低温阀门密封性能的研究与分析

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1低温对于密封l生的干扰1.1非金属密封副在常温下工作的球阀和蝶阀等-般均采用金属对非金属材料密封副。因为此类材料本身的弹陛非常的高，其获取密封需要的比压不是很大，所以它的密封性较好。不过在低温的背景之中，因为它比金属材质的膨胀性要高，此时就导致它在低温的时候收缩性和金属等材质的有着较高的差异，进而使得密封比变弱，不能够实现密封的意义。很多的非金属的物质在较低的气温之中会失去其自身的韧性，进而导致冷流等特征。比如橡胶，当其气温比玻璃化的气温要低的话，其就不具有弹性了，此时就会变成玻璃态的，不具有密封特征了。另外橡胶在 LNG介质中存在泡胀陛，也无法用于LNG阀门。因此目前在设计低温阀门时，- 般温度低于7O℃时不再采用非金属密封副材料，或将非金属材料通过特殊工艺加工成金属与非金属复合结构型式。

1.2金属密封副当处在低温模式之中的时候，金属物质的强度以及硬度等增高了，它的塑性以及韧性等变弱，此时就会发生-定的冷脆问题，进而干扰到阀门的安全l生。为了避免这种问题发生，在设计的时候，如果其气温超过了-100%采用铁素体不锈钢材料，而温度低于-10 时，阀体、阀盖、阀杆、密封座等大多采用具有面心立方晶格的奥氏体不锈钢、铜及铜合金、铝及铝合金等。不过因为铝等的硬度太低，密封面不具有抗摩擦性，因此很少使用。通常使用奥氏体材料，它们不具有上述的冷脆温度，就算是在低温的状态之中还可以维持非常好的韧性。

不过，此类材料在使用的时候也面对着很多的不利现象。由于此类物质-般在常温之中时处在-种不是很稳定的模式之中的，如果气温下降到-定的数值之下的话，材料中的奥氏体会转变成马氏体。对于体心立方晶格的马氏体致密度低于面心立方晶格的奥氏体，且由于部分碳原子规则化排列占据体心立方点阵位置，使晶格沿C轴方向增长，从而体积发生变化引起内部应力的增加，使原本经研磨后达到密封要求的密封面产生翘曲变形，造成密封失效。

对于低温导致的-些不利现象，要使用有序的应对方法。只有这样才可以确保密封面的变形是最小的，而且要保证变形对于该性能的干扰是最低的。第-在使用材料的时候，最好是用那种金相组织稳定生优秀的物质。其次对于阀体、阀盖、阀杆、密封件等奥氏体材料制作的零件必须进行低温处理，以使材料的马氏体转变和变形得到充分进行后再进行精加工。低温处理的温度应低于材料相变温度(MS)且低于阀门实际工作温度，-般要处理大约三个小时，如果需要的话还要开展多次的处理。除了上面讲到的这些方法之外，在设计的时候也应该积极的分析，以降低密封面变形对密封l生能的影响，如在进行闸阀、球阀和蝶阀设计时可以考虑采用弹陛密封结构，以使低温变形得到部分补偿。对于截止阀应采用锥面密封结构，使低温变形对密封面的影响较校2低温对于外密封生的干扰2.1阀杆填料因为低温状态中的橡胶物质存在-定的不利现象，同时很多的非金属的材料都具有冷脆反应，所以，低温阀阀杆与阀体间的密封设计无法采用密封圈的形式，只能采用填料函密封结构和波纹管密封结构。-般波纹管密封多应用于介质不允许微量泄漏和不适宜填料的诚，其单层结构的寿命很短，多层结构的成本高加工困难，所以-般不采用。

对于填料函的密封结构来讲，它的制作非常的简便，而且维护也很便捷，在具体的活动中有着非常广泛的应用。不过填料的气温要超过-40qC，为了确保其密封生优秀，该装置在接近环境气温的状态之中活动。

在低温的时候，由于气温的降低，其弹性也开始变弱，因而失去了防漏性。因为介质渗漏而导致的填料和阀杆地方发生结冰问题，此时会干扰到阀杆的活动，还会因为阀杆的活动而把填料弄坏，导致渗漏问题发生。因此通常来讲，规定填料的活动气温要超过零度，这就要求设计时通过长颈阀盖结构，使填料函远离低温介质同时选用具有低温特生的填料。常用填料有聚四氟乙烯、石棉、浸渍聚四氟乙烯石棉绳和柔性石- . 290--墨等萁中由于石棉无法避免渗透l生泄漏，聚四氟乙烯线膨胀系数很大、冷流现象严重，所以-般不采用。柔f生石墨是-种优良的密封材料，对气体、液体均不渗透，压缩率大于40%，回弹性大于 15%，应力松弛小于5%，较低的紧固压力就可达到密封。其还拥有润滑性特征，将其当成是阀门的物质的话，能够避免填料和阀杆之间发生磨损问题。它的密封陛很显然的要超过常见的石棉物质，是当前使用最多的密封物质。

因为填料通常均是非金属材质的，它的膨胀指数要较之于金属的高很多。所以在常温之中设置的填料，当气温下降到特定的数值之后，它的收缩数会超过阀杆的收缩数，进而导致渗漏问题发生。在设计时可以对填料压盖螺栓采用多组碟形弹簧垫片进行预紧，使填料在低温时的预紧力能得到连续补偿，以保证填料密封效果。美国Garloek公司生产的低逸散组合式阀杆填料，其端环采用碳纤维编织盘根，密封环采用高纯度菱形纹理石墨带模压成型，通过杯锥状结构和径向扩张特眭，此时密封l生变高了。阀杆物质的变形，也会干扰到材料的密封陛。所以，要对其开展深冷设置之后再制作。

l I- // l。jJ：、 、并 忑墨 、 Y ，l1.螺栓 2.密封垫片 3.法兰图 1垫片密封结构2.2中法兰垫片根据常用垫片密封形式(图1)可知，随着温度的降低，螺栓长度、密封垫片和法兰的厚度都会收缩变小，所以垫片密封从常温到达设计的工作低温时，上下法兰的收缩量与密封垫片的收缩量之和必须小于螺栓的收缩量与螺栓装配时的拉伸变形量之和此时才可确保密封I生好。

对于低于-10O℃的低温阀门，其阀体以及螺栓等都是使用奥氏体材料。它的膨胀指数是-样的。所以要使用合理的垫片物质，同时要提升螺栓的变形总数。最为优秀的密封垫物质，在平时的温度之中的应对不是很高，在低温的时候有着非常好的回弹性，而且它的膨胀指数低，同时强度也是不错的。在实际应用中-般采用不锈钢带填充石棉或聚四氟乙烯或柔性石墨缠制而成的缠绕式垫片，其中以柔性石墨与不锈钢绕制而成的缠绕式垫片的密封效果最为理想。对于增加螺栓的拉伸变形量，由于受螺栓安装预紧力的限制，增加的余量不多，可考虑通过设置碟形弹簧垫片来进行补偿。

3结束语低温阀和通用阀在设计以及检测等的时候有非常显著的差异，特别是低温阀的物质选用以及设计等都是非常的繁琐的。所以在设计时候，除了要按照常见的规定之外，还应该集合介质特征以及最低的气温来选取最为优秀的密封物质，而且要使用柔生的密封物质，确保低温导致的不合理现象最低、在精确制作之前的时候，要对全部的低温物质开展深冷设置，确保材料的变形最低。对于新的阀门要对其开展常温以及低温状态中的测试活动。