1. Overblik
Kugleventiler er meget udbredt under forskellige arbejdsforhold på grund af deres enkle struktur, lille installationsplads og afhængighed af medium kraft til tætning uden at blive påvirket af eksterne drivkræfter. I øjeblikket er kryogene kugleventiler almindeligt anvendt i LNG-modtagende terminaler, der tegner sig for 80% af det samlede antal ventiler i sådanne terminaler. Imidlertid forekommer intern lækage af kryogene kugleventiler under drift. Baseret på designkriterierne for kryogene ventiler og den grundlæggende teori om ventiltætningsydelse, analyserer dette papir de faktorer, der påvirker forseglingen af kryogene kugleventiler.
2. Designkriterier
Den ekstremt lave driftstemperatur udgør en række tekniske udfordringer for design og fremstilling af kryogene ventiler, såsom materialevalg, lav-temperaturforsegling, strukturelt design, løsningsbehandling, dybdekølingsbehandling, termisk isolering, kvalitetsinspektion, vedligeholdelse og sikkerhed. Derfor er der en række strenge standarder for design af kryogene ventiler. Internationalt er de vigtigste standarder, der anvendes
BS6364 "Kryogene ventiler" og MSSSP-134 "Krav til kryogene ventiler og deres
Extended Body/Bonnet". Disse to standarder specificerer udførligt de vigtigste punkter og regler for design og fremstilling af kryogene ventiler. Standarden JB/T7749 "Technical Specifications for Cryogenic Valves" er transformeret fra BS6364 "Cryogenic Valves".
Ved design af kryogene ventiler skal der ud over at følge de generelle ventildesignprincipper overholdes særlige krav til kryogenventildesign i henhold til driftsbetingelserne.
① Ventilen bør ikke være en væsentlig varmekilde for lav-temperatursystemet. Dette skyldes, at varmetilstrømningen ikke kun reducerer den termiske effektivitet, men også forårsager hurtig fordampning af intern væske, hvis den er for høj, hvilket fører til unormal trykstigning og potentiel fare.
② Mediet med lav-temperatur bør ikke have en skadelig indvirkning på håndhjulets funktion og pakningsforseglingens ydeevne.
③ Ventilsamlinger i direkte kontakt med lav-temperaturmedier bør have eksplosionssikre-og brandsikre-strukturer.
④ Ventilsamlinger, der arbejder ved lave temperaturer, kan ikke smøres, så der skal træffes strukturelle foranstaltninger for at forhindre slid på friktionsdele.
I designprocessen af kryogene ventiler skal der ud over at tage hensyn til generelle krav såsom flowkapacitet tages i betragtning for bedre at kunne evaluere det tekniske niveau af kryogene ventiler. Normalt evalueres det tekniske niveau af kryogene ventiler ved at måle energiforbrugets rationalitet.
① Termisk isoleringsevne af kryogene ventiler.
② Køleydelse af kryogene ventiler.
③ Arbejdsydelse ved åbning og lukning af tætninger af kryogene ventiler.
④ Betingelser for ingen isdannelse på overfladen af kryogene ventiler.
Arbejdsmiljøet for kryogene ventiler er helt anderledes end det for generelle-ventiler. I processen med design, fremstilling og inspektion af kryogene ventiler bør der ud over at overholde de generelle regler for ventildesign, fremstilling og inspektion foretages passende justeringer i henhold til miljøet for kryogene ventiler.
3. Tætningselementer
Selvom strukturen af kugleventiler er enkel, da de er selvtætnende-middeltryksventiler og har en speciel kuglestruktur, er der mange faktorer, der påvirker kugleventilernes endelige tætningsevne.
3.1 Kvaliteten af forseglingspar
Kvaliteten af kugleventiltætningsparret afspejles hovedsageligt i kuglens rundhed og overfladeruheden af kuglens og ventilens tætningsflader.
sæde. Boldens rundhed
påvirker pasformen mellem kuglen og ventilsædet. En højere pasform øger modstanden af væskebevægelser langs tætningsfladen og forbedrer derved tætningsydelsen. Generelt kræves boldens rundhed for at være grad 9.
