压缩天然气用气瓶球阀的泄漏原因分析与改进.pdf

文章编号 100225855 2008 0420042202 作者简介潘晓娥1968 - ,女,工程师,长期从事阀门设计与开发工作。 压缩天然气用气瓶球阀的泄漏原因分析与改进 潘晓娥,代迅 石家庄安瑞科气体机械有限公司,河北 石家庄050061 摘要 分析了运输天然气用长管拖车上的气瓶球阀在装卸天然气过程中产生泄漏的原因,并 提出了改进措施。 关键词 天然气;长管拖车;球阀;泄漏;改进措施 中图分类号 TH134 文献标识码 B The leakage reason of ball valve for compressed natural gas cylinder and the improvement measures PAN Xiao2e , DAI Xun Shijiazhuang enric gas equipment CO. , L TD , Shijiazhuang 050061 , China Abstract the general description of natural gas and long tube vehicle ; the leakage reason of the ball valve when enclose and unload CNG compress natural gas , and improvement measures of prevent2 ing valve leakage. Key words natural gas; long tube vehicle ; ball valve ; leakage ; improved measures 1 概述 球阀在航天、石油化工、长输管线、轻工食 品、冶金和制药等行业得到越来越广泛地应用。由 于球阀具有介质通道平整光滑,通径大,流体阻力 小,开关迅速方便,使用寿命长和密封性能良好等 优点,尤其是操作者通过手柄位置能准确判断阀门 的开关状态,所以在运输压缩天然气CNG用 长管拖车的气瓶瓶口采用球阀控制气体的充泄。 2 工况条件 天然气主要成分为甲烷是一种无色无嗅的 气体,标准状况下的密度为01717kg/ m3,在空气 中的爆炸极限为5 ～15 。如果出现泄漏,天然 气与空气或氧气混合很容易形成爆鸣性气体。天然 气的运输除长输管线及管网外,主要依靠CNG长 管拖车送至天然气管网不能到达的区域,贮存在储 气瓶组及储罐中。气瓶的公称压力为20MPa ,工 作温度- 40～60℃。在每个瓶口端安装有防爆的安 全装置及控制每个气瓶充卸气的阀门和管路,然后 各管路汇集成总管至总控制阀及快装接头图 1 。 3 故障分析 安装在CNG长管拖车上的高压球阀使用2～3 个月后,有的开始出现内泄漏。经过对泄漏阀门解 体检查发现,球阀密封面损坏,个别阀门密封件严 重变形或伴有缺损。经过分析其原因主要与材料性 能和介质冲蚀有关。 球阀密封座采用的是聚四氟乙烯材料。CNG 长管拖车的气瓶在充压或泄压过程中,由于压力的 急剧变化,导致管路附件周围环境温度相对变化。 在卸车时瓶内压缩天然气压力下降吸收周围环境大 量的热量,使瓶端的管路附件出现挂霜甚至结冰的 现象。如果天然气湿度较大,在阀门内部随着温度 的下降,其水分遇冷凝结,甚至使阀门出现冰堵, 在频繁开关阀门的过程中冰堵会损坏阀门密封面。 而聚四氟乙烯具有冷流倾向,不能长期用在低于- 28℃ 的温度下,特别是在温度循环变化时不宜长久 使用。所以密封座在压缩天然气的高压作用下容易 产生永久变形造成泄漏。 另外,气瓶在充卸天然气时介质压力高,流动 速度快,尤其在阀门开启或关闭的瞬间介质进出口 两端压差大,流通间隙小,对密封座产生很大的冲 24 阀 门 2008年第4期 击力。如果天然气含杂质较多,就会对密封座冲蚀磨损严重,降低密封可靠性。 11 气瓶 21 排污阀 31 高压球阀 41 放空管安全装置 51 充、泄气总管 61 排污总管 71 排污总阀 81 总控球阀 91 快装接头 图1 CNG长管拖车配置 4 改进措施 ① 为了提高阀座的抗冲蚀性能,采用镶嵌式密 封结构,将密封座嵌入金属阀座的环形槽内图 2 。以减少介质对密封座的冲刷,更有效地保护密 封座。 11 球体 21 阀体 31 连接体 41 密封座 a原结构 b改进结构 图2 密封副结构 ② 选用耐冲蚀性能好的材料。通常硬度高,屈 服极限高,耐磨性好的材料耐冲蚀性好。常用的软 密封球阀密封件的材料是F4、F3和尼龙等工程塑 料。经过试验证明,在反复低温、高压循环交变中 尼龙出现脆化, F3略好于F4但还是有微量泄漏。 通过反复对比非金属密封材料的物理、机械性能后 表1 ,选用聚甲醛 Delrin和聚醚醚酮 PEEK做密封件材料,效果较好。 表1 材料的性能 材料 抗拉强度 MPa 弯曲强度 MPa 压缩强度 MPa 硬度 A F414～2511～141250～65 F332～4055～7032～5274～78 Delrin7589110122 PEEK110186137108 ③ 充泄气体时,阀门须完全开启,避免在小开 度下工作。若介质流通间隙小,会使压差增大,冲 刷严重,影响阀门密封性能及使用寿命。 ④ 使用洁净干燥的天然气,或在充装管线上加 装过滤器等滤清设备。 5 结语 阀门的性能直接影响整个运输和贮存设备的可 靠性、安全性、工作效率和经济效益。在天然气的 运输和使用中,改进后的球阀在安全性能及使用寿 命方面得到了明显提高。 参考文献 〔1〕 杨源泉.阀门设计手册 〔M〕.北京机械工业出版社, 19921 〔2〕 广廷洪,汪德涛.密封件使用手册 〔M〕.北京机械工业 出版社, 19921 〔3〕 章华友,晏泽荣,等 1 球阀设计与选用 〔M〕.北京科学 技术出版社, 19921 〔4〕 〔 美〕J. L.莱昂斯,阀门技术手册 〔M〕.北京机械工 业出版社, 19921 收稿日期 20081051 07 342008年第4期 阀 门