1.概述
球阀因其结构简单，安装空间小，依靠中等力密封它们而广泛应用于各种工况，不受外力驱动力的影响。目前，超低温球阀广泛应用于LNG接收站。超低温球阀的数量占LNG接收站总数的80％。使用中存在超低温球阀泄漏。本文基于低温阀门的设计标准和阀门密封性能的基本理论，分析了影响低温球阀密封的因素。
2.设计标准
由于工作温度极低，低温阀的设计和制造面临着一系列技术问题，如材料选择，低温密封，结构设计，固溶处理，深冷处理，绝缘，质量检测，维护，安全因此，低温阀的设计有一系列严格的标准。国际标准主要采用BS6364低温阀和MSSP-134低温阀及其阀体/盖板加长体要求。这两个标准全面规定了低温阀门设计和制造的关键点和规则。标准JB / T7749“低温阀技术条件”基于BS6364“低温阀”转换。
在低温阀的设计中，除了一般阀门的设计原则外，还应根据使用条件遵循低温阀设计的特殊要求。
阀门不应该是低温系统的重要热源。这是因为除了降低热量流入的热效率外，如果流入量过多，也会使内部流体迅速蒸发，导致压力异常升高，造成危险。
（2）低温介质不应对手轮操作和包装密封性能产生有害影响。
（3）直接与低温介质接触的阀门组件应具有防爆和防火结构。
在低温下工作的阀组件不能润滑，因此应采取结构措施以防止摩擦部件刮伤。
在低温阀的设计过程中，除了低温阀的流量等一般要求外，还需要考虑其他一些指标，以便更好地评估低温阀的技术水平。通常通过测量能量消耗是否合理来评估低温阀的技术水平。
低温阀的绝缘性能。
（2）低温阀的冷却性能。
（3）低温阀门开闭密封的工作性能。
（4）低温阀表面不冻结的条件。
低温阀的工作环境与普通阀的工作环境非常不同。在低温阀门的设计，制造和检验过程中，除了遵循阀门设计，制造和检验的一般规则外，还应仔细调整低温阀门的环境。
3.基础理论
影响阀门密封的主要因素是密封对的结构，密封表面的比压，介质的物理性质和密封对的质量。但只有当我们真正了解阀门密封的原理并充分考虑影响其密封性能的各种因素时，才能防止泄漏并确保密封。
以平面密封为例，研究了密封面连接的密封问题，并简要介绍了密封原理。密封连接的原理如图1所示。容器充满一定压力的液体和气体，并用盖板密封。容器中介质的静压力如下：FJ = A * P.
FJ - 中等作用力，N
P - 容器中介质的静压，MPa
为了保持盖板的图形位置，必须在容器和盖板之间的接触表面的垂直方向上施加外力F = FJ，这只能确保端到端的配合。只有当密封表面是理想的平面时，介质才能通过接合面。为了确保接触表面的紧密性，必须在密封表面之间产生相互作用，即，将盖板压在容器上。当施加力F> FJ时，在组合的密封表面上将产生一定的特定压力，并且现有平面的平坦度将通过特定压力而变形。如果变形在材料的弹性极限内并且几乎没有残余变形，则当力F施加在接触表面上时可以保证密封性能。除了密封的特定压力之外，确保连接密封的因素包括密封对的结构等。然而，在这一系列因素中，密封表面之间的比压起着关键作用。
4.密封元件
虽然球阀结构简单，但影响球阀最终密封的因素很多，因为它是一种中压自密封阀和球的特殊结构。
4.1密封对质量
球阀密封副的质量主要表现在球的圆度和球座的密封面的表面粗糙度。球体的圆度影响球体和座椅之间的重合。如果重合度高，则沿密封表面移动的流体的阻力将增加，从而改善密封性能。球体的圆度通常需要为9级。
密封面的表面光洁度对密封有很大影响。当光洁度低且比压低时，泄漏增加。然而，当比压高时，平滑度对泄漏的影响显着减小，因为密封表面上的微锯齿状峰是平坦的，并且软密封表面的平滑度对密封性能的影响远小于密封性能。刚性金属密封的那个。根据这样的观点，即只有当密封对之间的间隙小于流体分子的直径时才能使流体不泄漏，可以认为防止流体泄漏的间隙必须小于0.003μm。然而，即使在精细研磨之后，金属表面凸起的高度仍然大于0.1μm，这是水分子直径的30倍。因此，仅通过改善密封表面的光滑度难以改善密封性能。密封副的质量不仅影响密封性能，还直接影响球阀的使用寿命。因此，必须在制造中提高密封对的质量。
