Het gebruik en de afdichtingseisen van lagetemperatuurkleppen, hoe kiest u het materiaal van de lagetemperatuurklep?
2. De invloed van lage temperaturen op de afdichtingsprestaties van de klep
2.1 Niet-metalen afdichtingsparen
Kogelkranen en vlinderkleppen die bij kamertemperatuur werken, gebruiken over het algemeen afdichtingsparen van metaal op niet-metalen materiaal. Vanwege de hoge elasticiteit van niet-metalen materialen is de specifieke druk die nodig is voor afdichting klein, dus de afdichting is goed. Echter, bij lage temperaturen, omdat de uitzettingscoëfficiënt van niet-metalen materialen veel groter is dan die van metalen materialen, zijn de krimp van de lage temperatuur en de krimp van metalen afdichtingen, kleplichamen en andere onderdelen veel anders, wat leidt tot een ernstige vermindering van de specifieke afdichtingsdruk en het resultaat van afdichting kan niet worden afgedicht. De meeste niet-metalen materialen worden stijf en bros bij cryogene temperaturen, verliezen hun taaiheid, wat resulteert in koude vloei en spanningsrelaxatie. Zoals rubber bij een temperatuur lager dan de glastemperatuur, verliest volledig zijn elasticiteit, wordt glasachtig, verliest zijn dichtheid. Bovendien kan rubber niet worden gebruikt voor LNG-kleppen omdat het een bubbeluitzetting heeft in LNG-medium. Daarom worden bij het ontwerp van lagetemperatuurkleppen, waarbij de algemene temperatuur lager is dan -70℃, geen niet-metalen afdichtingshulpstoffen meer gebruikt, of worden niet-metalen materialen via een speciaal proces omgezet in een samengestelde structuur van metaal en niet-metalen.
Volgens buitenlandse gegevens kunnen sommige niet-metalen materialen goed worden gebruikt in cryogene toestand. In de jaren 70 was "slip shod", een nieuw plastic van Irish Alloy Co., LTD., een soort polyethyleen met een ultrahoog moleculair gewicht, dat een goede taaiheid had bij -269 ° C, niet brak onder bepaalde impactspanning en een aanzienlijke slijtvastheid behield. Het in Frankrijk ontwikkelde Mylar-plastic is nog steeds vrij elastisch bij de temperatuur van vloeibare waterstof (-253 ℃). De polycarbonaat afdichtingshouder van HT Lomanenko uit de voormalige Sovjet-Unie werd getest in vloeibare stikstof (-196 ℃). De gegevens tonen aan dat het polycarbonaat een goed afdichtend effect heeft bij lage temperaturen.
2.2 Metalen afdichtingspaar
Onder de conditie van lage temperatuur, de sterkte en hardheid van metalen materialen nemen toe, plasticiteit en taaiheid nemen af, tonen verschillende graden van lage temperatuur koude brosse fenomeen, ernstige invloed op de prestaties en veiligheid van de klep. Om lage spanning brosse breuk van materialen bij lage temperatuur te voorkomen, bij het ontwerpen van lage temperatuur kleppen, ferritische roestvast stalen materialen worden over het algemeen gebruikt wanneer de temperatuur hoger is dan -100℃, terwijl wanneer de temperatuur lager is dan -100℃, de klepbehuizing, klepdeksel, klepsteel en afdichtingszitting meestal worden gebruikt met vlak-gecentreerd kubisch rooster austenitisch roestvast staal, koper en koperlegering, aluminium en aluminiumlegering, enz. Maar omdat de hardheid van aluminium en aluminiumlegering niet hoog is, de slijtvastheid en slijtvastheid van het afdichtingsoppervlak is slecht, dus het wordt zelden gebruikt in de lage temperatuur klep. Over het algemeen worden austenitische roestvrijstalen materialen gebruikt, zoals 0Cr18Ni9, 00Cr17Ni12Mo2 (304, 316L), enz. Deze materialen hebben geen lage temperatuur, koude brosheid, kritische temperatuur, maar kunnen onder lage temperatuuromstandigheden toch een hoge taaiheid behouden.