Tætningsfladens overfladefinish har en væsentlig indflydelse på tætningen. Når finishen er lav, og det specifikke tryk er lille, øges lækagen. Når det specifikke tryk er stort, falder virkningen af finish på lækage betydeligt, fordi de mikroskopiske takkede toppe på forseglingsoverfladen er fladtrykte. Indvirkningen af finishen af den bløde forseglingsoverflade på forseglingsydelsen er meget mindre end den af metal-til-metal stiv forsegling.
Baseret på det synspunkt, at væskelækage kun kan forhindres, når mellemrummet mellem tætningsparrene er mindre end væskemolekylets diameter, kan det anses for, at mellemrummet for at forhindre væskelækage skal være mindre end 0,003 μm. Men selv spidshøjden af en finslebet metaloverflade overstiger stadig 0,1 μm, hvilket er 30 gange større end diameteren af vandmolekyler. Det kan ses, at det faktisk er vanskeligt kun at forbedre tætningsydelsen ved at øge tætningsfladens overfladefinish. Ud over at påvirke tætningsydelsen påvirker kvaliteten af tætningsparret direkte kugleventilens levetid. Derfor skal kvaliteten af tætningsparret forbedres under fremstillingen.
3.2 Tætningsspecifikt tryk
Tætningsspecifikt tryk refererer til trykket, der virker på enhedsarealet af tætningsfladen. Det genereres af trykforskellen mellem ventilens for- og bagside og den ydre tætningskraft. Størrelsen af det specifikke tryk påvirker direkte kugleventilens tætningsevne, pålidelighed og levetid. Lækage er omvendt proportional med trykforskellen. Tests har vist, at under de samme andre forhold er lækagen omvendt proportional med kvadratet på trykforskellen, så lækagen aftager med stigningen i trykforskellen. Da trykforskellen er en vigtig faktor, der bestemmer det tætningsspecifikke tryk, er det tætningsspecifikke tryk afgørende for tætningsydelsen af kryogene kugleventiler. Det tætningsspecifikke tryk på bolden bør ikke være for stort. Selvom et større specifikt tryk er fordelagtigt for tætningen, vil det øge ventilens driftsmoment. Derfor er det rimelige valg af tætningsspecifikt tryk forudsætningen for at sikre forsegling af kryogene kugleventiler.
3.3 Væskes fysiske egenskaber
3.3.1 Viskositet
Væskens permeabilitet er tæt forbundet med dets viskositet. Under de samme andre betingelser, jo højere væskeviskositeten er, jo lavere er dens permeabilitet. Viskositeten af gas og væske er meget forskellig. ① Viskositeten af gas er snesevis af gange mindre end væskens, så dens permeabilitet er stærkere end væskens. Mættet damp er dog en undtagelse, som er let at forsegle. ② Komprimeret gas er mere udsat for lækage end væske.
3.3.2 Temperatur
Væskens permeabilitet afhænger af den temperatur, der forårsager viskositetsændring. Gassens viskositet stiger med temperaturstigningen og er proportional med kvadratroden af gastemperaturen. Tværtimod falder væskens viskositet kraftigt med temperaturstigningen og er omvendt proportional med temperaturterningen. Derudover vil ændringen i deldimensioner forårsaget af temperaturændringer føre til ændringer i tætningstrykket i tætningsområdet og kan beskadige tætningen. Dens påvirkning er særlig vigtig for forsegling af væsker med lav-temperatur. Fordi tætningsparret i kontakt med væsken sædvanligvis har en lavere temperatur end de kraft-bærende dele, får dette tætningsparrets komponenter til at krympe og slappe af. Forsegling ved lave temperaturer er kompleks, og de fleste tætningsmaterialer fejler ved lave temperaturer. Derfor bør påvirkningen af temperaturen tages i betragtning ved valg af tætningsmaterialer.
