球閥由於結構簡（jiǎn）單，安裝空間（jiān）小，並且球閥（fá）依靠（kào）介質力密封，不受外部驅動力的影（yǐng）響，因（yīn）而被廣泛應用於（yú）各工況中。目前（qián），LNG接收站普遍采用超低溫球閥，超（chāo）低溫球閥的（de）數量占整個LNG接收站（zhàn）閥門（mén）數（shù）量的80%，在使用中存在超低溫球閥內漏的（de）現象。本文基於低溫閥門的（de）設計準則及閥門密封性（xìng）能的基本理論，對影響超低溫球閥密封的要素進行了分析。
設計準則
由於（yú）工況溫度極低，使超低溫閥門的設計與製造麵臨一係列（liè）的技術難題，例如，材料的選擇、低溫密封、結構設計、固溶處理、深冷處理、絕熱、質量檢測、維修、安全（quán）等。為（wéi）此對於低溫閥門的設計有著一係列嚴格的標準（zhǔn），國際上主要采用標準（zhǔn）BS6364《低（dī）溫閥門（mén）》和（hé）MSSSP－134《對低溫閥門（mén）及其閥體/閥蓋加長體的要求》，這兩個標準較全麵地規定了低溫閥門設計和製造的要點和規則。標準（zhǔn）JB/T7749《低溫閥門技（jì）術條件》是根據BS6364《低溫閥門》轉（zhuǎn）化而成。
閥門生產（chǎn）廠家在設計低溫（wēn）閥門時，除了應遵循一般閥門的設計原（yuán）則外，應根據使用的條（tiáo）件（jiàn），遵循低溫閥（fá）設計的特殊要求。
①閥門不應成為低（dī）溫係統（tǒng）的一個顯著熱源。這是因為熱量的流入除降低熱效率外，如（rú）流（liú）入過多，還會使內部流體（tǐ）急速蒸發，產生（shēng）異常升壓，造成危險。
②低溫介（jiè）質（zhì）不應對手輪操作及填（tián）料密封性能產（chǎn）生有害的影響。
③直接與低溫（wēn）介質接觸的閥門組合件應具有防爆（bào）和防火結構。
④在低溫下工作的閥門（mén）組合件無法（fǎ）潤滑，所以需要采取結（jié）構措施以防止摩擦件擦傷。
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（lǜ）一些其他指標，以（yǐ）便更好地對低溫閥門的技術水平進行評價。通常通（tōng）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（jià）。
①低溫閥門的絕熱性能。
②低溫（wēn）閥門的冷卻性能。
③低溫閥門啟閉密封件的工作性能。
④低溫閥門表麵不結冰的條件。
低（dī）溫（wēn）閥（fá）門與通用閥（fá）門的工作環境有很大的區（qū）別，在低（dī）溫（wēn）閥（fá）門設計、製造和檢驗（yàn）等過程中（zhōng）除了（le）要遵（zūn）守閥門設計、製造和檢驗（yàn）的一般規則外，還應當注意低溫閥（fá）門（mén）所處的環境而進行適（shì）當的調（diào）整。
基本理論
影響閥門密封因素主要有（yǒu）密封副結構、密（mì）封麵比壓、介質的物理性質及密（mì）封副的質量等。但隻有在真正了解閥門密封原理（lǐ）的情況下（xià），充分考慮各種影響其密封性能的因素，才（cái）能防止泄漏和保證密封。
密封要素
盡管球閥結構簡單，但是由於其為介質壓力自密封閥門，加（jiā）之球體的特殊結構，因此影響球閥最終是否密封的要素（sù）很多。
1、密封副質量
球閥密封副的質量主要表現為球體的圓度和球體與（yǔ）閥座密封麵的表麵（miàn）粗糙度。球體的圓度影響球體與閥座的吻合度。如果吻合度高，則增加流體沿密（mì）封麵運（yùn）動的阻力，從而提高密（mì）封性。一般要求球體的圓度為9級。
密封麵表麵光潔度對密（mì）封的影響很大。當光潔度低（dī）、比（bǐ）壓小時，滲漏（lòu）量（liàng）增加。而當比壓大時，光潔度對滲漏量的影響顯著減小，這是因為密封麵上的微觀鋸齒（chǐ）狀尖（jiān）峰被壓（yā）平（píng）了，軟密封麵的光潔度對密封性能的影響比金屬對金屬的剛性密封小很多。根據（jù）隻（zhī）有當密封副之間的間隙（xì）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，防（fáng）止流體滲漏的間隙必須小於0.003μm。但是，即使（shǐ）經（jīng）過精細研磨的金屬表麵凸峰高度仍然超過0.1μm，即比水分子直（zhí）徑還要大30倍。由此可見，隻依靠（kào）提高密封麵光潔度的方法來提高密封（fēng）性，事實上是難以做到的。密封（fēng）副質量（liàng）除了影響（xiǎng）密（mì）封性外，還直接（jiē）影響球閥的使用壽命（mìng），因此，製造時必（bì）須提高（gāo）密封副質量（liàng）。
2、密封比壓
