LNG液化天燃?xì)獾蜏厍蜷y選型分析

 LNG 主要成分為甲烷、乙烷,、丙烷以及少量氮?dú)?，它是一種無(wú)色、無(wú)味和無(wú)腐蝕性的低溫液體,，密度比空氣小,，安全性比較高，燃燒后二氧化硫和粉塵排放量幾乎為零,，因此作為一種清潔能源被廣泛使用,。由于它分子量小、黏度低,、滲透性強(qiáng)等性質(zhì),，易于泄漏和擴(kuò)散，因此在 LNG 的生產(chǎn),、運(yùn)輸以及接收過(guò)程中,，用于切斷、止回和調(diào)節(jié)的閥門(mén)對(duì)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行具有至關(guān)重要的作用,。由閥桿帶動(dòng),，并繞球閥軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的閥門(mén)，亦可用于流體的調(diào)節(jié)與控制,，其中硬密封V型球閥其V型球芯與堆焊硬質(zhì)合金的金屬閥座之間具有很強(qiáng)的剪切力,，特別適用于含纖維、微小固體顆料等的介質(zhì),，而多通球閥在管道上不僅可靈活控制介質(zhì)的合流,、分流、及流向的切換,，同時(shí)也可關(guān)閉任一通道而使另外兩個(gè)通道相連,，本類(lèi)閥門(mén)在管道中一般應(yīng)當(dāng)水平安裝，球閥按照驅(qū)動(dòng)方式分為：氣動(dòng)球閥,，電動(dòng)球閥,，手動(dòng)球閥，但是該現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于目前的球閥來(lái)說(shuō),，需要將其拼接好,，才能使用，但是使用時(shí)間一長(zhǎng)等等原因,，都較為容易導(dǎo)致其球閥泄漏,。

 由于球閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、可靠性高、壽命長(zhǎng)而且開(kāi)關(guān)迅速,，尤其是相比于其他類(lèi)型的閥門(mén)具有流動(dòng)阻力小的優(yōu)點(diǎn),，因此被廣泛應(yīng)用 。由于 LNG 的球閥在低溫環(huán)境下工作,，對(duì)其密封性能有較高的要求,。球閥密封性能是決定其質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)，因此對(duì)低溫球閥密封結(jié)構(gòu)研究一直是本領(lǐng)域的重點(diǎn)和熱點(diǎn),。
本文總結(jié)了目前應(yīng)用于 LNG 低溫球閥不同類(lèi)型的密封結(jié)構(gòu),，分析了每種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，并提出了優(yōu)化改進(jìn)的建議,。

LNG液化天燃?xì)獾蜏厍蜷y選型分析不同密封結(jié)構(gòu)
    低溫球閥的主要結(jié)構(gòu)有閥座組件,、閥體、球體和閥桿組件等,。球閥中的密封結(jié)構(gòu)主要包含三個(gè)部分 ：閥桿填料處的密封,，閥體連接處的密封以及閥體內(nèi)部閥座與球體之間的密封。這幾處的密封性能好壞在一定程度上決定了球閥能否正常工作,，只有在同時(shí)保證其密封良好的狀態(tài)下,，才能實(shí)現(xiàn)球閥的正常工作 。目前,，按照密封結(jié)構(gòu)形式的不同,，LNG低溫球閥主要有浮動(dòng)式、固定式和軌道式,。

1.浮動(dòng)式球閥密封結(jié)構(gòu)
    浮動(dòng)式球閥的球體被兩閥座夾持其中呈“浮動(dòng)”狀態(tài),。當(dāng)球閥關(guān)閉時(shí)，在流動(dòng)介質(zhì)的作用下,，使球體緊緊壓在出口端的閥座密封圈上,，提出在超低溫浮動(dòng)球閥中，閥桿填料函部位的密封通過(guò)閥桿填料加唇形密封圈的方式來(lái)進(jìn)行雙重密封,，首先利用放置在閥桿填料底部唇形密封圈形成的密封副達(dá)到初級(jí)密封 ,；再利用壓緊的閥桿填料形成第二重密封，壓緊填料的螺栓處放置的碟形彈簧能夠提供持續(xù)的預(yù)緊力,。而球體與閥座之間是在流體介質(zhì)力的作用下，使球體緊貼出口端的閥座密封面,，確保了球體與閥座之間的密封,。入口端密封面采用碟形彈簧預(yù)緊式密封結(jié)構(gòu)，用蝶形彈簧來(lái)保證球體對(duì)出口端密封面的壓緊作用,。

    浮動(dòng)式球閥主要應(yīng)用于口徑較小和壓力較低的工作條件下,，而它大部分采用上述這種彈性密封結(jié)構(gòu),，這種密封結(jié)構(gòu)的好處是依靠較大的預(yù)緊力使得密封更加可靠，同時(shí)球閥較小的開(kāi)啟扭矩有效地減少了球體的磨損,，但是如果用硬密封材料制作的彈簧作為補(bǔ)償,，容易產(chǎn)生磨損導(dǎo)致維修成本高，這可以通過(guò)采用碟形彈簧加軟密封圈的軟硬組合式密封的方法來(lái)改善,，即在閥體與閥座之間加密封圈來(lái)保證閥門(mén)關(guān)閉時(shí)在介質(zhì)力的作用下閥芯與閥座的密封,，減小閥芯的位移。下游密封座處僅依靠介質(zhì)壓力不能*保證其密封的可靠性,，同時(shí)由于介質(zhì)壓力對(duì)下游閥座密封圈的壓緊作用,，使得其在工作中承受一定的介質(zhì)載荷，可能會(huì)發(fā)生變形,，因此這種密封方式的許用工作壓力不能太大,，導(dǎo)致其無(wú)法應(yīng)用在任意場(chǎng)合。

