{"id":16165,"date":"2022-06-19T14:46:24","date_gmt":"2022-06-19T14:46:24","guid":{"rendered":"https:\/\/zecovalve.com\/?p=16165"},"modified":"2022-09-16T02:29:14","modified_gmt":"2022-09-16T02:29:14","slug":"do-you-know-the-sealing-elements-of-cryogenic-ball-valve","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/zecovalve.com\/de\/do-you-know-the-sealing-elements-of-cryogenic-ball-valve.html","title":{"rendered":"Alles, was Sie \u00fcber die Abdichtung kryogener Kugelh\u00e4hne wissen m\u00fcssen"},"content":{"rendered":"

Der Kugelhahn ist einfach aufgebaut, ben\u00f6tigt wenig Einbauraum und wird durch mittlere Kraft abgedichtet, ohne von externer Antriebskraft beeinflusst zu werden. Daher wird er h\u00e4ufig unter verschiedenen Arbeitsbedingungen eingesetzt. Derzeit werden ultrakryogene Kugelh\u00e4hne h\u00e4ufig in LNG-Terminals eingesetzt, und die Anzahl der ultrakryogenen Kugelh\u00e4hne betr\u00e4gt 801 TP3T der Gesamtzahl der Ventile in LNG-Terminals. Bei der Verwendung von ultrakryogenen Kugelh\u00e4hnen treten interne Leckagen auf. Basierend auf den Konstruktionskriterien f\u00fcr kryogene Kugelh\u00e4hne und der grundlegenden Theorie der Ventildichtleistung analysiert dieser Artikel die Faktoren, die die Abdichtung von ultrakryogenen Kugelh\u00e4hnen beeinflussen.<\/p>\n\n\n

\n
\"\"<\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n\n

Design der Dichtung kryogener Kugelh\u00e4hne<\/h2>\n\n\n\n

Aufgrund der extrem niedrigen Betriebstemperatur sind bei der Konstruktion und Herstellung von ultrakryogenen Kugelh\u00e4hnen eine Reihe technischer Probleme zu bew\u00e4ltigen, wie etwa Materialauswahl, Niedertemperaturabdichtung, strukturelles Design, L\u00f6sungsgl\u00fchen, kryogene Behandlung, W\u00e4rmeisolierung, Qualit\u00e4tspr\u00fcfung, Wartung, Sicherheit usw.<\/p>\n\n\n\n

Daher gibt es eine Reihe strenger Normen f\u00fcr die Konstruktion von Niedertemperaturventilen. International werden haupts\u00e4chlich die Normen BS6364 \u201eKryogenes Ventil\u201c und MSSP-134 \u201eVentile f\u00fcr kryogene Anwendungen, einschlie\u00dflich Anforderungen an Geh\u00e4use-\/Haubenverl\u00e4ngerungen\u201c \u00fcbernommen. Diese beiden Normen legen die wichtigsten Punkte und Regeln f\u00fcr die Konstruktion und Herstellung von kryogenen Kugelh\u00e4hnen fest. Die Norm JB\/t7749 \u201eTechnische Spezifikationen f\u00fcr kryogene Ventile\u201c wird gem\u00e4\u00df BS6364 \u201eKryogenes Ventil\u201c umgesetzt.<\/p>\n\n\n\n

Bei der Konstruktion kryogener Kugelh\u00e4hne m\u00fcssen neben den allgemeinen Konstruktionsprinzipien f\u00fcr Ventile je nach Einsatzbedingungen die besonderen Anforderungen an die Konstruktion kryogener Kugelh\u00e4hne beachtet werden.<\/p>\n\n\n\n

  1. Das Ventil darf keine nennenswerte W\u00e4rmequelle des Niedertemperatursystems darstellen, da der W\u00e4rmeeintritt nicht nur den thermischen Wirkungsgrad mindert, sondern bei zu starkem Eintritt auch die Fl\u00fcssigkeit im Inneren schnell verdampfen l\u00e4sst, was wiederum zu einem anormalen Druckanstieg und Gefahren f\u00fchren kann.<\/li>
  2. Niedrige Medientemperaturen d\u00fcrfen sich nicht sch\u00e4dlich auf die Funktion des Handrads und die Dichtleistung der Packung auswirken.<\/li>
  3. Die Ventilbaugruppe, die in direktem Kontakt mit Niedertemperaturmedium steht, muss eine explosions- und feuerfeste Struktur aufweisen.<\/li>
  4. Da die Ventilbaugruppe bei niedrigen Temperaturen nicht geschmiert werden kann, m\u00fcssen strukturelle Ma\u00dfnahmen ergriffen werden, um den Verschlei\u00df der Reibungsteile zu verhindern.<\/li><\/ol>\n\n\n\n

