球閥由於結構簡單，安裝空間小，並且球閥依靠介質（zhì）力密封，不受外部驅動力的影響，因（yīn）而被廣（guǎng）泛（fàn）應用於各工況中。目前，LNG接收站普遍采用超低溫球閥，超（chāo）低溫球閥的數量占整個LNG接收站閥門數量的（de）80%，在使用中存在超低溫球閥內漏的現象。本文基於低溫閥門的設計準則及閥門密封性能的基本理（lǐ）論，對影響超低（dī）溫（wēn）球閥密封（fēng）的要素（sù）進行了分析（xī）。
設計（jì）準則
由於工況溫度極低，使（shǐ）超低溫閥門的設計與（yǔ）製造麵臨一係列的（de）技術（shù）難（nán）題，例如，材料的選擇、低溫密封、結構（gòu）設計、固溶處理、深（shēn）冷處理、絕熱、質量檢測、維（wéi）修、安全等。為此對於低（dī）溫閥門的設計有著一係列嚴格的標準，國際上主要采用標準BS6364《低（dī）溫閥門》和MSSSP－134《對低溫閥門及其閥體/閥蓋加長體的要求》，這兩（liǎng）個標準較全麵地規定了低溫閥門設計和製造的要點和規（guī）則。標準JB/T7749《低溫閥門技術條件》是根據BS6364《低溫閥門（mén）》轉化而成。
閥門生產廠家（jiā）在設（shè）計（jì）低（dī）溫閥門時，除了（le）應（yīng）遵循一般（bān）閥門的設計原則外，應（yīng）根據使用的條件，遵循低溫閥設計的特殊要求。
①閥門不應成為低溫（wēn）係統（tǒng）的一個顯著熱源。這是（shì）因為熱量的流入除（chú）降低熱效率（lǜ）外，如流入過多，還會使內部流體（tǐ）急速蒸發，產生異常升壓，造成（chéng）危險。
②低溫介質不應對手輪操作（zuò）及填（tián）料密封性能產生有害的影響。
③直接與低溫（wēn）介質（zhì）接觸的（de）閥門（mén）組合件應具（jù）有防爆和防火結構。
④在低（dī）溫下（xià）工作的閥（fá）門組（zǔ）合件無法潤滑，所以需要采（cǎi）取結（jié）構措施以防止摩擦件擦傷（shāng）。
在低溫閥門設計過程中，除了考慮低溫閥門的流通能力等一般性要求外，還需要考慮一些其他指標，以便（biàn）更好地對低溫閥門的技術水平進行評價。通常通過衡量能量消耗是否合理對低溫閥門的技術水平進行評價。
①低溫閥門的（de）絕熱性能（néng）。
②低（dī）溫閥門的（de）冷卻性能。
③低溫閥門啟閉密封件的（de）工作性（xìng）能。
④低溫閥門表麵不（bú）結（jié）冰的（de）條（tiáo）件。
低溫閥門與通用閥門的（de）工（gōng）作環（huán）境有很（hěn）大的區別，在低溫閥門設計、製造和檢驗等過（guò）程中除了要遵守閥門（mén）設計、製造和（hé）檢驗的一（yī）般規則外，還應當注意低溫閥門所處的環（huán）境而進行適當的調（diào）整。
基本理論
影響閥門密封因素主要有密封副結構、密封麵比（bǐ）壓、介質的物理性質及密封副的質量等。但隻有在真正（zhèng）了解（jiě）閥門密封原理的情況下，充分考慮（lǜ）各（gè）種影響其密封性能的因素，才能防止泄漏（lòu）和保證密封。
密封要素
盡（jìn）管球（qiú）閥結構簡單，但（dàn）是由於其為介質壓力自密封閥（fá）門，加之球體的特殊結構，因此（cǐ）影響球閥最終是否密封的（de）要素很多。
1、密封副質量
球閥密封副的質量主要表（biǎo）現為球體的圓度（dù）和球體與閥座密（mì）封麵的表麵（miàn）粗糙度（dù）。球體的圓度（dù）影響球體與閥座的（de）吻合度。如果吻合度高，則增加流體沿密封（fēng）麵運動的阻力（lì），從而提高密封性。一般要求球體的圓度為9級。
密封麵表麵光潔度對密封的影響很大。當光潔度低、比壓小時，滲漏量增加。而當比壓大時，光潔度對（duì）滲漏量的影響顯著減小，這是因為密封（fēng）麵上的微觀鋸齒狀尖（jiān）峰被壓平了，軟（ruǎn）密封麵的光潔度對（duì）密（mì）封性能的影響比金屬對金屬的剛性密封小很多（duō）。根據隻有當密封副之間的間（jiān）隙小於流體分子直徑時才能保證流體不泄漏的觀點，可以認為（wéi），防止流體滲漏的間隙必須小於0.003μm。但是，即使經過精細研磨的金屬表麵凸峰（fēng）高度仍然超過0.1μm，即比水分子直徑還要大（dà）30倍（bèi）。由此可見，隻依靠提高（gāo）密（mì）封麵光潔度的方法來提高密封性，事實上是難以做到的。密封副質量除（chú）了影響密封性外，還直接影響球閥的使（shǐ）用壽命（mìng），因此，製造時必須提高密封副質量。
2、密封比壓