3.3.3 Overfladehydrofilicitet
Indvirkningen af overfladehydrofilicitet på lækage er forårsaget af karakteristika ved kapillære porer. Når der er en tynd oliefilm på overfladen, ødelægges kontaktfladens hydrofilicitet, og væskekanalen blokeres, så der kræves en større trykforskel for at få væsken til at passere gennem kapillarporerne. Derfor bruger nogle kugleventiler tætningsfedt for at forbedre tætningsydelsen og levetiden. Ved anvendelse af fedt til tætning skal man være opmærksom på at supplere fedt, hvis oliefilmen aftager under brug. Det anvendte fedt bør ikke være opløseligt i det flydende medium, og det bør heller ikke fordampe, hærde eller undergå andre kemiske ændringer. Kryogene kugleventiler er ikke egnede til at bruge tætningsfedt, da de fleste fedtstoffer forglasses under ultra-lave temperaturforhold.
3.4 Strukturelle dimensioner
3.4.1 Opbygning af tætningspar
Da tætningsparret ikke er absolut stift, vil dets strukturelle dimensioner uundgåeligt ændre sig under påvirkning af tætningskraft eller temperaturændring. Dette vil ændre vekselvirkningskraften mellem tætningsparrene, hvilket resulterer i reduceret tætningsydelse. For at kompensere for denne ændring bør tætningen have en vis elastisk deformation. På nuværende tidspunkt har nogle kugleventilsæder en strukturel form med elastisk kompensation eller metalelastisk støtte, og nogle kugler har også en elastisk kuglestruktur. Disse er positive former for at forbedre tætningsydelsen.
3.4.2 Bredde af tætningsflade
Bredden af tætningsfladen bestemmer længden af kapillærporerne. Når bredden øges, øges væskebevægelsens bane langs kapillærporerne proportionalt, mens lækagen aftager omvendt. Men det er faktisk ikke tilfældet, fordi tætningsparrenes kontaktflader ikke kan monteres helt. Efter deformation kan tætningsfladens bredde ikke fuldt ud spille en effektiv tætningsrolle. På den anden side kræver forøgelsen af tætningsfladens bredde en forøgelse af den nødvendige tætningskraft. Derfor er det rimelige valg af bredden af tætningsfladen også vigtigt.
3.4.3 Størrelse af tætningsring
Kryogene kugleventiler bruger generelt PCTFE-tætningsringe. Den lineære ekspansionskoefficient for PCTFE ved lave temperaturer er meget højere end for metal. Derfor vil PCTFE-tætningsringen krympe ved lave temperaturer, hvilket resulterer i reduceret tætningsspecifikt tryk med kuglen og dannelse af lækagekanaler med ventilsædet. Derfor er størrelsen af PCTFE-tætningsringen også en vigtig faktor, der påvirker tætningen af kryogene kugleventiler. Indflydelsen af størrelseskrympning ved lave temperaturer bør tages i betragtning i designet, og koldmontageprocessen bør anvendes i processen.
4. Konklusion
Med sigte på det almindelige interne lækagefænomen af kryogene kugleventiler i eksisterende LNG-modtagende terminaler, baseret på designkriterierne for kryogene ventiler og den grundlæggende teori om ventilforsegling, analyserer dette papir de faktorer, der påvirker forseglingen af kryogene kugleventiler, herunder kvaliteten af tætningsparret, tætning af det specifikke tryk og tætningens fysiske egenskaber, tætningsvæskens struktur, tætningens fysiske egenskaber. Der er mange andre faktorer, der påvirker tætningen af kryogene kugleventiler, såsom stivheden
af bolden og om boldens centrum er
koncentrisk med ventilsædets tætningsflade under montering. Tætningsspecifikt tryk og tætningsparrets struktur og størrelse er vigtige faktorer, der påvirker tætningen af kryogene kugleventiler, som skal tages i betragtning i designet.