    Im Konstruktionsprozess eines kryogenen Kugelhahns m\u00fcssen neben den allgemeinen Anforderungen, wie etwa der Zirkulationskapazit\u00e4t des kryogenen Kugelhahns, noch einige weitere Indikatoren ber\u00fccksichtigt werden, um das technische Niveau des kryogenen Kugelhahns besser beurteilen zu k\u00f6nnen. <\/p>\n\n\n\n

    Im Allgemeinen wird das technische Niveau eines kryogenen Kugelhahns dadurch beurteilt, ob der Energieverbrauch angemessen ist.<\/p>\n\n\n\n

    1. Isolationsleistung eines kryogenen Kugelhahns.<\/li>
    2. K\u00fchlleistung eines kryogenen Kugelhahns.<\/li>
    3. Arbeitsleistung der kryogenen Kugelhahndichtung.<\/li>
    4. Voraussetzung ist, dass die Oberfl\u00e4che des kryogenen Kugelhahns nicht gefroren ist.<\/li><\/ol>\n\n\n\n

      Die Arbeitsumgebung eines kryogenen Kugelhahns unterscheidet sich erheblich von der eines normalen Ventils. Bei der Konstruktion, Herstellung und Pr\u00fcfung eines Niedertemperaturventils muss neben den allgemeinen Regeln f\u00fcr die Konstruktion, Herstellung und Pr\u00fcfung von Ventilen auch darauf geachtet werden, dass die entsprechenden Anpassungen entsprechend der Umgebung des Niedertemperaturventils vorgenommen werden.<\/p>\n\n\n\n

      Grundlegende Theorie der kryogenen Kugelhahnabdichtung<\/h2>\n\n\n\n

      Die Hauptfaktoren, die die Ventilabdichtung beeinflussen, sind die Struktur des Dichtungspaars, der spezifische Druck der Dichtfl\u00e4che, die physikalischen Eigenschaften des Mediums und die Qualit\u00e4t des Dichtungspaars usw. Allerdings kann Leckage nur verhindert und die Abdichtung sichergestellt werden, wenn das Dichtungsprinzip des Ventils und die verschiedenen Faktoren, die seine Dichtleistung beeinflussen, vollst\u00e4ndig ber\u00fccksichtigt werden.<\/p>\n\n\n\n

      Am Beispiel einer Plandichtung wird das Dichtungsproblem der Verbindung der Dichtungsfl\u00e4che untersucht. Das Dichtungsprinzip wird einfach erkl\u00e4rt. Das Prinzip der Dichtungsverbindung ist in Abbildung 1 dargestellt. Der Beh\u00e4lter ist mit Fl\u00fcssigkeit und Gas unter einem bestimmten Druck gef\u00fcllt und mit einer Abdeckplatte abgedichtet. Der statische Druck des Mediums im Beh\u00e4lter betr\u00e4gt FJ = a \u00d7 P.<\/p>\n\n\n\n

      FJ \u2013 mittlere Kraft, N
      A \u2014 Fl\u00e4che des auf die Abdeckplatte einwirkenden Mediums, mm2
      P \u2014 statischer Druck des Mediums im Beh\u00e4lter, MPa<\/p>\n\n\n\n

      Um die Abdeckplatte in der in der Abbildung gezeigten Position zu halten, muss eine \u00e4u\u00dfere Kraft F = FJ in vertikaler Richtung auf die Kontaktfl\u00e4che zwischen Beh\u00e4lter und Abdeckplatte ausge\u00fcbt werden, um sicherzustellen, dass nur die Endfl\u00e4che passt. Nur wenn die Dichtfl\u00e4che eine ideale Ebene ist, kann das Medium nicht durch die Verbindungsfl\u00e4che gelangen. Um die Abdichtung der Kontaktfl\u00e4che sicherzustellen, muss zwischen den Dichtfl\u00e4chen eine gegenseitige Kraft erzeugt werden, d. h. die Abdeckplatte muss fest auf den Beh\u00e4lter gedr\u00fcckt werden. Wenn die Kraft F > FJ ist, wird ein bestimmter spezifischer Druck auf die kombinierte Dichtfl\u00e4che ausge\u00fcbt, und die vorhandene Ebenheit auf der Ebene wird durch den spezifischen Druck verformt. Wenn die Verformung innerhalb der Elastizit\u00e4tsgrenze des Materials liegt und nur eine geringe Restverformung vorhanden ist, kann die Dichteigenschaft gew\u00e4hrleistet werden, wenn die Kraft F auf die Kontaktfl\u00e4che ausge\u00fcbt wird. Zu den Faktoren, die die Dichtheit der Verbindung gew\u00e4hrleisten, geh\u00f6ren neben dem spezifischen Druck der Dichtung auch die Struktur des Dichtungspaars usw. Aber in dieser Reihe von Faktoren spielt der spezifische Druck zwischen den Dichtfl\u00e4chen eine Schl\u00fcsselrolle.<\/p>\n\n\n\n

