Pregled
Kuglasti ventili naširoko se koriste u različitim radnim uvjetima zbog svoje jednostavne strukture, malog prostora za ugradnju, a kuglasti ventili se oslanjaju na srednju silu za brtvljenje i na njih ne utječu vanjske pogonske sile. Trenutno se kuglasti ventili za ultra niske temperature općenito koriste u stanicama za prijem LNG-a. Broj kuglastih ventila za ultra niske temperature čini 80% ukupnog broja ventila u cijeloj prihvatnoj stanici LNG-a. Postoji fenomen unutarnjeg propuštanja kuglastih ventila za ultra niske temperature tijekom uporabe. Na temelju projektnih kriterija kriogenih ventila i osnovne teorije brtvljenja ventila, ovaj rad analizira čimbenike koji utječu na brtvljenje kuglastih ventila za ultra niske temperature.
2 Smjernice za dizajn
Zbog ekstremno niske radne temperature, dizajn i proizvodnja ventila za ultra niske temperature suočavaju se s nizom tehničkih poteškoća, kao što su odabir materijala, brtvljenje na niskim temperaturama, konstrukcijski dizajn, obrada otopinom, kriogena obrada, toplinska izolacija, inspekcija kvalitete, održavanje , sigurnost itd. Iz tog razloga postoji niz strogih standarda za dizajn kriogenih ventila. U svijetu se uglavnom koriste međunarodni standardi BS6364 "Cryogenic Valves" i MSSSP-134 "Requirements for Cryogenic Valves and their Valve Body/Bonnet Extensions". Sveobuhvatno su navedene ključne točke i pravila za projektiranje i proizvodnju kriogenih ventila. Standard JB/T7749 "Tehnički uvjeti za kriogene ventile" transformiran je iz BS6364 "Kriogeni ventili".
Pri projektiranju kriogenih ventila, osim poštivanja načela dizajna općih ventila, treba slijediti posebne zahtjeve za dizajn kriogenih ventila u skladu s uvjetima uporabe.
① Ventili ne bi trebali biti značajan izvor topline u kriogenim sustavima. To je zato što dotok topline ne samo da smanjuje toplinsku učinkovitost, nego ako je dotok prevelik, uzrokovat će i brzo isparavanje unutarnje tekućine, što će rezultirati abnormalnim porastom tlaka i izazvati opasnost.
②Medij niske temperature ne smije imati štetne učinke na rad ručnog kotača i učinkovitost brtvljenja pakiranja.
③Sklopovi ventila u izravnom kontaktu s medijima niske temperature trebaju imati strukture otporne na eksploziju i vatru.
④Sklop ventila koji radi na niskim temperaturama ne može se podmazati, pa su potrebne strukturne mjere kako bi se spriječilo ogrebotine na tarnim dijelovima.
U procesu projektiranja kriogenih ventila, osim razmatranja općih zahtjeva kao što je kapacitet protoka kriogenih ventila, potrebno je razmotriti i neke druge pokazatelje kako bi se bolje ocijenila tehnička razina kriogenih ventila. Tehnička razina kriogenih ventila obično se procjenjuje mjerenjem je li potrošnja energije razumna.
①Adijabatska izvedba kriogenih ventila.
② Učinak hlađenja kriogenih ventila.
③Radna izvedba brtvi za otvaranje i zatvaranje ventila na niskim temperaturama.
④ Uvjet da se površina kriogenog ventila ne smrzava.
Radno okruženje kriogenih ventila vrlo se razlikuje od okruženja uobičajenih ventila. U procesu projektiranja, proizvodnje i inspekcije kriogenih ventila, osim poštivanja općih pravila projektiranja, proizvodnje i inspekcije ventila, pozornost treba obratiti i na okolinu u kojoj se kriogeni ventili nalaze. Odgovarajuće prilagodbe.
3 osnovna teorija
Glavni čimbenici koji utječu na brtvljenje ventila su struktura brtvenog para, specifični tlak brtvene površine, fizikalna svojstva medija i kvaliteta brtvenog para. Ali samo kada stvarno razumijemo načelo brtvljenja ventila i u potpunosti uzmemo u obzir različite čimbenike koji utječu na njegovu učinkovitost brtvljenja, možemo spriječiti curenje i osigurati brtvljenje.
