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低温闸阀的应用和密封规定应该如何采用低温闸阀的原材料

低温闸阀的应用和密封规定应该如何采用低温闸阀的原材料

  • 分类:行业动态
  • 作者:莱科阀门
  • 来源:www.likevalves.com
  • 发布时间:2022-10-19
  • 访问量:450

【概要描述】

低温闸阀的应用和密封规定应该如何采用低温闸阀的原材料

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  • 作者:莱科阀门
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低温闸阀的应用和密封规定应该如何采用低温闸阀的原材料

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2低温对闸阀内密封性能产生的影响

2.1非金属材料密封副

在常温状态的工作闸阀和阀门等一般全部采用金属材料对非金属材质密封副。因为非金属材质的弹性大,得到密封所需要的比压小,因而密封性强。但在低温状况下,因为非金属材质的热膨胀系数较金属复合材料大很多,促使其低温后的收拢量与金属密封件、油路板等相互配合零件的收拢量差别比较大,可能会导致密封比压比较严重减少而出现没法密封得到的结果。大部分非金属材质在制氢温度下能发硬和变脆,丧失延展性,可能会导致内冷和应力松弛。如塑胶在温度小于其玻璃化温度时,会彻底丧失弹力,变为玻璃态,丧失其密封性。此外塑胶在LNG物质上存在泡胀性,也难以用以LNG闸阀。因而如今在设计方案低温闸阀时,一般温度小于-70℃时不会选用非金属材料密封副原材料,也将非金属材质根据新工艺制作成金属与非金属复合结构形式。

据海外材料记述,也有一部分非金属材质还可以在制氢状况下非常好的运用。在70时期,西班牙铝合金有限责任公司的一种新型塑胶“slip shod”,是一种超高分子量的高压聚乙烯,在-269℃温度仍具有非常好的延展性,承担一定冲击性地应力时破裂,并且可以保持相当耐磨性。法国的研制出Mylar型塑胶在液氢(-253℃)温度下仍具备相当弹力。原苏联H.T.洛马宁柯的聚碳酸脂密封座在液态氮(-196℃)温度中进行密封性试验,数据显示聚碳酸脂在低温下具有较好的密封实际效果。

2.2金属材料密封副

在低温环境下,金属复合材料的硬度和韧性提升,可塑性和韧度减低,展现出一定程度的低温冷脆状况,严重影响了闸阀的性能与安全。为了避免设备在低温中的低应力脆性断裂,在规划低温闸阀时,一般温度高过-100℃选用430不锈钢原材料,而温度小于-100℃时,油路板、单流阀、阀杆、密封座等主要采用具备体心晶格常数的低合金钢、铜及铜合金、铝及铝合金等。但是因为铝及铝合金的强度不太高,密封面耐磨损、耐擦破性能较弱,因此在低温闸阀中运用非常少。一般使用低合金钢原材料占多数,常见的有0Cr18Ni9、00Cr17Ni12Mo2(304、316L)等,各种材料并没有低温冷脆临界值温度,在低温环境下,依然能维持相对较高的延展性。

可是,低合金钢做为低温闸阀金属密封副原材料也存有一些不够。由于这类原材料的绝大多数在常温状态下处在亚平衡状态,当温度降到相变点(MS)下列时,材料上的马氏体会变成奥氏体。针对体心立方晶格常数的奥氏体致密性小于体心晶格常数的马氏体,且因为一部分氧原子规则化排序占有体心立方点阵式部位,使晶格常数沿C轴方向提高,进而容积产生变化造成内部结构应力的提升,使本来经打磨后做到密封标准的密封面造成翘曲变形,导致密封无效。

除开低温改变造成密封面形变无效外,因为零件各的部分温度差或者由于不一样原材料间物理学性能的差别,造成收拢不均匀,也会带来温变应力。当地应力小于原材料的弹性极限时,便会在密封面造成可逆的弹力歪曲。当某一部分的温变应力超过原材料的强度极限时,零件将产生不可避免的扭曲变形,一样会导致密封面无效,危害密封实际效果。

对于低温对金属材料密封副的危害,务必采取相应对策,以便金属材料密封面形变**小或密封面形变对密封性能产生的影响小。在原料层面尽可能采用合金成分可靠性相对较高的原材料(如316L但价格昂贵)。次之针对油路板、单流阀、阀杆、密封件等马氏体原材料制作出来的零件需进行低温解决,以便原材料的马氏体转变和形变得到很好的开展之后再进行深度加工。低温处理温度应小于原材料改变温度(MS)且小于闸阀工作实践温度,等待时间以2~4h最合适,如果需要也可以进行数次低温处理进行相应的调质处理。除了上述对策,在总体设计时还要进行考虑到,从而降低密封面形变对密封性能产生的影响,如在开展截止阀、阀门和碟阀设计的时候可以选择选用弹力密封构造,以便低温形变获得一部分赔偿。针对截止阀门应使用球面密封构造,使低温形变对密封面产生的影响比较小。

3低温对闸阀外密封性能产生的影响

3.1阀杆填料

因为低温下塑胶材料的不足和大部分非金属材质存有的冷脆及比较严重内冷状况,因而低温阀阀杆与油路板之间密封设计方案没法选用密封圈里的方式,只有选用填料函密封结构与金属波纹管密封构造。一般金属波纹管密封多应用于物质不可以少量泄露和不适合填料的场所,其单面构造的使用寿命比较短,多层结构的成本相对高,生产加工艰难,所以一般不选用。