      Dichtungselemente des kryogenen Kugelhahns<\/h2>\n\n\n\n

      Obwohl die Struktur eines Kugelhahns einfach ist, handelt es sich um einen selbstdichtenden Hahn mit mittlerem Druck und der speziellen Struktur der Kugel. Daher gibt es viele Faktoren, die die endg\u00fcltige Abdichtung des Kugelhahns beeinflussen.<\/p>\n\n\n\n

      1. Qualit\u00e4t des Dichtungspaares<\/h3>\n\n\n\n

      Die Qualit\u00e4t des Kugelhahndichtungspaars spiegelt sich haupts\u00e4chlich in der Rundheit der Kugel und der Oberfl\u00e4chenrauheit der Dichtfl\u00e4che zwischen Kugel und Ventilsitz wider. Die Rundheit der Kugel beeinflusst die Passung zwischen Kugel und Ventilsitz. Wenn der Passungsgrad hoch ist, wird der Widerstand der Fl\u00fcssigkeit, die sich entlang der Dichtfl\u00e4che bewegt, erh\u00f6ht, wodurch die Dichtleistung verbessert wird. Im Allgemeinen muss die Rundheit der Kugel der Klasse 9 entsprechen.<\/p>\n\n\n\n

      Die Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit der Dichtfl\u00e4che hat einen gro\u00dfen Einfluss auf die Dichtleistung. Wenn die Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit gering und der spezifische Druck gering ist, nimmt die Leckage zu. Wenn der spezifische Druck hoch ist, wird der Einfluss der Beschaffenheit auf die Leckage erheblich reduziert, da die mikrogezahnte Spitze auf der Dichtfl\u00e4che abgeflacht ist und der Einfluss der Beschaffenheit der weichen Dichtfl\u00e4che auf die Dichtleistung viel geringer ist als der einer starren Metall-Metall-Dichtung.<\/p>\n\n\n\n

      Ausgehend von der Annahme, dass ein Austreten von Fl\u00fcssigkeit nur dann verhindert werden kann, wenn der Spalt zwischen den Dichtungspaaren kleiner ist als der Durchmesser eines Fl\u00fcssigkeitsmolek\u00fcls, kann davon ausgegangen werden, dass der Spalt zur Verhinderung eines Fl\u00fcssigkeitsaustritts kleiner als 0,003 \u03bcm sein muss. Allerdings betr\u00e4gt die H\u00f6he der Metalloberfl\u00e4chenkuppe sogar nach dem Feinschleifen noch immer mehr als 0,1 \u03bcm und ist damit 30 Mal gr\u00f6\u00dfer als der Durchmesser eines Wassermolek\u00fcls.<\/p>\n\n\n\n

      Daher ist es schwierig, die Dichtleistung nur durch Verbesserung der Dichtfl\u00e4chenbeschaffenheit zu verbessern. Die Qualit\u00e4t des Dichtungspaars beeinflusst nicht nur die Dichtleistung, sondern wirkt sich auch direkt auf die Lebensdauer des Kugelhahns aus. Daher muss die Qualit\u00e4t des Dichtungspaars bei der Herstellung verbessert werden.<\/p>\n\n\n\n

      2. Dichtungsspezifischer Druck<\/h3>\n\n\n\n

      Der spezifische Dichtungsdruck bezieht sich auf den Druck, der auf eine Fl\u00e4cheneinheit der Dichtungsoberfl\u00e4che wirkt. Der spezifische Dichtungsdruck wird durch den Druckunterschied zwischen Vorder- und R\u00fcckseite des Ventils und die \u00e4u\u00dfere Dichtungskraft verursacht. Der spezifische Druck wirkt sich direkt auf die Dichtung, Zuverl\u00e4ssigkeit und Lebensdauer des Kugelhahns aus. Die Leckage ist umgekehrt proportional zum Druckunterschied. Der Test zeigt, dass unter denselben anderen Bedingungen die Leckage umgekehrt proportional zum Quadrat des Druckunterschieds ist, sodass die Leckage mit zunehmendem Druckunterschied abnimmt.<\/p>\n\n\n\n