密封比壓是指作用於密封麵（miàn）單位（wèi）麵積上的壓力（lì）。密封比壓是由閥前與閥後壓力差及外加密封力所產生的。比壓的大小直接影響球閥的密封性、可靠性及使用壽命。滲（shèn）漏量與壓力差（chà）成反（fǎn）比。試（shì）驗證（zhèng）明，在其他條件相同（tóng）的情況下，滲漏量與壓差的平方成反比，因此（cǐ），滲漏量（liàng）會隨著壓差的增長而減少。而壓差是決定密封比壓的重要因素，因此密封比壓對於超低（dī）溫球閥密封性能（néng）至關重要。施（shī）加在球體上的密封比壓也不能過大，過大是有利於密封（fēng），但會增加閥門操作（zuò）轉矩，因此合（hé）理的選擇密封比壓，是保證超低溫球閥密封（fēng）的前（qián）提。
3、流（liú）體的物理性質
（1）粘度
流體的滲透能力與其粘度緊密相關。在其他條件相同的情況（kuàng）下，流體粘（zhān）度越大，其滲透能力越小。氣體與液體的粘度相差很大。①氣體的（de）粘（zhān）度比液體的粘度小幾十倍，故（gù）其滲透能力比液體強。但是飽和蒸汽例（lì）外，飽和蒸汽容易（yì）保證密封。②壓縮（suō）氣體比液體更容易滲漏。
（2）溫度
流體的滲透能力取決於引起粘度改變的溫度。氣體的粘度隨溫度的升高而增大，它與氣體的溫度的開方成正比。液體的粘度則相（xiàng）反，它隨溫度的升（shēng）高而急劇減小，它（tā）與溫度的立方成反（fǎn）比（bǐ）。此外（wài），因溫度變化而引起的零件尺寸的改變將造成密封（fēng）區內密封壓力的變化，並能破壞密（mì）封（fēng）。對於低溫流體的密封其影響尤為顯著。因為與流體接觸的密封副通常比受力件的溫度更低些，這就引起密封（fēng）副部件收縮而（ér）鬆弛。在低（dī）溫狀態下，其（qí）密封是複雜的，多數密封（fēng）材料在低（dī）溫（wēn）下失效。因此，在選擇密封材料時應考慮溫度的影響。
（3）表麵親（qīn）水性
表麵親水性對滲漏的影響是毛細孔特性所引起的，當表麵有一層很（hěn）薄的（de）油膜時，破壞了（le）接（jiē）觸麵的親水（shuǐ）性，並（bìng）且堵塞流體（tǐ）通道，這樣就需（xū）要較大的壓力差才能使流體通過毛細孔。因此有些球閥（fá）采用密封脂，以提高（gāo）密封性和使用壽命。在采用油脂密封時，應注意在使用過程中如油膜減少，應補充（chōng）油脂。所采用的油脂應不溶（róng）於（yú）流體介質，也不應（yīng）該蒸發、硬化或其他化學變化。低溫球閥（fá）不適合采用密封（fēng）脂（zhī），在（zài）超低溫工況下，大多的油脂會玻璃化。
4、結構尺寸
（1）密封副結構（gòu）
由於密封副不是絕對剛性的，它在密封力作用下或（huò）溫度變化等因（yīn）素的影響下，結構尺寸必然發生變化，這便會改變密封副之（zhī）間的（de）相互作用力，其結果是密封（fēng）性（xìng）能（néng）降（jiàng）低。為補償（cháng）這種變化，應使密封件具（jù）有（yǒu）一定（dìng）的彈性變形。目前，有些球（qiú）閥閥座（zuò）采用具有彈性補償或金（jīn）屬彈性支撐的結構形式，有（yǒu）的球體還采用（yòng）彈性球結構。這些都是改善密封性能的一種積極形式。
（2）密封麵寬度
密封麵的（de）寬度決定毛細孔的長度。當寬度加大時，流體沿毛細孔運動路程成正比增加，而泄漏量則反比地減小。但實際上並非如此，因為密封副的接觸麵不能全部（bù）吻合，當（dāng）產生變形後，密封麵的寬度不能全部有（yǒu）效的起到（dào）密封作用。另一方麵，密封麵寬度的增加，要（yào）增（zēng）大所需要的密封力，因此合理地選擇密封麵寬度（dù）也是比較重要的。
（3）密封圈尺寸
超低溫球閥普遍采用PCTFE密封圈（quān），而PCTFE在低（dī）溫下其線膨脹係數遠（yuǎn）高於金屬，因此在低（dī）溫下PCTFE密封（fēng）圈會因收縮而使尺寸變小，其結果是導致與球體的密封比壓降低及其與閥座間產生泄漏通道（dào）。因此PCTFE密封圈的尺寸也是影響超低溫球閥密（mì）封的重要因素，設計時需考慮低溫（wēn）下尺寸收縮（suō）的影響，工藝上還要采用冷裝配工藝。
針對現有（yǒu）LNG接收站超低溫球閥普遍存在內漏現象，基於低溫閥門設計準則及閥門密封（fēng）的基本理論，從（cóng）密封副質量、密封比壓、流體物理（lǐ）性質及密封副的結構和尺寸等影響（xiǎng）超低溫球閥密封的要素進行分析。影響超低（dī）溫球閥（fá）的密（mì）封要素還有很多（duō），諸如球體的剛度及裝配時球心是否和閥座（zuò）密封麵同心等等。密封比（bǐ）壓及密封副的（de）結構和尺寸（cùn）是影（yǐng）響超低（dī）溫球閥密封的重要要素，設計時（shí）必（bì）須予以充分考量。
