進(jìn)口LNG低溫閥門的密封件的選擇
設(shè)計(jì)一種在低溫，高壓和液化天然氣（LNG）和壓縮天然氣（CNG）的熱循環(huán)中始終如一的閥門是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。但是，選擇正確的密封件可以使其變得容易得多。
本文探討了密封件選擇和LNG / CNG閥門性能之間的關(guān)系以及重要的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，例如材料選擇，密封件唇緣幾何形狀和激勵(lì)力。這里有一些避免常見(jiàn)的密封錯(cuò)誤的方法，這些錯(cuò)誤會(huì)浪費(fèi)操作時(shí)間，金錢和市場(chǎng)份額，另外還有一種新的“混合”技術(shù)，該技術(shù)有可能顯著延長(zhǎng)閥門的使用壽命。
在LNG / CNG操作中，閥門經(jīng)常會(huì)遇到-320 F（-196 C）以下的溫度和750磅/平方英寸（psi）以上的壓力。它們還經(jīng)受稱為“熱循環(huán)”的溫度周期性變化，這可能導(dǎo)致硬件膨脹以及收縮和材料應(yīng)力。這些因素使可靠的長(zhǎng)期閥門操作成為工程挑戰(zhàn)。
圖1.在LNG / CNG中，利潤(rùn)和生產(chǎn)率取決于閥門性能。在密封設(shè)計(jì)中考慮這些因素可以幫助保持閥門正常工作。
關(guān)鍵組件
很少有組件比密封件對(duì)閥門性能的影響更大。它的工作是防止由于閥門硬件的磨損和公差變化而引起的泄漏，并且與硬件一樣，它也要經(jīng)受嚴(yán)酷的低溫服務(wù)“凍結(jié)和擠壓”條件（即，Shell Spec MESC SPE 77- 300和MSS SP-134-2006）。密封失效通常是由收縮引起的，這會(huì)導(dǎo)致泄漏路徑也就不足為奇了。
在低于-150°C的溫度下，典型的聚合物密封件的收縮率大約是其密封所用金屬硬件的10倍。此外，它們的物理性能會(huì)發(fā)生巨大變化，拉伸模量可增加4到7倍，屈服強(qiáng)度可增加5到8倍，伸長(zhǎng)率最多可降低50倍。所有這些使得密封唇難以通電，并且密封件的護(hù)套材料幾乎不可能適應(yīng)表面不平整。
有這么多變量，看來(lái)由聚合物制成的密封件對(duì)于低溫閥來(lái)說(shuō)并不是最佳選擇。但是，通過(guò)正確的材料配方和設(shè)計(jì)，它們實(shí)際上可以提供比其他技術(shù)（例如金屬密封，彈性體密封和填料）更好的密封服務(wù)，尤其是在動(dòng)態(tài)應(yīng)用中。實(shí)際上，正確的聚合物密封件實(shí)際上可以幫助工程師實(shí)現(xiàn)閥門性能的新水平。
成功要素
設(shè)計(jì)低溫閥密封件時(shí)要考慮的主要領(lǐng)域是幾何形狀。通常，建議在密封件的外徑上使用細(xì)唇以最大程度地提高靈活性，而較長(zhǎng)的唇設(shè)計(jì)可以幫助增加密封面積。可以使用鎖緊環(huán)元件以最大程度地減少收縮的影響并防止密封件從硬件上拉開(kāi)。
材料是閥門密封件的基礎(chǔ)，選擇理想的配方至關(guān)重要。建議將填充有各種聚合物（例如聚酰亞胺和超高分子量聚乙烯（UHMWPE）材料）的聚四氟乙烯（PTFE）用于密封外套，因?yàn)樗鼈兙哂谢瘜W(xué)相容性，低摩擦，耐磨性和耐擠出性。它們?cè)趶V泛的溫度范圍內(nèi)也顯示出良好的密封效果。
有效閥密封件的核心是彈簧增能器，該彈簧增能器在護(hù)套上施加近乎恒定的力以促進(jìn)有效密封甚至磨損。不管是傾斜螺旋彈簧，閉合螺旋傾斜螺旋彈簧還是螺旋帶狀彈簧，激勵(lì)器都應(yīng)與預(yù)期會(huì)遇到的介質(zhì)化學(xué)兼容，耐腐蝕并能夠提供堅(jiān)固但可測(cè)量的偏轉(zhuǎn)力。
彈簧加力的密封件將受益于密封套材料的低摩擦性能，其彈簧所施加的力將有助于防止塑料環(huán)收縮。相同的力確保塑料環(huán)即使在最低溫度下也能保持緊密的一致性，以防止硬件中的任何不規(guī)則或公差變化。彈性密封件或填料無(wú)法提供相同的好處，因?yàn)樗鼈円子诔霈F(xiàn)不均勻的磨損和壓縮永久變形。金屬密封對(duì)于動(dòng)態(tài)工況而言是較差的選擇，因?yàn)榻饘匍g的摩擦對(duì)密封無(wú)效。
混合解決方案
低溫閥密封的新興研究領(lǐng)域之一是混合動(dòng)力密封。這項(xiàng)技術(shù)將利用兩種常見(jiàn)激勵(lì)器的最理想的物理特性，來(lái)克服在低溫條件下密封的獨(dú)特挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)的密封件中增加激勵(lì)力可有效減少泄漏，但只能降低到一定程度。在低溫環(huán)境中通常需要相當(dāng)大的力，而太大的力會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響。當(dāng)前正在開(kāi)發(fā)的混合激勵(lì)器允許密封件在密封唇上施加極高的力，從而在不損壞密封唇的情況下以高撓度和高分配載荷實(shí)現(xiàn)更緊密的密封。密封件可以在高壓和低溫條件下保持接觸，從而抵消收縮和硬件變化的影響。
混合動(dòng)力密封件的初步測(cè)試表明，它比傳統(tǒng)的低溫密封解決方案有所改進(jìn)，并且密封件始終超過(guò)了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
結(jié)論
高效，可靠的閥門性能對(duì)于任何LNG / CNG操作的成功都至關(guān)重要，并且密封件在保持閥門正常運(yùn)行中起著核心作用。但是，苛刻的服務(wù)條件使他們的工作變得困難。
通過(guò)定制設(shè)計(jì)的密封件，閥門設(shè)計(jì)者可以調(diào)整密封件的特性（唇形，外套材料配方和激勵(lì)力），從而有助于滿足壓力和溫度要求，并延長(zhǎng)使用壽命。與定制密封件制造商合作的設(shè)計(jì)人員和原始設(shè)備制造商（OEM）可以訪問(wèn)有關(guān)設(shè)定新標(biāo)準(zhǔn)的新興解決方案的信息，例如混合動(dòng)力密封件。