Echter, austenitisch roestvast staal als een lage temperatuur klep metaal afdichting hulpmateriaal heeft ook enkele tekortkomingen. Omdat de meeste van deze materialen in een metastabiele toestand zijn bij kamertemperatuur, transformeert de austeniet in het materiaal in martensiet wanneer de temperatuur wordt verlaagd tot onder het faseovergangspunt (MS). Voor body gecentreerd kubisch rooster van martensiet is de dichtheid lager dan die van face-gecentreerd kubisch rooster van austeniet, en omdat sommige koolstofatomen body gecentreerd kubisch rooster positie regulering rangschikken, maken het rooster langs de C-as groei, dus de toename van de volumeveranderingen veroorzaakt door interne spanning, maken oorspronkelijk na het slijpen voldoen aan de afdichtingsvereisten van afdichtingsoppervlak knikvervorming, resulterend in afdichting falen.
Naast de vervormingsfout van het afdichtingsoppervlak veroorzaakt door fasetransformatie bij lage temperatuur, zal er door het temperatuurverschil van elk onderdeel of het verschil in fysieke eigenschappen tussen verschillende materialen, wat resulteert in ongelijkmatige krimp, ook temperatuurvariatiespanning optreden. Wanneer de spanning onder de elastische limiet van het materiaal ligt, wordt er een omkeerbare elastische vervorming in het afdichtingsoppervlak geproduceerd. Wanneer de temperatuurspanning van een onderdeel de vloeigrens van het materiaal overschrijdt, zullen de onderdelen onomkeerbare vervorming en vervorming hebben, wat ook het falen van het afdichtingsoppervlak zal veroorzaken en het afdichtingseffect zal beïnvloeden.
Gezien de invloed van lage temperaturen op het metalen afdichtingspaar, moeten overeenkomstige maatregelen worden genomen om de vervorming van het metalen afdichtingsoppervlak klein te maken of de vervorming van het afdichtingsoppervlak heeft weinig invloed op de afdichtingsprestaties. Ten eerste moeten we qua materialen proberen materialen te kiezen met een hoge stabiliteit van de metallografische structuur (zoals 316L maar met hoge kosten). Ten tweede moeten het lichaam, de afdekking, de steel, de afdichting en andere austenitische materialen van onderdelen bij lage temperatuur worden verwerkt, zodat de martensiettransformatie en vervorming van het materiaal volledig wordt uitgevoerd vóór de afwerking. De temperatuur van de lagetemperatuurbehandeling moet lager zijn dan de faseveranderingstemperatuur (MS) van het materiaal en lager dan de werkelijke werktemperatuur van de klep, en de behandelingstijd moet 2 ~ 4 uur zijn. Indien nodig kunnen meerdere lagetemperatuurbehandelingen of geschikte verouderingsbehandelingen worden uitgevoerd. Naast de bovenstaande maatregelen moet het structurele ontwerp ook worden overwogen om de impact van vervorming van het afdichtingsoppervlak op de afdichtingsprestaties te verminderen, zoals bij het ontwerp van afsluiters, kogelkranen en vlinderkleppen kan het gebruik van elastische afdichtingsstructuren worden overwogen, zodat de vervorming bij lage temperaturen gedeeltelijk kan worden gecompenseerd. Voor de bolklep moet een conische afdichtingsstructuur zijn, zodat de vervorming bij lage temperaturen op het afdichtingsoppervlak van de kleine impact.
3. Invloed van lage temperaturen op de afdichtingsprestaties van de klep
3.1 Stampakking
Vanwege de defecten van rubbermateriaal bij lage temperaturen en het koude brosse en ernstige koude stromingsverschijnsel van de meeste niet-metalen materialen, kan het afdichtingsontwerp tussen de steel en het kleplichaam van de lagetemperatuurklep niet de vorm van een afdichtingsring gebruiken, kan alleen de afdichtingsstructuur van de pakkingdoos en de balgafdichtingsstructuur gebruiken. Algemene balgafdichting wordt gebruikt in het medium laat geen sporenlekkage toe en is niet geschikt voor pakkingsgelegenheden, de levensduur van de enkellaagse structuur is erg kort, de kosten van de meerlaagse structuur zijn hoog, de verwerking is moeilijk, dus over het algemeen niet gebruikt.
