，并且球閥依靠介質(zhì)力密封，不受外部驅(qū)動(dòng)力的影響，因而被廣泛應(yīng)用于各工況中。目前，LNG接收站普遍采用超低溫球閥，超低溫球閥的數(shù)量占整個(gè)LNG接收站閥門(mén)數(shù)量的80%，在使用中存在超低溫球閥內(nèi)漏的現(xiàn)象。本文基于低溫閥門(mén)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及閥門(mén)密封性能的基本理論，對(duì)影響超低溫球閥密封的要素進(jìn)行了分析。

4.1 石化液化天燃?xì)獾蜏厍蜷y密封面改進(jìn)方案密封副質(zhì)量

球閥密封副的質(zhì)量主要表現(xiàn)為球體的圓度和球體與閥座密封面的表面粗糙度。球體的圓度影響球體與閥座的吻合度。如果吻合度高，則增加流體沿密封面運(yùn)動(dòng)的阻力，從而提高密封性。一般要求球體的圓度為9級(jí)。

密封面表面光潔度對(duì)密封的影響很大。當(dāng)光潔度低、比壓小時(shí)，滲漏量增加。而當(dāng)比壓大時(shí)，光潔度對(duì)滲漏量的影響顯著減小，這是因?yàn)槊芊饷嫔系奈⒂^鋸齒狀尖峰被壓平了，軟密封面的光潔度對(duì)密封性能的影響比金屬對(duì)金屬的剛性密封小許多。根據(jù)只有當(dāng)密封副之間的間隙小于流體分子直徑時(shí)才能保證流體不泄漏的觀點(diǎn)，可以認(rèn)為，防止流體滲漏的間隙必須小于0.003μm。但是，即使經(jīng)過(guò)精細(xì)研磨的金屬表面凸峰高度仍然超過(guò)0.1μm，即比水分子直徑還要大30倍。由此可見(jiàn)，只依靠提高密封面光潔度的方法來(lái)提高密封性，事實(shí)上是難以做到的。密封副質(zhì)量除了影響密封性外，還直接影響球閥的使用壽命，因此，制造時(shí)必須提高密封副質(zhì)量。

4.2 石化液化天燃?xì)獾蜏厍蜷y密封面改進(jìn)方案密封比壓

密封比壓是指作用于密封面單位面積上的壓力。密封比壓是由閥前與閥后壓力差及外加密封力所產(chǎn)生的。比壓的大小直接影響球閥的密封性、可靠性及使用壽命。滲漏量與壓力差成反比。試驗(yàn)證明，在其他條件相同的情況下，滲漏量與壓差的平方成反比，因此，滲漏量會(huì)隨著壓差的增長(zhǎng)而減少。而壓差是決定密封比壓的重要因素，因此密封比壓對(duì)于超低溫球閥密封性能至關(guān)重要。施加在球體上的密封比壓也不能過(guò)大，過(guò)大是有利于密封，但會(huì)增加閥門(mén)操作轉(zhuǎn)矩，因此合理的選擇密封比壓，是保證超低溫球閥密封的前提。

4.3 石化液化天燃?xì)獾蜏厍蜷y密封面改進(jìn)方案流體的物理性質(zhì)

（1）粘度

流體的滲透滲出滲出能力與其粘度緊密相關(guān)。在其他條件相同的情況下，流體粘度越大，其滲透滲出滲出能力越小。氣體與液體的粘度相差很大。①氣體的粘度比液體的粘度小幾十倍，故其滲透滲出滲出能力比液體強(qiáng)。但是飽和蒸汽例外，飽和蒸汽容易證密封。②壓縮氣體比液體更易滲漏。

（2）溫度

流體的滲透滲出滲出能力取決于引起粘度改變的溫度。氣體的粘度隨溫度的升高而增大，它與氣體的溫度的開(kāi)方成正比。液體的粘度則相反，它隨溫度的升高而急劇減小，它與溫度的立方成反比。此外，因溫度變化而引起的零件尺寸的改變將造成密封區(qū)內(nèi)密封壓力的變化，并能破壞密封。對(duì)于低溫流體的密封其影響尤為顯著。因?yàn)榕c流體接觸的密封副通常比受力件的溫度更低些，這就引起密封副部件收縮而松弛。在低溫狀態(tài)下，其密封是復(fù)雜的，多數(shù)密封材料在低溫下失效。因此，在選擇密封材料時(shí)應(yīng)考慮溫度的影響。

（3）表面親水性

表面親水性對(duì)滲漏的影響是毛細(xì)孔特性所引起的，當(dāng)表面有一層很薄的油膜時(shí)，破壞了接觸面的親水性，并且堵塞流體通道，這樣就需要較大的壓力差才能使流體通過(guò)毛細(xì)孔。因此有些球閥采用密封脂，以提高密封性和使用壽命。在采用油脂密封時(shí)，應(yīng)注意在使用過(guò)程中如油膜減少，應(yīng)補(bǔ)充油脂。所采用的油脂應(yīng)不溶于流體介質(zhì)，也不應(yīng)該蒸發(fā)、硬化或其他化學(xué)變化。低溫球閥不適合采用密封脂，在超低溫工況下，大多的油脂會(huì)玻璃化。