密封比壓是指作用於密封麵單（dān）位（wèi）麵積上的壓力。密封比壓是由閥前與閥後（hòu）壓力差及外加密封力所產（chǎn）生的。比壓的大（dà）小直接影響球（qiú）閥的密封（fēng）性、可靠性及使用壽命。滲漏量與壓力差成反比。試驗證明，在其他條件相同的情況下，滲漏（lòu）量（liàng）與壓差的平（píng）方成反比，因此（cǐ），滲漏量會隨著壓差（chà）的增長而減少。而壓差是決定密封比壓的重要因（yīn）素，因此密封比壓對於超低溫球閥密封性能至關重要。施（shī）加在球體上的密封比壓也不能過大（dà），過大是有利於密封，但會增加（jiā）閥門操作（zuò）轉矩，因此合理的選擇密封比（bǐ）壓，是保證超低溫球閥密封的前提（tí）。
3、流（liú）體的物理性質
（1）粘度
流體的滲透能力與其（qí）粘度緊密相關。在其他（tā）條件相同的情況下，流體粘度越大，其滲透能力越小。氣體與液體（tǐ）的粘度相差很（hěn）大。①氣體的粘度比液體的粘（zhān）度小（xiǎo）幾十倍，故其滲透能力比液（yè）體強。但是飽和蒸汽例外，飽和蒸汽容易保證密封。②壓縮氣體比液體更（gèng）容易（yì）滲漏。
（2）溫度
流體的滲透能力取決於引起粘度改（gǎi）變的溫度。氣（qì）體的粘度隨溫度的升高（gāo）而增大，它與氣體的（de）溫度的開方成正比。液體的粘度則相反，它隨溫（wēn）度的升高而急劇減小，它與溫度的立方成反（fǎn）比。此外，因溫度變化而引起的零件尺寸的改變（biàn）將造成密封區內密封壓力的變化，並能破壞密（mì）封。對於低溫流體的密封其影響尤為顯著（zhe）。因為與流體接觸的密封副通常比受力件的溫度更低些，這（zhè）就引起密（mì）封副部件收縮（suō）而鬆弛。在低溫狀（zhuàng）態下，其密封是複雜的（de），多數密封材料在低溫下失效。因此，在選擇（zé）密封材料時應考慮溫度的影響。
（3）表麵親水性
表麵親水性對滲漏的影響是毛細孔特性（xìng）所引起的，當表麵有一（yī）層（céng）很薄的油膜時，破壞（huài）了接（jiē）觸麵的親水性，並且堵塞流體通道，這樣就需要較大（dà）的壓力差才能使（shǐ）流（liú）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（hé）使用壽命。在采用油脂密封時，應注意在使用（yòng）過程中如油膜減少，應補充油脂。所采用的油脂應不溶於流體（tǐ）介質，也不應該蒸發、硬化或其他化學變化。低溫球閥不適合采用密封脂，在超低溫（wēn）工況下，大多的（de）油脂會玻璃化。
4、結構尺寸
（1）密封副（fù）結構
由於密封副不是絕對剛性的，它在密封力作用下或溫度變化等因素的影響（xiǎng）下（xià），結構尺寸必然發生變化，這便會改變密封副（fù）之間的相互作用力，其結果是密封性能（néng）降低。為補償這種變化，應使密封件具有一定的彈（dàn）性（xìng）變形。目前，有些球閥閥座采用具有彈（dàn）性（xìng）補償或金（jīn）屬彈（dàn）性（xìng）支撐的結構形式，有的（de）球體還采用彈性球結構（gòu）。這些都是改善（shàn）密封性能的一種（zhǒng）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（dù）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（bìng）非如（rú）此，因為密封副的接觸麵不能全部吻合，當產生變形後，密封（fēng）麵（miàn）的寬度不能全部有效的起到密封作用。另一方麵，密封麵寬度的增加，要增大所需要的（de）密封力，因此合理地選擇密封麵寬（kuān）度也是比較重（chóng）要的。
（3）密（mì）封圈尺寸（cùn）
超低溫球閥普遍采用PCTFE密（mì）封圈，而PCTFE在低（dī）溫下（xià）其線膨脹係數遠（yuǎn）高於金屬，因此在低溫下（xià）PCTFE密封圈會（huì）因收縮而使尺寸變小，其（qí）結（jié）果是導致（zhì）與球體的密封比壓降低及其（qí）與閥座間產生泄漏通道。因此（cǐ）PCTFE密封圈（quān）的尺寸也是影響超低溫球閥密封的（de）重要因素，設計時需考慮低溫下尺寸收縮的影響，工藝上還要采用冷裝配工藝。
針對現（xiàn）有LNG接收站超低溫球閥普遍（biàn）存在內（nèi）漏現象（xiàng），基於低（dī）溫閥門設計準則及閥門密封的基本（běn）理論（lùn），從密封副質量、密封（fēng）比壓、流體物理性質及密封（fēng）副的結構和尺寸等影響超低溫（wēn）球閥密封的要素進行分析。影響超（chāo）低溫球（qiú）閥的密封要素還有很多（duō），諸（zhū）如球體的剛度及裝配時球（qiú）心是否和（hé）閥座（zuò）密封麵同心等等。密封比壓及密封副的結構和尺寸是影響超低溫球閥密封的重要要素，設計時必（bì）須予以充分考量。