Na primjeru ravne brtve proučava se problem brtvljenja spoja brtvene površine i ukratko se objašnjava princip brtvljenja. Načelo zabrtvljenog spoja prikazano je na slici 1. u kojem je spremnik napunjen tekućinom i plinom pod određenim tlakom i zabrtvljen pokrovnom pločom. Statički tlak medija u posudi je: FJ=A×P
U formuli FJ — srednja sila, N
A——površina medija koji djeluje na pokrovnu ploču, mm2
P——Statički tlak medija u posudi, MPa
In order to keep the cover plate in the position shown in the figure, an external force F=FJ must be applied in the vertical direction of the contact surface of the container and the cover plate, so that only the end faces can be guaranteed. Only when the sealing surface is an ideal plane, the medium will not pass through between the joint surfaces. In order to ensure the tightness of the contact surface, an interaction force must be generated between the sealing surfaces, that is, the cover is pressed against the container by force. When the force F>FJ, određeni specifični pritisak će se generirati na kombiniranoj brtvenoj površini, a postojeća ravnost na ravnini će se deformirati oslanjajući se na specifični pritisak. Ako je deformacija unutar graničnog raspona elastičnosti materijala i postoji mala zaostala deformacija, brtvljenje se može zajamčiti kada se sila F primijeni na kontaktnu površinu. Osim specifičnog pritiska brtve, čimbenici koji osiguravaju nepropusnost spoja također uključuju strukturu brtvljenja i tako dalje. Ali u ovom nizu čimbenika ključnu ulogu ima specifična vrijednost tlaka između brtvenih površina.
4 Elementi za brtvljenje
Iako je struktura kuglastog ventila jednostavna, jer se radi o srednjetlačnom samobrtvenom ventilu i posebnoj strukturi kugle, postoje mnogi čimbenici koji utječu na to da li je kuglasti ventil konačno zabrtvljen.
4.1 Sekundarna kvaliteta pečata
Kvaliteta brtvenog para kuglastog ventila uglavnom se očituje u okruglosti kugle i hrapavosti površine brtvene površine između kugle i sjedišta ventila. Okruglost lopte utječe na to koliko dobro lopta pristaje u sjedalo. Ako je stupanj prianjanja visok, povećat će se otpor tekućine da se kreće duž brtvene površine, čime se poboljšava učinkovitost brtvljenja. Općenito, zaobljenost sfere mora biti stupnja 9.
Završna obrada brtvene površine ima veliki utjecaj na brtvljenje. Kada je glatkoća niska i specifični tlak mali, propuštanje će se povećati. Međutim, kada je specifični tlak velik, učinak završne obrade na curenje je značajno smanjen, jer su mikroskopski nazubljeni vrhovi na površini za brtvljenje spljošteni, a glatkoća meke površine za brtvljenje ima veći učinak na učinak brtvljenja od krutost metala na metal Brtva je mnogo manja. Sa stajališta da tekućina ne može istjecati samo kada je razmak između brtvenih parova manji od molekularnog promjera tekućine, može se smatrati da razmak za sprječavanje istjecanja tekućine mora biti manji od {{{{2} }}}.003 μm. Međutim, visina vrhova čak i na fino mljevenoj metalnoj površini je još uvijek preko 0,1 μm, što je 30 puta veće od promjera molekule vode. Može se vidjeti da je zapravo teško poboljšati učinak brtvljenja samo poboljšanjem glatkoće brtvene površine. Kvaliteta brtvenog para ne utječe samo na performanse brtvljenja, već također izravno utječe na radni vijek kuglastog ventila. Stoga se kvaliteta brtvenog para mora poboljšati tijekom proizvodnje.
4.2 Specifični tlak brtve
Specifični tlak brtve odnosi se na tlak koji djeluje na jediničnu površinu brtvene površine. Specifični tlak brtvljenja stvara se razlikom tlaka između prednje i stražnje strane ventila i vanjske sile brtvljenja. Specifični tlak izravno utječe na performanse brtvljenja, pouzdanost i vijek trajanja kuglastog ventila. Količina curenja obrnuto je proporcionalna razlici tlaka. Eksperimenti su dokazali da je, pod istim uvjetima, količina curenja obrnuto proporcionalna kvadratu razlike tlaka, stoga će se količina curenja smanjivati s povećanjem razlike tlaka. Razlika tlaka je važan čimbenik za određivanje specifičnog tlaka brtvljenja, tako da je specifični tlak brtvljenja vrlo važan za performanse brtvljenja kriogenog kuglastog ventila. Specifični tlak za brtvljenje primijenjen na kuglu ne bi trebao biti prevelik, prevelik je koristan za brtvljenje, ali će povećati radni moment ventila, tako da je razuman odabir specifičnog tlaka za brtvljenje pretpostavka da se osigura brtvljenje ultra- kuglasti ventil za niske temperature.
4.3 Fizička svojstva tekućina
1) Viskoznost
Prodornost tekućine usko je povezana s njezinom viskoznošću. Pod istim uvjetima, što je veća viskoznost tekućine, to je manja njezina sposobnost prodiranja. Plinovi i tekućine imaju vrlo različite viskoznosti. ①Viskoznost plina desetke je puta manja od viskoznosti tekućine, pa je njegova sposobnost prodiranja jača od sposobnosti tekućine. Ali zasićena para je iznimka, a zasićena para je lako osigurati brtvljenje. ②Klačni plin je lakše iscuriti nego tekućina.
