球閥由於結構簡單，安裝（zhuāng）空間小，並且球閥依（yī）靠介質力密封，不受外部驅動（dòng）力的影響（xiǎng），因而（ér）被廣泛應用於各工況中。目前，LNG接收站普遍采用超低溫球閥，超低溫球（qiú）閥的數量占整個LNG接收站閥門數量的80%，在使用中存在超低溫球閥內漏的現象。本文基於低溫閥（fá）門的設計（jì）準則及閥門密（mì）封性能的（de）基本理論，對影響超低溫球（qiú）閥密封的要（yào）素進行了分（fèn）析。

設計準（zhǔn）則
由於工況溫度極低，使超低溫閥門的設計與製造（zào）麵臨一係列的技術難題（tí），例如，材料的選擇、低溫（wēn）密封、結構設（shè）計、固溶處理、深冷（lěng）處理、絕熱、質量檢測、維（wéi）修、安全等。為此對（duì）於低溫閥門的設計有著一係列嚴格（gé）的標（biāo）準，國際上主要采用標準BS6364《低溫閥門》和MSSSP－134《對低溫閥門及其閥體（tǐ）/閥（fá）蓋加（jiā）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JB/T7749《低溫閥門技術條件》是根據BS6364《低溫閥門》轉化而成（chéng）。
閥門生產廠家在設計低溫閥（fá）門時（shí），除（chú）了應遵循一般閥門的設計原（yuán）則外，應根據使用的條（tiáo）件，遵循低溫閥設計的特殊要求。
①閥門不應成為低溫係統的一個顯著熱源。這是因為熱量的流入除降低熱效率外，如流入過多，還會使內部流體急速蒸（zhēng）發，產生異常升壓，造成危險。
②低溫介質不應對手輪操（cāo）作及填料密封性能產生有害的影（yǐng）響。
③直（zhí）接與低溫介質接觸的閥門組合件應具有防爆和（hé）防火結構。
④在低溫下工作的閥門組合（hé）件無法潤滑，所以需要采取結構措施（shī）以防止（zhǐ）摩擦件擦（cā）傷。
在低溫閥門設計過（guò）程中，除了考慮低溫閥（fá）門的流通能力等（děng）一般性要求外，還需要考（kǎo）慮一（yī）些（xiē）其他指標，以便更好地對低溫閥門的技術水（shuǐ）平進行評價。通常（cháng）通過衡量能量消耗是否合理對低溫閥門（mén）的技術水平進行（háng）評價。
①低溫閥（fá）門的絕（jué）熱性能（néng）。
②低溫閥（fá）門的冷卻性能。
③低溫閥門啟（qǐ）閉密封件的工作性能。
④低溫（wēn）閥（fá）門表（biǎo）麵不結冰的（de）條件。
低溫閥門與通用（yòng）閥門的工作環境（jìng）有很大的區（qū）別，在低溫（wēn）閥門設計、製造（zào）和檢驗等（děng）過程中除（chú）了（le）要遵守閥門設計、製造（zào）和檢驗的一般（bān）規則外，還應（yīng）當注意低溫閥門所處的環境而進行適（shì）當（dāng）的調（diào）整。
基本（běn）理（lǐ）論
影響閥門密封因素主要有密（mì）封副結（jié）構、密封麵比壓、介質的物（wù）理性質及（jí）密封副的質量等。但隻有在真正了解閥門密封（fēng）原理的情況下，充（chōng）分考慮各種影響其（qí）密封性能（néng）的因素，才能防止泄漏和保（bǎo）證密（mì）封。
密（mì）封要（yào）素
盡管球（qiú）閥結構簡單，但是由（yóu）於其為介質壓力自密封閥門，加之球體的特殊結構，因此影響球閥最終是否密封的要素很多。
1、密（mì）封（fēng）副質量
球閥（fá）密封副的質量主（zhǔ）要表現為球體的圓度（dù）和球體與閥座密封麵的表麵（miàn）粗糙度。球體的圓度影響球（qiú）體與閥座的吻合度（dù）。如（rú）果（guǒ）吻合度高（gāo），則（zé）增加流體沿密（mì）封（fēng）麵運動的阻力，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（hěn）大。當光潔（jié）度低（dī）、比壓小時，滲漏（lòu）量（liàng）增加。而當比壓（yā）大（dà）時，光（guāng）潔度對滲漏（lòu）量的影（yǐng）響（xiǎng）顯（xiǎn）著減（jiǎn）小，這是因為密封麵上的微觀（guān）鋸齒狀（zhuàng）尖峰（fēng）被壓平（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。根據隻有（yǒu）當密（mì）封副之間的間隙小於流體分子直徑時才能保證流體不泄（xiè）漏的觀（guān）點，可以認為，防止流體滲漏的（de）間隙必須（xū）小於0.003μm。但是，即使經過精細研（yán）磨的金屬表麵凸峰高度仍然超過0.1μm，即比（bǐ）水分子直徑還要大30倍。由此（cǐ）可見，隻依靠提高密封（fēng）麵（miàn）光潔度的方法來提高密封性，事實上是難以做到的（de）。密封副質量除了影響密封性外，還直接影響球閥的使用壽命，因此，製造時必須提高密封副質量（liàng）。
2、密封比壓
