低温阀门的使用和密封要求

* 来源 : * 作者 : * 发表时间 : 2019-09-04 0:30:21 * 浏览 : 108
1.概述随着石油,化工和天然气工业的快速发展,特别是液化天然气(LNG)作为新兴能源的广泛应用,对LNG低温阀的需求显着增加。根据国家能源战略,中国将积极参与世界石油和天然气市场的发展。目前,国家发展和改革委员会已计划在广东,福建,上海,山东,浙江,江苏,天津和辽宁建设11个天然气接收站,并通过LNG运输船从国外进口大量天然气。 LNG接收站,LNG运输船和客户的输送线需要大量阀门。由于LNG在常压下的温度为-162℃,并且易燃易爆,因此在设计LNG低温阀时,对密封性能的要求更高,更严格。阀门的密封性能是评估阀门质量的主要指标之一。它主要包括两个方面,即内部密封性能和外部密封性能。内部密封是指阀座和关闭构件之间到介质的密封程度。例如,茂名球阀与茂名球阀的阀座之间的密封,蝶板与茂名蝶阀的阀座之间的密封,截止阀的阀瓣与阀座之间的密封,以及闸阀闸门和阀座之间的密封。这些密封类型主要包括平面密封,球形密封和锥形密封。密封材料可分为金属与非金属材料和金属对金属材料。外密封是指阀杆密封部分的密封和中间法兰密封部分的密封。在某些介质不允许排放到大气中的特殊条件下,外部密封比内部密封更重要。 2低温对阀门密封性能的影响2.1非金属密封副在常温下工作的茂名球阀和茂名蝶阀一般采用金属对非金属材料密封副。由于非金属材料的弹性大,因此获得密封所需的比压小,因此密封性良好。然而,在低温状态下,由于非金属材料的膨胀系数远大于金属材料的膨胀系数,因此低温下的收缩量与金属密封构件的收缩量,阀门的收缩量大不相同。主体等,从而造成严重的密封压力。降低会导致未密封的结果。大多数非金属材料在低温下变硬和变脆,失去韧性,导致冷流和应力松弛。例如,当温度低于玻璃化转变温度时,橡胶将完全失去弹性并变成玻璃态,失去其密封性能。此外,橡胶在LNG介质中具有膨胀性,不能用于LNG阀。因此,在设计低温阀时,当温度低于-70℃时不再使用非金属密封材料,或者非金属材料通过特殊加工成金属和非金属复合结构。处理。据国外资料显示,一些非金属材料可以很好地应用于深冷条件下。在20世纪70年代,爱尔兰合金有限公司生产的一种新型塑料“滑动物”是一种超高分子量聚乙烯,在-269°C时仍具有良好的韧性,在受到一定的冲击应力时不会破裂,仍然相当抗磨损。法国开发的Mylar型塑料在液态氢(-253°C)下仍具有很强的弹性。前苏联的密封件H.T. Lomaningco的液氮(-196°C)温度下的聚碳酸酯密封座表明聚碳酸酯在低温下具有良好的密封效果。 2.2金属密封副在低温条件下,金属材料的强度和硬度提高,塑性和韧性降低,出现不同程度的低温冷脆性,严重影响阀门的性能和安全性。为了防止材料在低温下发生低应力脆性断裂在设计低温阀时,回火不锈钢材料通常在高于-100°C的温度下使用,阀体,阀盖,阀杆和温度低于-100°C。具有面心立方晶格,铜和铜合金,铝和铝合金的奥氏体不锈钢通常用于密封座等。但是,由于铝和铝合金的硬度低,密封面的耐磨性和耐擦伤性差,因此很少用于低温阀门。通常,通常使用奥氏体不锈钢材料,并且通常使用0Cr18Ni9,00Cr17Ni12Mo2(304,316L)等。这些材料没有冷和脆的临界温度,并且可以在低温条件下保持高韧性。然而,奥氏体不锈钢作为低温阀的金属密封材料也具有一些缺点。由于大多数这样的材料在常温下是亚稳定的,当温度下降到相变点(MS)以下时,材料中的奥氏体转变成马氏体。体心立方晶格的马氏体密度低于面心立方晶格的奥氏体,规则的晶格排列占据体心立方晶格的位置,使晶格沿C轴方向生长因此,体积的变化引起内应力的增加,引起密封表面的翘曲变形,该翘曲变形最初在研磨后达到密封要求,导致密封失效。除了由低温相变引起的密封表面变形失效外,由于部件各部分的温差或由于不同材料之间物理性质的差异,导致不均匀的收缩,以及温度变化的应力也是生成的。当应力低于材料的弹性极限时,它在密封表面上产生可逆的弹性变形。当部件的温度变化应力超过材料的屈服极限时,该部件将发生不可逆的变形,这也将导致密封表面的失效并影响密封效果。考虑到低温对金属密封对的影响,必须采取相应的措施以使金属密封表面的变形或密封表面的变形最小化,以最小化对密封性能的影响。首先,在材料中,尝试使用具有较高金相稳定性的材料(例如316L但成本较高)。其次,必须对由奥氏体材料如阀体,阀盖,阀杆和密封件制成的部件进行低温处理,以便在精加工之前充分地进行材料的马氏体转变和变形。低温处理的温度应低于材料的相变温度(MS)并低于阀的实际工作温度。处理时间优选为2至4小时。如果需要,可以进行多次低温处理或适当的老化处理。除上述措施外,还应考虑结构设计,以减少密封面变形对密封性能的影响。例如,当设计闸阀,茂名球阀和茂名蝶阀时,可以认为弹性密封结构部分地补偿低温变形。