      Der Druckunterschied ist ein wichtiger Faktor zur Bestimmung des spezifischen Drucks der Dichtung. Daher ist der spezifische Druck der Dichtung sehr wichtig f\u00fcr die Dichtungsleistung eines ultrakryogenen Kugelhahns. Der spezifische Druck der Dichtung, der auf die Kugel ausge\u00fcbt wird, darf nicht zu gro\u00df sein. Wenn er zu gro\u00df ist, ist er zwar gut f\u00fcr die Abdichtung, erh\u00f6ht jedoch das Betriebsdrehmoment des Ventils. Daher ist die vern\u00fcnftige Auswahl des Dichtungsdrucks die Voraussetzung f\u00fcr die Abdichtung eines ultrakryogenen Kugelhahns.<\/p>\n\n\n\n

      3. Physikalische Eigenschaften der Fl\u00fcssigkeit<\/h3>\n\n\n\n

      (1) Viskosit\u00e4t<\/h4>\n\n\n\n

      Die Durchl\u00e4ssigkeit einer Fl\u00fcssigkeit h\u00e4ngt eng mit ihrer Viskosit\u00e4t zusammen. Unter gleichen Bedingungen ist die Durchl\u00e4ssigkeit der Fl\u00fcssigkeit umso geringer, je h\u00f6her ihre Viskosit\u00e4t ist. Die Viskosit\u00e4t von Gas und Fl\u00fcssigkeit ist sehr unterschiedlich. \u2460 Die Viskosit\u00e4t von Gas ist Dutzende Male geringer als die von Fl\u00fcssigkeit, daher ist ihre Durchl\u00e4ssigkeit st\u00e4rker als die von Fl\u00fcssigkeit, mit Ausnahme von ges\u00e4ttigtem Dampf. Ges\u00e4ttigter Dampf kann leichter abgedichtet werden. \u2461 Druckgase lecken leichter als Fl\u00fcssigkeiten.<\/p>\n\n\n\n

      (2) Temperatur<\/h4>\n\n\n\n

      Die Durchl\u00e4ssigkeit einer Fl\u00fcssigkeit h\u00e4ngt von der Temperatur ab, bei der sich die Viskosit\u00e4t \u00e4ndert. Die Viskosit\u00e4t von Gasen steigt mit der Temperatur, was proportional zur Quadratwurzel der Gastemperatur ist. Im Gegensatz dazu sinkt die Viskosit\u00e4t von Fl\u00fcssigkeiten stark mit der Temperatur, was umgekehrt proportional zur dritten Potenz der Temperatur ist. Dar\u00fcber hinaus f\u00fchrt die durch die Temperatur\u00e4nderung verursachte \u00c4nderung der Teilegr\u00f6\u00dfe zu einer \u00c4nderung des Dichtungsdrucks im Dichtungsbereich und besch\u00e4digt die Dichtung. Dieser Effekt ist bei der Abdichtung von Fl\u00fcssigkeiten mit niedrigen Temperaturen besonders ausgepr\u00e4gt. Die Temperatur des Dichtungspaars, das mit der Fl\u00fcssigkeit in Kontakt kommt, ist \u00fcblicherweise niedriger als die der beanspruchten Teile, sodass sich die Teile des Dichtungspaars zusammenziehen und locker werden k\u00f6nnen. Bei niedrigen Temperaturen ist die Abdichtung komplex und die meisten Dichtungsmaterialien versagen bei niedrigen Temperaturen. Deshalb sollte der Einfluss der Temperatur bei der Auswahl des Dichtungsmaterials ber\u00fccksichtigt werden.<\/p>\n\n\n\n

      (3) Oberfl\u00e4chenhydrophilie<\/h4>\n\n\n\n

      Wenn sich auf der Oberfl\u00e4che ein d\u00fcnner \u00d6lfilm befindet, wird die Hydrophilie der Kontaktoberfl\u00e4che zerst\u00f6rt und der Fl\u00fcssigkeitskanal blockiert. Daher ist ein gro\u00dfer Druckunterschied erforderlich, damit die Fl\u00fcssigkeit durch die Kapillare flie\u00dfen kann.<\/p>\n\n\n\n

