進口LNG低溫閥門的密封件的選擇

設計一種在低溫，高壓和液化天然氣（LNG）和壓縮天然氣（CNG）的熱循環中始終如一的閥門是一項艱巨的任務。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閥門性能之間的關系以及重要的設計標準，例如材料選擇，密封件唇緣幾何形狀和激勵力。這里有一些避免常見的密封錯誤的方法，這些錯誤會浪費操作時間，金錢和市場份額，另外還有一種新的“混合”技術，該技術有可能顯著延長閥門的使用壽命。

在LNG / CNG操作中，閥門經常會遇到-320 F（-196 C）以下的溫度和750磅/平方英寸（psi）以上的壓力。它們還經受稱為“熱循環”的溫度周期性變化，這可能導致硬件膨脹以及收縮和材料應力。這些因素使可靠的長期閥門操作成為工程挑戰。

圖1.在LNG / CNG中，利潤和生產率取決于閥門性能。在密封設計中考慮這些因素可以幫助保持閥門正常工作。

關鍵組件

很少有組件比密封件對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，它也要經受嚴酷的低溫服務“凍結和擠壓”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，這會導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，它們的物理性能會發生巨大變化，拉伸模量可增加4到7倍，屈服強度可增加5到8倍，伸長率最多可降低50倍。所有這些使得密封唇難以通電，并且密封件的護套材料幾乎不可能適應表面不平整。

有這么多變量，看來由聚合物制成的密封件對于低溫閥來說并不是最佳選擇。但是，通過正確的材料配方和設計，它們實際上可以提供比其他技術（例如金屬密封，彈性體密封和填料）更好的密封服務，尤其是在動態應用中。實際上，正確的聚合物密封件實際上可以幫助工程師實現閥門性能的新水平。

成功要素

設計低溫閥密封件時要考慮的主要領域是幾何形狀。通常，建議在密封件的外徑上使用細唇以最大程度地提高靈活性，而較長的唇設計可以幫助增加密封面積。可以使用鎖緊環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。

材料是閥門密封件的基礎，選擇理想的配方至關重要。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，因為它們具有化學相容性，低摩擦，耐磨性和耐擠出性。它們在廣泛的溫度范圍內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，該彈簧增能器在護套上施加近乎恒定的力以促進有效密封甚至磨損。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，激勵器都應與預期會遇到的介質化學兼容，耐腐蝕并能夠提供堅固但可測量的偏轉力。

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收縮。相同的力確保塑料環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則或公差變化。彈性密封件或填料無法提供相同的好處，因為它們易于出現不均勻的磨損和壓縮永久變形。金屬密封對于動態工況而言是較差的選擇，因為金屬間的摩擦對密封無效。

混合解決方案

低溫閥密封的新興研究領域之一是混合動力密封。這項技術將利用兩種常見激勵器的最理想的物理特性，來克服在低溫條件下密封的獨特挑戰。在傳統的密封件中增加激勵力可有效減少泄漏，但只能降低到一定程度。在低溫環境中通常需要相當大的力，而太大的力會帶來負面影響。當前正在開發的混合激勵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現更緊密的密封。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。

混合動力密封件的初步測試表明，它比傳統的低溫密封解決方案有所改進，并且密封件始終超過了行業標準。

結論

高效，可靠的閥門性能對于任何LNG / CNG操作的成功都至關重要，并且密封件在保持閥門正常運行中起著核心作用。但是，苛刻的服務條件使他們的工作變得困難。

通過定制設計的密封件，閥門設計者可以調整密封件的特性（唇形，外套材料配方和激勵力），從而有助于滿足壓力和溫度要求，并延長使用壽命。與定制密封件制造商合作的設計人員和原始設備制造商（OEM）可以訪問有關設定新標準的新興解決方案的信息，例如混合動力密封件。