对于截止阀,应采用锥形密封结构,以使低温变形对密封面的影响小。 3低温对阀门外密封性能的影响3.1由于橡胶材料在低温下存在缺陷,冷脆性和严重的冷流现象,阀杆和阀体的密封材料设计不能采用大多数非金属材料。在密封环的形式中,只能使用填料函密封结构和波纹管密封结构。通常,波纹管密封件主要用于介质不允许少量泄漏并且不适合填料的情况。单层结构的寿命短,多层结构的成本高,加工困难,因此通常不使用。填料函密封结构制造加工简单,维护和更换方便,在实际应用中十分普遍。但是,填料的一般工作温度不应低于-40℃。为了确保填料的密封性能,低温阀的填料函装置应在接近环境温度的条件下工作。在低温状态下,随着温度降低,填料的弹性逐渐消失,防漏性能降低。由于介质泄漏导致的填料和阀杆的冻结将影响阀杆的正常操作,并且还会由于阀杆的运动而导致填料被刮擦,导致严重的泄漏。因此,在正常情况下,低温阀填料需要在高于0℃的温度下工作。这需要长颈阀盖结构以保持填料箱远离低温介质和低温特征填料。常用的填料有PTFE,石棉,浸渍PTFE石棉绳和柔性石墨。其中,石棉不能避免渗透渗漏,PTFE具有较大的线膨胀系数和严重的冷流现象,因此一般不使用。 。柔性石墨是一种优良的密封材料,不透气体和液体。压缩比大于40%,弹性大于15%,应力松弛小于5%。较低的紧固压力可以实现密封。它还具有自润滑性。它可以用作阀门填料,以防止填料和阀杆的磨损。其密封性能明显优于传统的石棉材料,是最优秀的密封材料之一。由于填料通常是非金属材料,其线性膨胀系数远大于金属填料函和阀杆的膨胀系数。因此,当在常温下组装的填料下降到一定温度时,收缩量大于填料孔和阀杆的收缩量,这可能导致预紧压力降低并导致泄漏。在设计中,填料压盖螺栓可以通过多组碟形弹簧垫圈预张紧,从而可以连续补偿填料在低温下的预紧力,以确保填料的密封效果。美国Garlock公司生产的低排放组合阀杆填料采用碳纤维编织填料作为端环。密封圈采用高纯度菱形纹理石墨带模压而成,其密封性能通过杯形锥形结构和径向膨胀实现。大大改善。阀杆材料的低温变形也会对填料的密封性能产生一定的影响。因此,如阀体,阀盖和密封材料,阀杆必须经过低温深冷处理,然后完成,以尽量减少低温变形。另外,用于低温阀杆材料的奥氏体不锈钢不能进行热处理以增加表面硬度,因此阀杆与填料之间的接头相对容易相互刮擦,导致泄漏。填料。因此,杆的表面必须是硬铬或氮化以增加表面硬度。 3.2中间法兰垫片无论是阀门的中型法兰密封还是法兰阀门的外部连接,它通常都是垫圈的形式。由于垫圈材料硬化并降低了低温下的塑性,因此低温阀门的垫片要求更高,并且在常温,低温和温度变化下必须具有可靠的密封和恢复,并且应该综合考虑低温对。 。垫片密封性能的影响。根据普通的垫圈密封形式,随着温度降低,螺栓长度,垫圈和凸缘的厚度将收缩。为了确保垫圈在低温下的可靠密封,必须满足ΔH3ΔHT-ΔHT1-ΔH1。 ---螺栓组装时的拉伸变形量,mmΔH1=σ1/E1HΔHT1---螺栓在温度范围内的收缩量ΔT,mmΔHT1=Hα1ΔTΔHT---垫片在ΔT温度范围内的收缩量,mmΔHT=hα2ΔTΔHT3---ΔT温度范围内上下法兰的收缩量,mmΔHT3=(Hh )α3ΔT1σ1---螺栓预紧力,N / mm E1 ---螺栓弹性模量,N /mmα1,α2,α3---螺栓,垫片和法兰材料的线性膨胀系数,mm / m H,h --- mm垫圈密封在常温下达到设计的低温。上下法兰的收缩和垫圈的收缩之和必须小于螺栓收缩量与螺栓组装过程中拉伸变形量之和,以确保垫圈处于工作温度。还有一些预加载存在保持密封能力。据此,应从设计的四个方面加以考虑。 1个螺栓使用具有较大线性膨胀系数的材料,并且在低温下具有较大的收缩率。 2法兰使用具有小线性膨胀系数的材料来减少ΔHT3。 3减小垫圈的厚度,并使用具有小的线性膨胀系数的材料作为垫圈。 4增加螺栓的拉伸变形量。对于-100℃以下的低温阀门,阀体材料和螺栓材料一般由奥氏体不锈钢制成,线膨胀系数相同。因此,选择合适的垫圈材料并增加螺栓的拉伸变形更为重要。理想的低温垫片材料常温硬度低,低温回弹性好,线膨胀系数小,机械强度高。在实际应用中,通常使用填充有石棉或聚四氟乙烯或柔性石墨的不锈钢带填充垫圈,并且由柔性石墨和不锈钢制成的缠绕垫圈是最理想的。为了增加螺栓的拉伸变形量,由于螺栓装置的预紧力的限制,增加的余量不大,可以考虑通过提供碟形弹簧垫圈来补偿。 4结论低温阀门和通用阀门在设计,制造和检验上有很大差异,特别是低温阀门密封材料的设计和密封结构的设计更加复杂。因此,在设计低温阀时,除了符合阀门的一般设计规则外,还必须根据介质的特性和最低工作温度选择合适的密封材料,并采用柔性密封结构。尽可能地有效地补偿由低温引起的不利影响。在精加工之前,必须对所有低温金属材料进行低温处理,以使材料的低温变形最小化。新设计的低温阀必须通过常温测试和低温测试进行验证。