      Daher verwenden einige Kugelh\u00e4hne Dichtungsfett, um die Dichtungsleistung und Lebensdauer zu verbessern. Achten Sie bei der Verwendung von Dichtungsfett darauf, Fett nachzuf\u00fcllen, wenn der \u00d6lfilm w\u00e4hrend des Gebrauchs abnimmt. Das verwendete Fett muss im fl\u00fcssigen Medium unl\u00f6slich sein und darf nicht verdunsten, aush\u00e4rten oder andere chemische Ver\u00e4nderungen aufweisen. Dichtungsfett ist f\u00fcr Kugelh\u00e4hne mit niedrigen Temperaturen nicht geeignet. Unter extrem niedrigen Temperaturen verglast der Gro\u00dfteil des Fetts.<\/p>\n\n\n\n

      4. Strukturelle Dimension<\/h3>\n\n\n\n

      (1) Unterkonstruktion abdichten<\/h4>\n\n\n\n

      Das Dichtungspaar ist nicht absolut starr. Unter dem Einfluss von Dichtungskraft oder Temperaturschwankungen und anderen Faktoren \u00e4ndert sich die Strukturgr\u00f6\u00dfe zwangsl\u00e4ufig, was die Wechselwirkung zwischen den Dichtungspaaren ver\u00e4ndert und die Dichtungsleistung verringert. Um diese Ver\u00e4nderung auszugleichen, weist die Dichtung eine gewisse elastische Verformung auf. Gegenw\u00e4rtig haben einige Kugelhahnsitze eine Strukturform mit elastischer Kompensation oder metallischer elastischer Unterst\u00fctzung, und einige Kugelk\u00f6rper haben ebenfalls eine elastische Kugelstruktur. Dies alles sind positive M\u00f6glichkeiten zur Verbesserung der Dichtungsleistung.<\/p>\n\n\n\n

      (2) Breite der Dichtfl\u00e4che<\/h4>\n\n\n\n

      Die Breite der Dichtfl\u00e4che bestimmt die L\u00e4nge der Poren. Wenn die Breite zunimmt, vergr\u00f6\u00dfert sich der Flie\u00dfweg entlang der Poren im direkten Verh\u00e4ltnis, w\u00e4hrend die Leckage im umgekehrten Verh\u00e4ltnis abnimmt. Dies ist jedoch nicht der Fall. Die Kontaktfl\u00e4che des Dichtungspaars kann nicht vollst\u00e4ndig konsistent sein. Wenn die Verformung auftritt, kann die Breite der Dichtfl\u00e4che keine wirksame Rolle bei der Abdichtung spielen. Andererseits muss mit zunehmender Breite der Dichtfl\u00e4che die erforderliche Dichtkraft erh\u00f6ht werden, daher ist es wichtig, die Breite der Dichtfl\u00e4che vern\u00fcnftig zu w\u00e4hlen.<\/p>\n\n\n\n

      (3) Dichtringgr\u00f6\u00dfe<\/h4>\n\n\n\n

      PCTFE-Dichtungsringe werden h\u00e4ufig in ultrakryogenen Kugelh\u00e4hnen verwendet. Der lineare Ausdehnungskoeffizient von PCTFE ist jedoch bei niedrigen Temperaturen viel h\u00f6her als der von Metall, sodass der Dichtungsring aus PCTFE bei niedrigen Temperaturen schrumpft und seine Gr\u00f6\u00dfe kleiner wird. Infolgedessen sinkt der spezifische Druck der Kugel und es entsteht ein Leckkanal zwischen der Kugel und dem Ventilsitz. Daher ist auch die Gr\u00f6\u00dfe des PCTFE-Dichtungsrings ein wichtiger Faktor, der die Abdichtung von ultrakryogenen Kugelh\u00e4hnen beeinflusst. Der Einfluss der Gr\u00f6\u00dfenschrumpfung bei niedrigen Temperaturen sollte bei der Konstruktion ber\u00fccksichtigt werden, und der Kaltmontageprozess sollte im Prozess \u00fcbernommen werden.<\/p>\n\n\n\n

      Fazit zur Abdichtung kryogener Kugelh\u00e4hne<\/h2>\n\n\n\n

      Basierend auf den Konstruktionskriterien f\u00fcr kryogene Ventile und der grundlegenden Theorie der Ventilabdichtung analysiert dieses Dokument die Faktoren, die sich auf die Abdichtung kryogener Kugelh\u00e4hne auswirken, wie etwa die Qualit\u00e4t des Dichtungspaars, der spezifische Dichtungsdruck, die physikalischen Eigenschaften der Fl\u00fcssigkeit sowie die Struktur und Gr\u00f6\u00dfe des Dichtungspaars.<\/p>\n\n\n\n\n