低温阀密封结构的分析

　　论述了低温阀的启闭密封特点，密封件的配伍与选择以及各种密封副的工作特性。

1、概述

　　低温阀门是石油化工、空气分离和天然气等工业不可缺少的重要设备之一，其质量的优劣决定着能否安全、经济和持续生产。低温阀的启闭密封质量影响阀门的质量。

2、特点及参数

　　2.1、特点结构

　　低温阀输送的介质可以是液态、气态或二者混合介质，其启闭密封件有金属- 金属、金属- 镶嵌非金属环或金属- 特殊材料等( 图1) 。聚合材料制成的启闭密封件其材料性能在低温下有很大变化，尤其是其变形大大超过金属材料。

(a) 金属- 金属(b) 金属- 镶嵌氟塑料环(c) 金属- 特殊聚合物

图1 低温阀门密封结构的主要类型

　　2.2、主要参数

　　启闭密封件的密封性指标取决于密闭比压。当介质压力作用在阀瓣下面和阀瓣上面时，密封比压q下和q上为

　　式中q0———传动机构作用在密封面上产生的压力，MPa

q0 = Q/πDb

　　p———介质压力，MPa

　　D———阀门密封面上的平均直径，mm

　　b———阀座宽度，mm

　　Q———传动机构产生的作用力，N

　　d———密封阀杆用的波纹管或填料函的直径，mm

3、密封副

　　3.1、金属- 金属

　　低温阀密封副常用的材料为硅黄铜Hsi80 - 3( 阀座) - 铁黄铜Hfe59 - 1 - 1( 阀瓣) ，或是不锈钢1Cr18Ni9Ti - 青铜( 黄铜) 。在低温下( - 193 ～- 253°C) 对各类型密封副进行多次试验表明，为了使气态介质在此温度下保持密封性，需要相当大的比压。以阀瓣直径DY = 100mm，材料为1Cr18Ni9Ti 与Hfe59 - 1 - 1 的密封副为例。图3 为- 196 ～ 20℃的平均渗漏量，图4 为密封副试验所得的关系式qmin = f( p) ，渗漏量大约为0. 1 cm3 /min。在p≤1. 1MPa 和T≥ - 196℃时，qmin = 30. 5 + 36.6p 的近似关系。在试验密封副的工作寿命时，密封副在前2 000 次循环期间能令人满意的工作。以后渗漏量增加，密封对介质的纯度十分敏感。

图3 渗漏量与比压的关系

图4 密封所需的最小压力q 与工作介质压力的关系

　　3.2、金属- 氟塑料

　　阀门采用氟塑料( PCTEE) 圆环嵌入阀瓣的燕尾槽结构，在常温下阀门具有很好的密封性。但是这类阀门在温度为- 196℃时，密封稳定性差。通常在100 次循环以后渗漏量增加。在液氢中做5 000次循环寿命试验，最大渗漏量在两个DY = 100 mm的阀门中达2 L /min，在两个DY = 50mm 的阀门中达114 cm3 /min。对5 例用中心圆盘压紧的密封面进行试验，密封效果也不好。因此，在温度为- 196℃的工况下，采用氟塑料的密封面不能保持稳定的密封性。

　　3.3、金属- 聚碳酸酯

　　试验表明，金属- 聚碳酸酯( Polycarbonate -PC) 密封副与其他聚合材料制成的密封副相比，在使用寿命期间，具有较高的、较稳定的密封性。为了使聚碳酸酯密封件达到密封，一般需要很高的压力，所以截止阀的启闭密封副使用聚碳酸酯效果较好。聚碳酸酯密封件可以在压力为6. 4MPa，温度低于323K 的阀门中使用。倒圆角阀座的密封效果较好。

4、结语

　　启闭密封件的工作压力、工作介质及几何形状等，对启闭密封件的性能有一定的影响。为保证低温阀门可靠的工作，必须综合的考虑这些因素。