石化液化天燃气低温球阀密封面改进方案-亚博安卓

石化液化天燃气低温球阀密封面改进方案

影响低温球阀密封性能的因素除了密封结构的设计以外，还有很多其他因素，例如密封副的材料、密封副质量、密封比压以及介质的物理性质等，这些因素都会对阀门性能产生很大的影响 。在设计阀门时，要尽可能地考虑到这些因素对阀门的影响，才能保证其正常的工作状态。尽管球阀结构简单，但是由于其为介质压力自密封阀门，加之球体的特殊结构，因此影响球阀最终是否密封的要素许多。球阀由于结构简单，安装空间小，并且球阀依靠介质力密封，不受外部驱动力的影响，因而被广泛应用于各工况中。目前，lng接收站普遍采用超低温球阀，超低温球阀的数量占整个lng接收站阀门数量的80%，在使用中存在超低温球阀内漏的现象。本文基于低温阀门的设计准则及阀门密封性能的基本理论，对影响超低温球阀密封的要素进行了分析。

4.1 石化液化天燃气低温球阀密封面改进方案密封副质量

球阀密封副的质量主要表现为球体的圆度和球体与阀座密封面的表面粗糙度。球体的圆度影响球体与阀座的吻合度。如果吻合度高，则增加流体沿密封面运动的阻力，从而提高密封性。一般要求球体的圆度为9级。

密封面表面光洁度对密封的影响很大。当光洁度低、比压小时，渗漏量增加。而当比压大时，光洁度对渗漏量的影响显著减小，这是因为密封面上的微观锯齿状尖峰被压平了，软密封面的光洁度对密封性能的影响比金属对金属的刚性密封小许多。根据只有当密封副之间的间隙小于流体分子直径时才能保证流体不泄漏的观点，可以认为，防止流体渗漏的间隙必须小于0.003μm。但是，即使经过精细研磨的金属表面凸峰高度仍然超过0.1μm，即比水分子直径还要大30倍。由此可见，只依靠提高密封面光洁度的方法来提高密封性，事实上是难以做到的。密封副质量除了影响密封性外，还直接影响球阀的使用寿命，因此，制造时必须提高密封副质量。

4.2 石化液化天燃气低温球阀密封面改进方案密封比压

密封比压是指作用于密封面单位面积上的压力。密封比压是由阀前与阀后压力差及外加密封力所产生的。比压的大小直接影响球阀的密封性、可靠性及使用寿命。渗漏量与压力差成反比。试验证明，在其他条件相同的情况下，渗漏量与压差的平方成反比，因此，渗漏量会随着压差的增长而减少。而压差是决定密封比压的重要因素，因此密封比压对于超低温球阀密封性能至关重要。施加在球体上的密封比压也不能过大，过大是有利于密封，但会增加阀门操作转矩，因此合理的选择密封比压，是保证超低温球阀密封的前提。

4.3 石化液化天燃气低温球阀密封面改进方案流体的物理性质

（1）粘度

流体的渗透渗出渗出能力与其粘度紧密相关。在其他条件相同的情况下，流体粘度越大，其渗透渗出渗出能力越小。气体与液体的粘度相差很大。①气体的粘度比液体的粘度小几十倍，故其渗透渗出渗出能力比液体强。但是饱和蒸汽例外，饱和蒸汽容易证密封。②压缩气体比液体更易渗漏。

（2）温度

流体的渗透渗出渗出能力取决于引起粘度改变的温度。气体的粘度随温度的升高而增大，它与气体的温度的开方成正比。液体的粘度则相反，它随温度的升高而急剧减小，它与温度的立方成反比。此外，因温度变化而引起的零件尺寸的改变将造成密封区内密封压力的变化，并能破坏密封。对于低温流体的密封其影响尤为显著。因为与流体接触的密封副通常比受力件的温度更低些，这就引起密封副部件收缩而松弛。在低温状态下，其密封是复杂的，多数密封材料在低温下失效。因此，在选择密封材料时应考虑温度的影响。