De afdichtingsstructuur van de pakkingbus is eenvoudig te vervaardigen en te verwerken, eenvoudig te onderhouden en te vervangen en is vrij gebruikelijk in praktische toepassingen. De algemene werktemperatuur van de pakking mag echter niet lager zijn dan -40 ℃. Om de afdichtingsprestaties van de pakking te garanderen, moet het pakkingbusapparaat van de lagetemperatuurklep worden bediend onder de omstandigheden van dicht bij de omgevingstemperatuur. Bij lage temperaturen verdwijnt de elasticiteit van de vulstof geleidelijk met de afname van de temperatuur en neemt de lekvrije prestatie af. Vanwege medialekkage veroorzaakt door pakking en klepsteelijs, zal de normale werking van de klepsteel worden beïnvloed, maar ook vanwege de beweging van de klepsteel zal de pakking krassen, wat ernstige lekkage veroorzaakt. Daarom is het onder normale omstandigheden vereist dat de lagetemperatuurkleppakking werkt bij een temperatuur boven 0 ℃, wat het ontwerp van de lange nekklepdekselstructuur vereist, zodat de pakkingbus weg is van het lagetemperatuurmedium en de selectie van pakking met lagetemperatuurkenmerken. Veelgebruikte vulstoffen zijn polytetrafluorethyleen, asbest, geïmpregneerd polytetrafluorethyleen asbest touw en flexibel grafiet, waaronder, omdat asbest permeabiliteitslekkage niet kan vermijden, polytetrafluorethyleen lineaire uitzettingscoëfficiënt is erg groot, koud vloei fenomeen is ernstig, dus over het algemeen niet gebruikt. Flexibel grafiet is een uitstekend afdichtingsmateriaal, gas, vloeistof zijn ondoordringbaar, compressieverhouding is groter dan 40%, veerkracht is groter dan 15%, spanningsrelaxatie is minder dan 5%, de lagere bevestigingsdruk kan worden afgedicht. Het heeft ook zelf-smerend vermogen, gebruikt als kleppakking kan effectief pakking en klepsteel slijtage voorkomen, de afdichtingsprestaties zijn duidelijk beter dan het traditionele asbestmateriaal, dus het is een van de meest uitstekende afdichtingsmaterialen.
Omdat de vulling over het algemeen niet-metalen materiaal is, is de lineaire uitzettingscoëfficiënt veel groter dan de metalen vuldoos en klepsteel. Daarom is, wanneer de pakking die bij kamertemperatuur is gemonteerd, daalt tot een bepaalde temperatuur, de krimp ervan groter dan die van het pakkinggat en de klepsteel, wat lekkage kan veroorzaken vanwege de afname van de voorspanningsdruk. In het ontwerp kan de pakkingbusbout worden voorgespannen met meerdere groepen schijfveerpakkingen, zodat de voorspanningskracht van de pakking bij lage temperatuur continu kan worden gecompenseerd om het afdichtende effect van de pakking te garanderen.
De gecombineerde spindelpakking met lage lekkage wordt geproduceerd door Garlock Company in de Verenigde Staten. De eindring is gemaakt van een gevlochten schijfwortel van koolstofvezel, de afdichtingsring is gemaakt van een zeer zuivere grafietstrip met diamanttextuur, door de beker- en kegelstructuur en radiale uitzettingseigenschappen, worden de afdichtingsprestaties verbeterd.
De lage temperatuur vervorming van het steel materiaal zal ook de afdichtingsprestaties van de pakking beïnvloeden. Daarom moet de steel, net als het kleplichaam, klepdeksel, afdichtingsaccessoires, ook cryogene verwerking ondergaan na afwerking, om de lage temperatuur vervorming klein te maken. Bovendien, omdat het austenitische roestvrij staal dat wordt gebruikt in het cryogene steel materiaal niet warmtebehandeld kan worden om de oppervlaktehardheid te verbeteren, is de kans groter dat de verbinding tussen de steel en de pakking elkaar kneust, wat resulteert in lekkage bij de pakking. Daarom moet het steel oppervlak worden geplateerd met hard chroom of nitride om de oppervlaktehardheid te verbeteren.