4.2密封比压
密封特定压力是作用在密封表面的单位面积上的压力。密封的具体压力是由阀门前后的压力差和外部密封力引起的。比压直接影响球阀的密封性，可靠性和使用寿命。泄漏与压力差成反比。实验表明，在相同的其他条件下，泄漏与压差的平方成反比，因此泄漏随压差的增大而减小。压差是决定密封比压的重要因素，因此密封比压对超低温球阀的密封性能非常重要。对球体施加的特定压力不能太高，太大有利于密封，但会增加阀门的操作扭矩，因此合理选择密封比压是保证超低温球密封的前提。阀。
4.3流体的物理性质
（1）粘度
流体的渗透性与其粘度密切相关。在相同的其他条件下，流体粘度越大，渗透性越小。气体和液体的粘度差别很大。气体的粘度比液体的粘度小几十倍，因此气体的渗透性强于液体的渗透性。除饱和蒸汽外，饱和蒸汽易于确保密封。压缩气体比液体更容易泄漏。
（2）温度
流体的渗透性取决于粘度变化的温度。气体粘度随温度的升高而增加，与气体温度的平方成正比。相反，液体的粘度随着温度的升高而急剧下降，这与温度的立方成反比。另外，由温度变化引起的部件尺寸的变化将导致密封区域中的密封压力的变化，并且可能破坏密封。对于低温流体密封，效果特别显着。因为与流体接触的密封对的温度通常低于受应力部分的温度，这导致密封对收缩和松弛。在低温下，密封是复杂的，并且大多数密封材料在低温下失效。因此，在选择密封材料时应考虑温度的影响。
（3）表面亲水性
表面亲水性对渗漏的影响是由毛细孔的特征引起的。当表面上存在薄油膜时，接触表面的亲水性被破坏并且流体通道被阻塞，因此需要大的压力差以使流体通过毛细孔。因此，一些球阀使用密封油脂来改善密封和使用寿命。使用油封时，应注意使用过程中油膜的减少，并补充油脂。使用的油脂应不溶于流体介质，不应蒸发，硬化或其他化学变化。低温球阀不适合密封油脂。在超低温条件下，大部分油脂都会被玻璃化。
4.4结构尺寸
（1）密封对结构
由于密封对不是绝对刚性的，结构的尺寸会在密封力或温度变化的影响下发生变化，这将改变密封对之间的相互作用力，结果是密封性能会降低。为了补偿这种变化，密封件应具有一定的弹性变形。目前，一些球阀座采用弹性补偿或金属弹性支撑结构，有些球采用弹性球结构。这些都是提高密封性能的积极方法。
（2）密封面宽度
密封表面的宽度决定了毛细管孔的长度。当宽度增加时，沿毛细孔的流动路径成比例地增加，而泄漏则反向减小。但事实上，情况并非如此，因为密封副的接触面不能完全一致，当发生变形时，密封面的宽度不能全部有效地发挥密封作用。另一方面，随着密封面宽度的增加，所需的密封力应该增加，因此选择合理的密封面宽度是很重要的。
（3）密封圈尺寸
应用于超低温球阀，PCTFE的线膨胀系数远低于金属的低温膨胀系数。因此，PCTFE密封环在低温下会收缩，导致球的比压降低和阀座之间的泄漏通道。因此，PCTFE密封圈的尺寸也是影响超低温球阀密封的重要因素。设计时应考虑低温下的尺寸收缩，并在此过程中采用冷组装工艺。
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5，结论
基于低温阀的设计标准和阀门密封的基本理论，影响低温球阀密封的因素，如密封对的质量，密封的比压，流体的物理性质以及结构和尺寸分析密封对。影响低温球阀密封的因素很多，例如球的刚度以及球心是否与阀座的密封面同心等。密封的具体压力以及密封的结构和尺寸。密封副是影响超低温川源水泵球阀密封的重要因素，在设计时必须充分考虑。
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