（3）表面亲水性

表面亲水性对渗漏的影响是毛细孔特性所引起的，当表面有一层很薄的油膜时，破坏了接触面的亲水性，并且堵塞流体通道，这样就需要较大的压力差才能使流体通过毛细孔。因此有些球阀采用密封脂，以提高密封性和使用寿命。在采用油脂密封时，应注意在使用过程中如油膜减少，应补充油脂。所采用的油脂应不溶于流体介质，也不应该蒸发、硬化或其他化学变化。低温球阀不适合采用密封脂，在超低温工况下，大多的油脂会玻璃化。

石化液化天燃气低温球阀密封面改进方案

1 密封副材料
    在低温条件下，要考虑密封副材料的变形。金属材料会随着温度的降低，产生收缩形变，导致密封处产生间隙，密封比压降低，从而影响密封性能。因此在设计密封结构时，一定要选择合理的密封材料来保证密封  。在 lng 工况下，大多采用金属与非金属材料结合的软密封方式，这样一方面可以减少阀门启闭时的摩擦，增长阀门使用寿命 ；另一方面成本较低，密封性较好。密封材料大都采用聚三氟氯乙烯，由于它无论应用于哪种工质都具有良好的密封性能，而聚四氟乙烯在低温状态下会产生冷流，所以不宜采用  。

2 密封副质量
    密封副质量主要体现在球体的表面加工质量和密封面的表面粗糙度 。提高球体的圆度和降低其表面粗糙度能够减小在阀门启闭过程的扭矩，提高阀门的使用寿命，也能提高阀门的密封性能。所以，设计时提高密封副的表面加工质量是十分重要的。

3 密封比压
    密封比压是密封面单位面积上的压力。密封比压的大小直接影响球阀的密封性、可靠性及使用寿命。但是阀门球体所承受的密封比压也不是越大越好，较大的密封比压在一定程度上有利于密封，但随着密封比压的增加，其阀门操作的转矩也会增加，不利于阀门的正常工作。因此密封比压的选取是超低温球阀密封设计的又一重要内容 。

4 介质的物理性质
    介质的黏度、温度等物理性质都会对密封产生一定的影响。首先，介质的黏度越大，它的渗透能力越小，不容易泄漏。介质的温度对密封的影响主要体现在低温条件下，一些密封零件尺寸的改变引起的密封结构的变化从而导致泄漏，同时，密封区的密封压力也会产生变化破坏密封。所以在设计密封结构时，一定要考虑温度的影响。

 石化液化天燃气低温球阀密封面改进方案结论
    本文对应用在 lng 工程中的三种低温球阀密封结构进行讨论，其中浮动式球阀的密封结构是通过介质压力来保证球体与阀座之间的密封，上游密封采用碟形弹簧预紧式密封结构。固定式球阀的上游阀座为具有单活塞效应的密封阀座，而下游阀座是具有双活塞效应的双密封阀座，这种结构的优点是具有自泄压功能，密封更加可靠。固定式球阀还有一种波纹管式密封结构，几乎不会产生泄漏，但价格昂贵，成本较高，应用较少。最后一种为轨道式球阀密封补偿结构，它是通过传动装置促使阀杆向下对球体施加一定的力使其保证密封，还有弹性件来补偿变形。这种结构无摩擦启闭优势，弥补了因温差对密封压力造成的影响，密封可靠性得到了大大的提高。针对低温球阀不同的密封结构，从球阀不同类型的角度进行分析，比较了其密封结构的优缺点。密封结构优劣影响了阀门的工作性能，在不同的工作场合要考虑不同的密封结构，来保证阀门的正常工作。此外，还分析了其他因素对密封性能的影响，从而得知影响阀门的密封因素有很多种，所以在设计时要进行综合考量。

针对现有lng接收站超低温球阀普遍存在的现象，基于低温阀门设计准则及低温球阀密封的基本理论，从密封副质量、密封比压、流体物理性质及密封副的结构和尺寸等影响超低温球阀密封的要素进行分析。影响超低温球阀的密封要素还有良多，诸如低温球阀球体的刚度及装配时球心是否和阀座密封面同心等等。密封比压及密封副的结构和尺寸是影响超低温球阀密封的重要要素，因此在设计出产低温球阀时应予以充分正视。