密封比壓是指作用於密封麵（miàn）單（dān）位麵積上（shàng）的壓力。密封（fēng）比壓是由閥前（qián）與閥後壓力差及外加密封力所產生（shēng）的。比壓的大小（xiǎo）直接影響球閥的密封性、可靠性及使用壽命。滲漏量與壓力（lì）差成反比。試驗證明，在其他條件相同的情況下，滲漏量（liàng）與壓差（chà）的平方成反比，因此，滲漏（lòu）量會隨（suí）著壓差的增長而減少。而壓差是決定密封（fēng）比壓的重要因素，因此密封比壓對於超低（dī）溫球閥密封性能至關重要。施加在球體上的密封比壓也不能過大，過大（dà）是有利於密封，但會增加閥門操作轉矩，因此合理的選擇密封比壓，是保證超低溫球閥密（mì）封的前提。
3、流體的物理性質
（1）粘度
流體的滲（shèn）透能力（lì）與其粘度（dù）緊（jǐn）密相關。在其他條件相同的情況下，流體粘度越（yuè）大，其滲（shèn）透能力（lì）越小。氣體與液體的粘度相差很（hěn）大。①氣體的粘度比液體（tǐ）的（de）粘（zhān）度（dù）小幾十倍，故其滲透能力比液體強。但是飽（bǎo）和蒸汽例外，飽和蒸汽容易（yì）保證密封。②壓（yā）縮氣體比液體更容易滲漏。
（2）溫度
流體的滲透能力取決（jué）於引起（qǐ）粘度（dù）改變的溫度。氣體的粘度隨溫度的升高而增大，它與氣（qì）體的（de）溫度（dù）的開方成正比。液體的粘度則相反，它隨溫度的升高而急劇減小，它與（yǔ）溫度的立方成（chéng）反（fǎn）比。此外（wài），因溫度變化而引起的零件尺寸的（de）改變將造成密（mì）封區內密封壓力的變化，並能破壞密封。對於低溫流體的密封（fēng）其影響尤為顯著。因（yīn）為（wéi）與流體接觸的（de）密封副通常比受（shòu）力件的溫度更低些，這就引起密封副部件收（shōu）縮而鬆弛。在低（dī）溫狀態下，其密（mì）封是複雜的，多（duō）數密封材（cái）料在低溫下失效。因此（cǐ），在選擇密封材料時應考慮溫度的影響。
（3）表麵親水性
表麵（miàn）親水性對滲漏的影（yǐng）響是毛細孔特性所引起（qǐ）的，當表麵有一層很薄的油膜時，破壞了接觸麵的（de）親水性，並且堵塞流體通道，這樣（yàng）就需要較大的壓力差才能使流體通過毛細孔。因此有些球閥采用密封（fēng）脂，以提高密封性和使（shǐ）用壽命。在采用油脂（zhī）密（mì）封時，應注（zhù）意在（zài）使用過程中如油膜減少，應補（bǔ）充油脂（zhī）。所采（cǎi）用的油脂應不溶於流體介質，也不應該蒸發（fā）、硬（yìng）化或其他化學變（biàn）化。低溫球閥不適合采用（yòng）密封脂，在（zài）超低溫工況下，大多的油脂會玻璃（lí）化。
4、結構尺寸
（1）密封副結構
由於密封副不是絕對剛性（xìng）的，它在密封（fēng）力作用下或溫度變化等因素的影響下，結構尺寸必然（rán）發（fā）生變化，這便會改變（biàn）密（mì）封副之間的相互（hù）作用力，其結果是密封性能降低（dī）。為補償這種變（biàn）化（huà），應使密封件（jiàn）具（jù）有一定的彈性變（biàn）形。目前，有（yǒu）些球閥閥座采用具有（yǒu）彈性補償或金屬彈性（xìng）支撐的（de）結構形式，有的（de）球體還采（cǎi）用彈性球結構。這些都（dōu）是改（gǎi）善密封（fēng）性能的一種積極形式。
（2）密封麵寬（kuān）度
密封麵的寬度決定毛細（xì）孔的長度。當寬（kuān）度加大時，流體沿毛細孔運動路程成正比增加，而泄（xiè）漏量則反（fǎn）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，當產（chǎn）生變形後，密封麵的寬度不能（néng）全部有效（xiào）的起到密封作用。另一方麵，密封麵寬度的增加，要增大（dà）所（suǒ）需要的密封（fēng）力，因此合理地選擇（zé）密封（fēng）麵寬度也是比較重要的。
（3）密封圈尺寸
超低溫球閥（fá）普（pǔ）遍采（cǎi）用PCTFE密封圈，而PCTFE在低溫下其（qí）線膨（péng）脹係數遠高於（yú）金屬，因此在低（dī）溫下PCTFE密封圈會因收（shōu）縮而使尺寸變小，其結果（guǒ）是導致與球體的密封比壓降低及其與閥座間產生泄漏通（tōng）道。因（yīn）此PCTFE密封圈的（de）尺寸也是影響超低溫球（qiú）閥密封的重要（yào）因素，設計時（shí）需（xū）考慮低溫下尺寸收縮的影響，工藝上還要采用冷裝配工藝。
針對現有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的基本理論，從密封副質量、密（mì）封比（bǐ）壓（yā）、流體物理性質及密封副的（de）結構和尺寸等（děng）影響超低溫球閥密封的（de）要素進行分析。影響超低溫球（qiú）閥的密封要素還（hái）有（yǒu）很多，諸如球體的剛度及裝配時球心（xīn）是（shì）否和閥座密封麵同心等等。密封比壓（yā）及密封副（fù）的結構和尺寸是影響超低溫球閥密封的重要要素，設計時必須予以充分考量。