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密封圈對低溫閥門密封性能的影響分析

低溫閥門http://www.massignalservice.com 發布時間:2019年6月29日

低溫閥門一旦發生泄漏,後果是無法想象的,要想保證低溫閥門滴水不漏,就需要了解影響低溫閥門密封性能的各種因素。今天小仙女2s直播软件就密封圈對低溫閥門密封性能的影響進行分析。

1、非金屬密封圈

在常溫下工作的球閥和蝶閥等一般均采用金屬對非金屬材料密封圈。由於非金屬材料的彈性大,獲得密封所需的比壓小,因此密封性好。但是在低溫狀態下,由於非金屬材料的膨脹係數較金屬材料大得多,使得其低溫時的收縮量與金屬密封件、閥體等配合件的收縮量相差較大,從而導致密封比壓嚴重降低而產生無法密封的結果。大多數非金屬材料在深冷溫度下會變硬和變脆,失去韌性,從而導致冷流和應力鬆弛。如橡膠在溫度低於其玻璃化溫度時,會完全失去彈性,變成玻璃態,失去其密封性。另外橡膠在LNG介質中存在泡脹性,也無法用於LNG閥門。因此目前在設計低溫閥門時,一般溫度低於-70℃時不再采用非金屬密封副材料,或將非金屬材料通過特殊工藝加工成金屬與非金屬複合結構型式。

據國外資料記載,也有部分非金屬材料可以在深冷狀態下很好的應用。在70年代,愛爾蘭合金有限公司的一種新型塑料“slip shod”,是一種超高分子量的聚乙烯,在-269℃溫度仍具有很好的韌性,承受一定衝擊應力時不斷裂,而且能保持相當的抗磨性。法國研製的Mylar型塑料在液氫(-253℃)溫度下仍具有相當的彈性。前蘇聯H.T.洛馬寧柯的聚碳酸脂密封座在液氮(-196℃)溫度下進行密封性試驗,數據表明聚碳酸脂在低溫下具有良好的密封效果。

2、金屬密封圈

在低溫條件下,金屬材料的強度和硬度提高,塑性和韌性降低,呈現出不同程度的低溫冷脆現象,嚴重影響到閥門的性能和安全。為了防止材料在低溫下的低應力脆斷,在設計低溫閥門時,一般溫度高於 -100℃采用鐵素體不鏽鋼材料,而溫度低於 -100℃時,閥體、閥蓋、閥杆、密封座等大多采用具有麵心立方晶格的奧氏體不鏽鋼、銅及銅合金、鋁及鋁合金等。但因鋁及鋁合金的硬度不高,密封麵的耐磨、耐擦傷性能較差,所以在低溫閥門中應用極少。一般使用奧氏體不鏽鋼材料居多,常用的有0Cr18Ni9、00Cr17Ni12Mo2(304、316L)等,這些材料沒有低溫冷脆臨界溫度,在低溫條件下,仍能保持較高的韌性。

但是,奧氏體不鏽鋼作為低溫閥門的金屬密封圈材料也存在著某些不足。因為這類材料的大部分在常溫下處於亞穩定狀態,當溫度降低到相變點(MS)以下時,材料中的奧氏體會轉變成馬氏體。對於體心立方晶格的馬氏體致密度低於麵心立方晶格的奧氏體,且由於部分碳原子規則化排列占據體心立方點陣位置,使晶格沿C軸方向增長,從而體積發生變化引起內部應力的增加,使原本經研磨後達到密封要求的密封麵產生翹曲變形,造成密封失效。

除了低溫相變引起密封麵變形失效外,由於零件各部分的溫度差或由於不同材料間物理性能的差異,引起收縮不均,也會產生溫變應力。當應力低於材料的彈性極限時,就會在密封麵產生可逆性的彈性扭曲。當某一部分的溫變應力超過了材料的屈服極限時,零件將發生不可逆轉的扭曲變形,同樣會造成密封麵的失效,影響密封效果。

針對低溫對金屬密封副的影響,必須采取相應的措施,以使金屬密封麵的變形最小或密封麵的變形對密封性能的影響最小。首先在材料方麵盡量選用金相組織穩定性較高的材料(如316L但成本較高)。其次對於閥體、閥蓋、閥杆、密封件等奧氏體材料製作的零件必須進行低溫處理,以使材料的馬氏體轉變和變形得到充分進行後再進行精加工。低溫處理的溫度應低於材料相變溫度(MS)且低於閥門實際工作溫度,處理時間以2~4h為宜,如需要可以進行多次低溫處理或進行適當的時效處理。除了以上措施,在結構設計時也要進行考慮,以降低密封麵變形對密封性能的影響,如在進行閘閥、球閥和蝶閥設計時可以考慮采用彈性密封結構,以使低溫變形得到部分補償。對於低溫截止閥應采用錐麵密封結構,使低溫變形對密封麵的影響較小。

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