3.2 Middenflenspakking
Zowel de middelste flensafdichting van de klep als de externe verbinding van de flensverbindingsklep zijn over het algemeen in de vorm van pakkingen. Omdat pakkingmateriaal bij lage temperaturen zal uitharden en de plasticiteit zal verminderen, heeft de pakking voor lagetemperatuurkleppen hogere eisen. Deze moet een betrouwbare afdichting en herstel hebben bij normale temperatuur, lage temperatuur en temperatuurveranderingen. De invloed van lage temperaturen op de afdichtingsprestaties van de pakking moet uitgebreid worden overwogen.
Volgens de algemeen gebruikte pakkingafdichtingsvormen zullen de boutlengte, pakking en flensdikte krimpen naarmate de temperatuur daalt. Om de betrouwbare pakkingafdichting bij lage temperaturen te garanderen, moet aan de volgende eisen worden voldaan:
Δ HT3 Δ HT – Δ HT1 – Δ H1 Typ in de
ΔH1 — Trekvervorming van boutconstructie, mm
Δ H1 = 1 / E1H-sigma
ΔHT1 — Krimp van bouten in het temperatuurbereik van ΔT, mm
Δ HT1 Δ T = H alfa 1
ΔHT — krimp van de pakking in de ΔT-temperatuurzone, mm
Δ HT = alfa 2 Δ h T
ΔHT3 — Krimp van boven- en onderflenzen in ΔT-temperatuurzone, mm
Δ HT3 = alfa 3 Δ T1 (H – H)
σ1 — Boutvoorspanning, N/mm
E1 — elasticiteitsmodulus van de bout, N/mm
α1, α2, α3 — zijn de lineaire uitzettingscoëfficiënt van bout-, pakking- en flensmaterialen, respectievelijk, mm/m
H, H – mm
Wanneer de pakking de ontworpen werktemperatuur lager dan kamertemperatuur bereikt, moet de som van de krimp van de boven- en onderflens en de krimp van de pakking kleiner zijn dan de som van de krimp van de bout en de trekvervorming van de boutconstructie. Dit om ervoor te zorgen dat de pakking nog steeds een deel van de voorspanning heeft bij de werktemperatuur en het afdichtend vermogen behouden blijft.
Daarom moeten er vier aspecten in het ontwerp worden overwogen. ① De bout is gemaakt van materiaal met een grotere lineaire uitzettingscoëfficiënt, die een grotere krimp heeft bij lage temperaturen. ② De flens is gemaakt van materiaal met een kleinere lineaire uitzettingscoëfficiënt om ΔHT3 te verminderen. ③ Verminder de dikte van de pakking en gebruik het materiaal met een kleine lineaire uitzettingscoëfficiënt als de pakking. (4) Verhoog de trekvervorming van bouten.
Voor lagetemperatuurkleppen onder -100℃ zijn het materiaal van het lichaam en het boutmateriaal over het algemeen gemaakt van austenitisch roestvrij staal, de lineaire uitzettingscoëfficiënt is hetzelfde, dus is het belangrijker om het juiste pakkingsmateriaal te kiezen en de trekvervorming van bouten te vergroten. Ideaal laagtemperatuurpakkingsmateriaal, bij kamertemperatuur is de hardheid laag, bij lage temperatuur kan de veerkracht goed zijn, de lineaire uitzettingscoëfficiënt is klein en heeft een bepaalde mechanische sterkte. In praktische toepassingen worden over het algemeen wikkelpakkingen van roestvrijstalen tape gevuld met asbest of polytetrafluorethyleen of flexibel grafiet gebruikt, en het afdichtende effect van wikkelpakkingen van flexibel grafiet en roestvrij staal is ideaal. Wat betreft de verhoogde trekvervorming van de bout, vanwege de limiet van de voorspanning van de boutinstallatie, is de verhoogde marge niet veel, dus kan worden overwogen om de schijfveerpakking in te stellen om te compenseren.
Plaatsingstijd: 19-10-2022