填料函密封构造生产制造生产加工简易,修理拆换便捷,在实际应用中十分广泛。可是填料一般工作中温度不得低于-40℃,为了确保填料的密封性能,低温闸阀的填料函设备需在贴近自然环境温度条件下工作中。在低温状况下,伴随着温度的减少填料弹力渐渐消失,止漏性能随着降低。因为物质漏水导致填料与阀杆处结冻,将会影响到阀杆的正常使用,与此同时也会因为阀杆健身运动而把填料刮伤,造成比较严重泄露。因此在一般情况下规定低温阀填料在0℃之上温度工作中,这就需要设计的时候根据长颈单流阀构造,使填料函避开低温物质,与此同时采用具备低温特征的填料。常见填料有聚四氟乙烯、石绵、预浸聚四氟乙烯石棉布和柔性石墨等,在其中因为石绵避免不了透水性泄露,聚四氟乙烯热膨胀系数非常大、内冷状况比较严重,所以一般不选用。柔性石墨是一种良好的密封原材料,对汽体、液态都不渗入,压缩系数超过40%,回弹力超过15%,应力松弛低于5%,相对较低的拧紧工作压力就能做到密封。它还有着自润滑性,作为闸阀填料能够有效预防填料与阀杆的损坏,其密封性能显著好于传统石棉材料,因而是当前非常出色的密封原材料之一。

因为填料一般都是非金属材质,其热膨胀系数比金属材料填料函和阀杆大很多。所以在常温状态安装的填料,降至一定温度后,其回缩量超过填料孔和阀杆的伸缩量,可能导致力矩工作压力减少造成泄露。在规划的时候可以对填料旋盖地脚螺栓选用多个碟型弹簧垫片开展力矩,使填料在低温后的预紧力能够得到持续赔偿,以确保填料密封实际效果。

美国Garlock企业制造的低自由散发组合型阀杆填料,其端环选用碳纤维编织盘根,密封环选用高纯棱形纹路高纯石墨带模压成型,根据杯梭型结构与轴向扩大特点,使之密封性能**提升。

阀杆原材料的低温形变,对填料的密封性能也会导致一定的影响。因而同油路板、单流阀、密封副原材料一样,阀杆也需进行低温深冷处理之后再深度加工,以便低温形变**小。此外,因为低温阀杆原材料所采用的低合金钢不能通过热处理工艺来提升表面硬度,促使阀杆与填料相接处很容易互相擦破,导致在填料处泄露。所以对于阀杆表层需进行硬质氧化或渗氮处理,以提升表面硬度。

3.2中法兰垫片

不论是闸阀的过程当中法兰盘密封或是活套法兰式闸阀的内部联接,一般全部采用密封垫的方式。因为垫片材料在低温下能硬底化和减少可塑性,因而相匹配用以低温闸阀的密封垫要求比较高,其必须要在常温下、低温及温度转变下具备可信赖的密封性与复原性,应充分考虑低温对密封垫密封性能产生的影响。

依据常见密封垫密封方式得知,伴随着温度的减少,螺栓长度、密封密封垫和法兰盘厚度都是会收拢缩小,为了确保低温下密封垫的靠谱密封,必须符合

ΔHT3ΔHT-ΔHT1-ΔH1<0< p="">

式中

ΔH1———地脚螺栓安装后的拉申形变量,mm

ΔH1=σ1/E1H

ΔHT1———在ΔT的温区段地脚螺栓的伸缩量,mm

ΔHT1=Hα1ΔT

ΔHT———密封密封垫在ΔT温区域内的收拢量,mm

ΔHT=hα2ΔT

ΔHT3———上、下法兰盘在ΔT温区域内的收拢量,mm

ΔHT3=(H-h)α3ΔT1

σ1———螺栓预紧力,N/mm

E1———地脚螺栓的弹性模具,N/mm

α1、α2、α3———分别是地脚螺栓、密封垫和法兰盘原材料的热膨胀系数,mm/m

H、h———mm

密封垫密封从常温下抵达定制的工作中低温时,左右法兰盘的收拢量与密封密封垫的伸缩量总和务必低于地脚螺栓的收拢量与地脚螺栓安装后的拉申形变量总和,才能保证密封密封垫在作业温度时依然存在一部分预紧力存有,维持密封水平。

由此,在设计的时候需从4个角度考虑。①地脚螺栓选用热膨胀系数比较大的原材料,在低温下有非常大的收拢量。②法兰盘选用热膨胀系数比较小的原材料,减少ΔHT3。③减少密封密封垫厚度,用热膨胀系数小的原材料作密封垫。④提升地脚螺栓的拉申形变量。

针对小于-100℃的低温闸阀,阀体材料和螺栓材料一般都选用低合金钢,其热膨胀系数一致,因而采用适宜的垫片材料并增加螺栓拉伸形变量至关重要。最理想的低温密封垫原材料,在常温其强度比较低,在低温中的回弹力性能好,热膨胀系数小并具有一定的冲击韧性。在实际应用中一般采用不锈钢钢带添充石绵或聚四氟乙烯或柔性石墨缠制而成缠绕式垫片,尤其以柔性石墨与不锈钢板线圈电感而成缠绕式垫片的密封实际效果**为理想。针对提升地脚螺栓的拉申形变量,由于受到地脚螺栓组装预紧力限制,增大的容量很少,可以考虑可设置碟型弹簧垫片来进行补偿。

 

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