有關(guān)超低溫球閥密封性的探討

華軍　姜銘

摘 要：隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，石油和煤炭等固體能源不斷減少，價格不斷攀高，而且對環(huán)境也有著極大的負(fù)面影響，從而環(huán)保、高效的天然氣開始被人們大量使用。為了方便運輸和使用，需將天然氣液化壓縮，而超低溫球閥是其關(guān)鍵的配套設(shè)備，它的性能受到了大家的關(guān)注。該研究主要對超低溫球閥的概念進(jìn)行了闡述，并分析了當(dāng)前國內(nèi)外超低溫球閥密封性的研究現(xiàn)狀，提出了超低溫球閥的密封性的必要性。

關(guān)鍵詞：超低溫球閥 密封性 設(shè)計展望

中圖分類號：V441 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（a）-0078-01

對于氣體液化后的容器來說，最重要的是保證其密封性良好，才能減少危險事故的發(fā)生和讓氣體燃料得到廣泛使用。該研究簡述了超低溫球閥的概念，分析當(dāng)前國內(nèi)外現(xiàn)狀，提出研究密封性的必要性，希望能為研究者們提供一些建議。

1 超低溫球閥

為了方便的運輸和使用天然氣等燃料氣體，超低溫球閥是其關(guān)鍵的配套設(shè)備，能將天然氣液化等燃料氣體壓縮，進(jìn)而降低了氣體燃料危險事故發(fā)生的可能性。超低溫球閥的設(shè)計和選用主要考慮流通介質(zhì)、安裝方式、流量特性、壓降、流通能力、工作壽命等多方面因素。主要通過非金屬和金屬組成軟密封結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)徹底密封，閥體內(nèi)通道平滑，無阻礙，便于輸送流體或氣體。在所有閥門中，球閥的流阻最小。因此，在石化行業(yè)中對低溫球閥門的應(yīng)用比較多，這就對超低溫球閥密封性提出了非常高的要求。

1.1 超低溫球閥的一些應(yīng)用

超低溫球閥因其具有密封性好、可靠性高、流體阻力小、閥體內(nèi)通道平整、壽命長、開關(guān)迅速等優(yōu)點，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于石油、化工、鋼鐵、采礦、造紙、醫(yī)藥、裝藥、涂料以及食品等眾多與生活實際相關(guān)聯(lián)的領(lǐng)域中。但是超低溫球閥目前主要應(yīng)用于液化石油氣、液化天然氣等易燃易爆、易發(fā)生氣體膨脹的液化石油產(chǎn)品中。此外，超低溫球閥在航空、航天等領(lǐng)域具有重要用途和發(fā)展前景。

1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)以及化工業(yè)的快速發(fā)展，閥門在耐低溫方面的應(yīng)用越來越廣泛，目前國內(nèi)外對于超低溫球閥的研究工作也在不斷的前進(jìn)著，以滿足現(xiàn)代工業(yè)化的快速發(fā)展。現(xiàn)階段，已經(jīng)研究處的超低溫球閥種類有很多，其本質(zhì)區(qū)別在于球閥各自所采用的密封材料不同，或者密封方式不同。目前，主要應(yīng)用的超低溫球閥主要采用非金屬與金屬結(jié)合的方式使閥座與球形關(guān)閉件表面配合更好。不僅具有很好的流量控制特性，還能避免出現(xiàn)停滯和卡死現(xiàn)象的發(fā)生。目前閥最主要的閥座密封材料就是聚四氟乙烯，這種密封材料具有適用溫度范圍廣、性能穩(wěn)定、不易老化、密封性能優(yōu)良且摩擦系數(shù)小的特點，能夠滿足在低溫、低壓條件下對于密封性的保證。但是，隨著應(yīng)用的范圍越來越廣，不足之處也開始逐漸顯露出來，例如當(dāng)密封材料變硬時，密封的可靠性就受到破壞。因此，超低溫球閥密封性研究還有待進(jìn)一步加強和完善。

2 密封性研究的必要性

近年來，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)以及化工業(yè)的快速發(fā)展，閥門在耐低溫方面的應(yīng)用越來越廣泛，這也對球閥低溫密封性能的要求越來越高。密封性作為球閥在給定的溫度范圍內(nèi)可靠地工作的關(guān)鍵因素，對于氣體燃料的安全系數(shù)具有重要保障。目前，隨著低溫球閥在液化天然氣安全控制、海洋石油平臺以及長輸管線物料輸送等方面的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)有的技術(shù)已經(jīng)不能滿足需求。例如，目前在液化天然氣領(lǐng)域，最低溫度要求達(dá)到-163°C，而在液態(tài)氮應(yīng)用領(lǐng)域最低溫度要求達(dá)到-196°C，這就低溫球閥提出了更高的要求，而現(xiàn)有的低溫球閥技術(shù)在材料和密封結(jié)構(gòu)上都會隨著溫度的降低而會出現(xiàn)內(nèi)漏現(xiàn)象，已經(jīng)不能保證將安全系數(shù)控制在可控的范圍內(nèi)，從而增加的危險事故的發(fā)生概率。因此，要實現(xiàn)低溫球閥在低溫狀態(tài)可靠性和密封性，不僅要在設(shè)計結(jié)構(gòu)方面入手，還應(yīng)該選擇耐用、安全系數(shù)高的材料，并且加大實驗測試力度。

3 展望

未來，隨著國內(nèi)市場的放開、國家重大工業(yè)設(shè)備的突破和裝置關(guān)鍵技術(shù)的突破，超低溫球閥門的市場需求正逐年上升，超低溫球閥因其使用環(huán)境和使用介質(zhì)的特殊性將會在結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料選用上有著更加顯著突出的不同特點。首先，在超低溫球閥的主件設(shè)計方面，其氣密性能在低溫環(huán)境下會越來越好、低溫條件下所需要的沖擊韌性和相對延伸率等機械性能將會越來越高、低溫介質(zhì)防爆性以及低溫條件下的耐磨性和耐蝕性將得到更深層次的提升。其次，在材料選擇上，材料必須有足夠的低溫沖擊強度，以避免發(fā)生完全損壞或者斷現(xiàn)象。再次，在絕熱層的設(shè)計上，應(yīng)該在超低溫球閥殼體外設(shè)計多層絕熱層，從而阻止工作介質(zhì)與外界的熱交換，進(jìn)而防止發(fā)動機不能正常工作等類似問題的發(fā)生，增強可靠性設(shè)計。

4 結(jié)語

隨著液化天然氣的應(yīng)用越來越廣泛，以及國內(nèi)市場的放開、國家重大工業(yè)設(shè)備的突破和裝置關(guān)鍵技術(shù)的突破，超低溫球閥門的市場需求正逐年上升，因此，對其安全性能的要求也會越來越高，對超低溫球閥結(jié)構(gòu)設(shè)計還會不斷地提出更高的要求。這就要求在未來超低溫球閥的設(shè)計過程中對材料的檢驗、低溫性能試驗、結(jié)構(gòu)設(shè)計等多方面進(jìn)行更緊的設(shè)計以滿足超低溫球閥對密封性的要求。這樣才能保證系統(tǒng)的安全運行、滿足超低溫固定球球閥在功能、及可靠性、安全性等方面滿足工況的要求。同時還能減少對環(huán)境的污染和危害以及對人身的傷害，降低危險事故發(fā)生的可能性。

參考文獻(xiàn)

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