(2) temperatura
Prodornost tekućine ovisi o temperaturi koja uzrokuje promjenu viskoznosti. Viskoznost plina raste s porastom temperature, koja je proporcionalna korijenu temperature plina. Viskoznost tekućine je suprotna, naglo opada s porastom temperature, a obrnuto je proporcionalna kubu temperature. Osim toga, promjene u dimenzijama dijelova zbog promjena temperature uzrokovat će promjene u pritisku brtve u području brtve i mogu oštetiti brtvu. Njegov utjecaj posebno je značajan za brtvljenje kriogenih tekućina. Budući da je brtveni par u kontaktu s tekućinom obično hladniji od naprezanja, to uzrokuje skupljanje i opuštanje brtvenog para. U stanju niske temperature, njegovo brtvljenje je komplicirano, a većina materijala za brtvljenje ne uspijeva na niskoj temperaturi. Stoga pri odabiru materijala za brtvljenje treba uzeti u obzir utjecaj temperature.
3) Hidrofilnost površine
Učinak površinske hidrofilnosti na curenje uzrokovan je karakteristikama kapilarnih pora. Kada se na površini nalazi tanki sloj uljnog filma, on će uništiti hidrofilnost kontaktne površine i blokirati kanal tekućine, što zahtijeva veliku razliku tlaka za prolaz tekućine kroz kapilarne pore. Stoga neki kuglasti ventili koriste mast za brtvljenje kako bi poboljšali brtvljenje i vijek trajanja. Kada koristite brtvu za podmazivanje, treba imati na umu da ako se uljni film smanji tijekom uporabe, potrebno je dopuniti mast. Mast koja se koristi treba biti netopljiva u tekućem mediju i ne smije isparavati, stvrdnjavati se niti podlijegati drugim kemijskim promjenama. Kriogeni kuglasti ventili nisu prikladni za brtvljenje masti, a većina masti će se ostakliti u uvjetima ultraniskih temperatura.
4.4 Strukturne dimenzije
(1) Brtvena struktura
Budući da par za brtvljenje nije apsolutno krut, njegova strukturna veličina će se neizbježno promijeniti pod utjecajem sile brtvljenja ili promjene temperature, što će promijeniti silu interakcije između parova za brtvljenje, što će rezultirati smanjenom učinkom brtvljenja. Da bi se kompenzirala ova promjena, brtva mora imati određenu elastičnu deformaciju. Trenutačno neka sjedišta kuglastih ventila imaju strukturni oblik s elastičnom kompenzacijom ili metalnom elastičnom potporom, a neke kugle također imaju strukturu elastične kugle. Ovo je agresivan oblik poboljšane izvedbe brtvljenja.
(2) Širina brtvene površine
Širina brtvene površine određuje duljinu kapilarnih pora. Kada se širina povećava, udaljenost gibanja tekućine duž kapilare proporcionalno se povećava, dok se propuštanje obrnuto smanjuje. Ali to zapravo nije slučaj, jer se kontaktne površine brtvenog para ne mogu potpuno uskladiti, a kada dođe do deformacije, širina brtvene površine ne može u potpunosti učinkovito igrati ulogu brtvljenja. S druge strane, povećanje širine brtvene površine će povećati potrebnu brtvenu silu, stoga je također važno razumno odabrati širinu brtvene površine.
(3) Dimenzije brtvenog prstena
Kuglasti ventili za ultra niske temperature općenito koriste brtvene prstene od PCTFE-a, a koeficijent linearne ekspanzije PCTFE-a pri niskim temperaturama mnogo je veći od koeficijenta kod metala. Stoga će se pri niskim temperaturama brtveni prstenovi iz PCTFE-a smanjiti u veličini, što će rezultirati smanjenjem specifičnog pritiska za brtvljenje s kuglicom i stvara se put curenja između nje i sjedišta ventila. Stoga je veličina brtvenog prstena od PCTFE također važan faktor koji utječe na brtvljenje kuglastog ventila za ultra niske temperature. Utjecaj dimenzionalnog skupljanja pri niskim temperaturama treba uzeti u obzir u dizajnu, au procesu treba usvojiti postupak hladne montaže.
5 Zaključak
S obzirom na široko rasprostranjeno unutarnje curenje kuglastih ventila za ultra niske temperature u postojećim stanicama za prijem LNG-a, na temelju načela dizajna kriogenih ventila i osnovne teorije brtvljenja ventila, kvaliteta brtvenog para, specifični tlak brtve, fizička svojstva tekućine, te struktura i veličina brtvenog para utječu na brtvljenje kuglastog ventila za ultra niske temperature. elementi se analiziraju. Postoje mnogi drugi čimbenici koji utječu na brtvljenje kuglastih ventila za ultra niske temperature, kao što je krutost kugle i je li središte kugle koncentrično s brtvenom površinom sjedišta ventila tijekom sastavljanja. Specifični tlak brtvljenja te struktura i veličina brtvenog para važni su čimbenici koji utječu na brtvljenje kriogenog kuglastog ventila, što se mora u potpunosti uzeti u obzir pri projektiranju.