石化液化天燃?xì)獾蜏厍蜷y密封面改進(jìn)方案

1 密封副材料
    在低溫條件下，要考慮密封副材料的變形。金屬材料會(huì)隨著溫度的降低，產(chǎn)生收縮形變，導(dǎo)致密封處產(chǎn)生間隙，密封比壓降低，從而影響密封性能。因此在設(shè)計(jì)密封結(jié)構(gòu)時(shí)，一定要選擇合理的密封材料來(lái)保證密封  。在 LNG 工況下，大多采用金屬與非金屬材料結(jié)合的軟密封方式，這樣一方面可以減少閥門(mén)啟閉時(shí)的摩擦，增長(zhǎng)閥門(mén)使用壽命 ；另一方面成本較低，密封性較好。密封材料大都采用聚三氟氯乙烯，由于它無(wú)論應(yīng)用于哪種工質(zhì)都具有良好的密封性能，而聚四氟乙烯在低溫狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生冷流，所以不宜采用  。

2 密封副質(zhì)量
    密封副質(zhì)量主要體現(xiàn)在球體的表面加工質(zhì)量和密封面的表面粗糙度 。提高球體的圓度和降低其表面粗糙度能夠減小在閥門(mén)啟閉過(guò)程的扭矩，提高閥門(mén)的使用壽命，也能提高閥門(mén)的密封性能。所以，設(shè)計(jì)時(shí)提高密封副的表面加工質(zhì)量是十分重要的。

3 密封比壓
    密封比壓是密封面單位面積上的壓力。密封比壓的大小直接影響球閥的密封性、可靠性及使用壽命。但是閥門(mén)球體所承受的密封比壓也不是越大越好，較大的密封比壓在一定程度上有利于密封，但隨著密封比壓的增加，其閥門(mén)操作的轉(zhuǎn)矩也會(huì)增加，不利于閥門(mén)的正常工作。因此密封比壓的選取是超低溫球閥密封設(shè)計(jì)的又一重要內(nèi)容 。

4 介質(zhì)的物理性質(zhì)
    介質(zhì)的黏度、溫度等物理性質(zhì)都會(huì)對(duì)密封產(chǎn)生一定的影響。首先，介質(zhì)的黏度越大，它的滲透能力越小，不容易泄漏。介質(zhì)的溫度對(duì)密封的影響主要體現(xiàn)在低溫條件下，一些密封零件尺寸的改變引起的密封結(jié)構(gòu)的變化從而導(dǎo)致泄漏，同時(shí)，密封區(qū)的密封壓力也會(huì)產(chǎn)生變化破壞密封。所以在設(shè)計(jì)密封結(jié)構(gòu)時(shí)，一定要考慮溫度的影響。

 石化液化天燃?xì)獾蜏厍蜷y密封面改進(jìn)方案結(jié)論
    本文對(duì)應(yīng)用在 LNG 工程中的三種低溫球閥密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論，其中浮動(dòng)式球閥的密封結(jié)構(gòu)是通過(guò)介質(zhì)壓力來(lái)保證球體與閥座之間的密封，上游密封采用碟形彈簧預(yù)緊式密封結(jié)構(gòu)。固定式球閥的上游閥座為具有單活塞效應(yīng)的密封閥座，而下游閥座是具有雙活塞效應(yīng)的雙密封閥座，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是具有自泄壓功能，密封更加可靠。固定式球閥還有一種波紋管式密封結(jié)構(gòu)，幾乎不會(huì)產(chǎn)生泄漏，但價(jià)格昂貴，成本較高，應(yīng)用較少。最后一種為軌道式球閥密封補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，它是通過(guò)傳動(dòng)裝置促使閥桿向下對(duì)球體施加一定的力使其保證密封，還有彈性件來(lái)補(bǔ)償變形。這種結(jié)構(gòu)無(wú)摩擦啟閉優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了因溫差對(duì)密封壓力造成的影響，密封可靠性得到了大大的提高。針對(duì)低溫球閥不同的密封結(jié)構(gòu)，從球閥不同類(lèi)型的角度進(jìn)行分析，比較了其密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。密封結(jié)構(gòu)優(yōu)劣影響了閥門(mén)的工作性能，在不同的工作場(chǎng)合要考慮不同的密封結(jié)構(gòu)，來(lái)保證閥門(mén)的正常工作。此外，還分析了其他因素對(duì)密封性能的影響，從而得知影響閥門(mén)的密封因素有很多種，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行綜合考量。

針對(duì)現(xiàn)有LNG接收站超低溫球閥普遍存在的現(xiàn)象，基于低溫閥門(mén)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及低溫球閥密封的基本理論，從密封副質(zhì)量、密封比壓、流體物理性質(zhì)及密封副的結(jié)構(gòu)和尺寸等影響超低溫球閥密封的要素進(jìn)行分析。影響超低溫球閥的密封要素還有良多，諸如低溫球閥球體的剛度及裝配時(shí)球心是否和閥座密封面同心等等。密封比壓及密封副的結(jié)構(gòu)和尺寸是影響超低溫球閥密封的重要要素，因此在設(shè)計(jì)出產(chǎn)低溫球閥時(shí)應(yīng)予以充分正視。