2  LNG液化天燃?xì)獾蜏厍蜷y選型分析固定式球閥的密封結(jié)構(gòu)
    固定式球閥通常應(yīng)用于壓力較高的工作條件下或者是公稱通徑較大的管線上,，它的球體由上下軸支承,，球體不會(huì)偏離上下軸的軸線，閥座是浮動(dòng)的,，在介質(zhì)壓力作用下,，推向球體產(chǎn)生密封力以獲得可靠密封，與浮動(dòng)式球閥相比,，更加減小了球閥的啟閉扭矩,。

目前被廣泛使用的一種固定球閥的閥座形式為其上、下游閥座均為單活塞效應(yīng)的自泄壓閥座 ,。當(dāng)閥腔壓力較高時(shí),，上游閥座可以被推動(dòng)而向上游泄壓。當(dāng)閥腔壓力異常升高很多時(shí),，下游閥座也起到泄壓作用,，同時(shí)向下游流道泄壓。這種閥座應(yīng)用于對(duì)密封性能要求不是特別高的場(chǎng)合,。

提出采用上述的自動(dòng)泄壓式閥座,，但同時(shí)在閥桿處設(shè)計(jì)了一種多重密封結(jié)構(gòu)，以免在進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí),，填料內(nèi)有水進(jìn)入影響密封效果,。同時(shí)在填料壓板的螺栓連接處設(shè)置有碟形彈簧，用來(lái)補(bǔ)償溫度發(fā)生變化時(shí)帶來(lái)的影響,，保證密封良好 ,。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是具有自泄壓功能，采用上裝式,，相比于分體式球閥有很多突出優(yōu)點(diǎn),，例如當(dāng)需要維修時(shí),，只需將閥蓋拆下就能取出球體和閥座，方便快捷,，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)球閥一旦安裝上,，若發(fā)生故障，需要維修時(shí),，就要從管路上拆卸下來(lái)的不便 ,。閥體與閥蓋之間的密封不是沿管道方向，因此不會(huì)受到管道中介質(zhì)力的作用,。閥門(mén)開(kāi)關(guān)迅速,，保證了系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。由于具有雙活塞效應(yīng)的閥座很難實(shí)現(xiàn)其雙活塞密封的功能,，因此要解決這方面的技術(shù)問(wèn)題,。

提出了一種波紋管密封上裝式固定球球閥，其密封座處采用螺紋導(dǎo)向套結(jié)構(gòu),。而波紋管的兩端分別與閥座和螺紋導(dǎo)向套進(jìn)行焊接,。該螺紋導(dǎo)向套的端面設(shè)計(jì)成有兩到三個(gè)螺紋孔，在此處通過(guò)螺釘來(lái)調(diào)整閥座處的位移,，這樣能夠方便地將球體從閥體頂部放入閥體內(nèi),，。這種密封結(jié)構(gòu)有效地改善了原本上裝式球閥結(jié)構(gòu)的局限性,、不可靠性以及閥門(mén)的內(nèi)漏等缺陷,。但是由于波紋管若使用單層結(jié)構(gòu)則強(qiáng)度不夠，容易破損 ,；而如果采用多層結(jié)構(gòu),，成本也會(huì)隨之增加，所以一直沒(méi)有被大量使用,。

3 軌道式球閥密封補(bǔ)償結(jié)構(gòu)
    軌道式球閥是利用凸輪機(jī)構(gòu)原理來(lái)控制閥門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉,，而且啟閉過(guò)程無(wú)摩擦，所以大部分閥門(mén)配置小手輪即可,，在任何工況下都能保證很好的密封,，特別是在低溫狀態(tài)下，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的各部件都會(huì)產(chǎn)生一定的變形 ,。目前,，軌道式球閥廣泛應(yīng)用于石油、天然氣,、化工等行業(yè),。

提出了一種可用于超低溫工況的軌道式球閥密封補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。它將閥桿設(shè)計(jì)為兩段式，在閥桿上下兩段之間布置了彈性件,，通過(guò)彈性件來(lái)補(bǔ)償在工作過(guò)程中由于溫度變化帶來(lái)的密封結(jié)構(gòu)變形量。其工作原理為 ：在關(guān)閉閥門(mén)時(shí),，閥芯在閥桿機(jī)械施壓下緊緊地?cái)D壓在閥座上,，此時(shí)彈性件也蓄有一定的彈性能量 ；在這種狀態(tài)下,，當(dāng)溫度變化引起密封壓力發(fā)生變化時(shí),，彈性件在能量的驅(qū)使下推動(dòng)下端閥桿進(jìn)行移動(dòng)，補(bǔ)償溫差導(dǎo)致的變形,，從而可以確保閥門(mén)一直處于良好的密封狀態(tài) ,；當(dāng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手輪時(shí)，閥桿向上運(yùn)動(dòng),，其底部角形平面使閥芯偏離閥座,，閥門(mén)開(kāi)啟。

    這種密封結(jié)構(gòu)不僅僅消除了閥座的摩擦,，解決了傳統(tǒng)球閥的閥座磨損問(wèn)題,，還彌補(bǔ)了因溫差對(duì)密封壓力造成的影響，能進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償,，密封可靠性得到了大大的提高,，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也可以設(shè)計(jì)成頂裝式,，維修拆卸方便,，因而得到了大量應(yīng)用。