低温对阀门密封材料的影响

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zonde

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1楼

发表于 2017-10-28 15:23 |只看该作者 |倒序浏览

随着现代工业的发展，阀门在石油、化工、电站等的长输管线、核工业、各种低温工程、宇航以及海洋采油建设等国民经济的各个部门都有广泛的应用，其性能和可靠性直接影响这些工业成套设备的安全和经济运行。调查研究表明，相当一部分阀门是应用在温度较低情况下，在高纬度及高海拔地区，普遍受地理位置影响，各种阀门都长期工作在比较低的温度环境中。

我国是个复原十分辽阔的国家，地跨几个气候带。在东北、华北以及青藏高原等很多地域每年都有几个月，甚至是常年处于0℃以下的低温气候，最低极值温度达-50℃以下。建设和开发这些地区所用的各种阀门，长时间在自然低温下工作，低温环境因素给阀门产品的使用带来许多特殊性的技术问题。只能经受各种恶劣环境条件考核的产品才是合格的产品，也才能发挥其应有的效能。

长期工作在低温环境下的阀门对其密封材料有较大的影响。密封材料在低温下的弹性和压缩永久变形率会发生改变，在达到一定低温时,其会发生脆化，甚至玻璃化。因此，会造成阀门的阀杆与阀体接合部、法兰连接处以及内部的密封材料受低温影响，发生泄漏。密封面为了保证密封材料的使用性能，不仅要求其在常温时有足够的强度、韧性以及加工性能,而且要求密封材料在低温下也具有抗脆化能力和良好的低温性能。低温是指小于-29～-196℃范围内，小于-196～269℃为超低温范围，石化企业规定低于-20℃就算低温。

在实验室条件下模拟低温环境,开展阀门密封材料试验来考核阀门密封材料对低温环境的适应性,从而发现其在低温下工作的性能指标以防止低温时产生间隙而泄漏,对提高阀门产品的预防泄漏性能有着极其重要的意义。

密封材料是指能承受接缝位移以达到气密、液密等目的而嵌入构件接缝中的材料。按形态可分为流体密封材料和非流体密封材料。流体密封材料用于两部件接触面无相对运动的静密封部位，如阀杆与阀体间的密封设计以及阀体内部的密封，采用填料函密封结构和波纹管密封结构；非流体密封又可称为密封件，既可用于静密封部位，又可用于两部件的接触面有相对运动的动密封部位，如阀门的中法兰垫片以及法兰连接式阀门的外部连接,均采用垫片的形式。密封件有金属材料(铝、铅、不锈钢等)，也有非金属材料(橡胶、塑料、陶瓷、石墨等)和复合材料(如橡胶-石棉板)，但使用最多的是橡胶类弹性体材料。

一定的温度下，橡胶的密封性能取决于其在该温度下的拉伸和压缩形变后的恢复程度。伴随着温度的降低,这种拉伸和压缩形变后的恢复越来越缓慢，材料逐渐变硬，通过一个皮革状态后，最后变得像玻璃一样又硬又脆,即玻璃化。这种行为对弹性密封圈在低温下的使用有不利的影响。密封材料的低温特性取决于基础橡胶。耐油性能好的密封材料在低温下一般不如耐油性差的密封材料低温性能好。

阀门密封材料中，阀杆与阀体件的填料密封、阀门的中法兰垫片片以及法兰连接式阀门的外部连接均为外密封。填料一般是非金属材料，其线性膨胀系数相对金属填料函和阀杆比较大。在常温下装配的填料，降到一定温度后，其收缩量大于填料孔和阀杆的收缩量，可能造成预紧压力减小引起泄漏；而垫片材料主要由橡胶或者塑性材料制成，,在低温下会硬化和降低塑性，由此产生泄漏。