双卡套在超低温环境下的密封性能分析及应用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国石油大学(华东) 机电装备教学实习总厂 作者:任荣亭

  目前,关于双卡套式密封在常温及高温状态下的密封性能分析介绍较多,而对其在超低温(-50℃~-150℃)状态下的密封性能及实践效果研究较少。该文通过将10mm内径的双卡套用于LNG液化实验装置流程中,作为超低温阀组的管路密封,实验结果表明:选用优质304不锈钢材质的精密管及优质双卡套,在确保加工精度和规范安装的条件下,双卡套在超低温状态下依然具有良好的密封性能。

  引言

  双卡套式管接头是一种便捷、可靠,易于安装拆卸的中高压管路的联接方式,其作为一种静密封方式,被广泛应用于石化、机械、液压等行业中的中小管径液压及气压的传输密封,可以适用于耐压40MPa以内,温度600℃以下的环境。LNG液化装置是一种在中低压、超低温状态下实现天然气的液化存储运输的装置。此实验装置是一套小型的天然气液化装置,主要模拟海上天然气的液化存储运输,验证液化工艺的合理性。

  因此对于各种阀端的密封联接不仅要求耐低温还要具有抗冲击性能。双卡套具有良好的温差补偿和抗冲击振动性。基于304不锈钢适用于低温环境下,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为选择优质的304不锈钢双卡套和DW10精密不锈钢管,用于LNG液化装置的超低温阀组,实践证明密封和抗冲击性能良好。

1、双卡套密封性能

  双卡套(见图1)具有以下密封特性:

  (1)独特的前卡套和后卡套密封结构使卡套管接头和卡套管之间形成主密封后卡套(见图2)先进的几何形状,在螺母驱动面和前卡套锥面的共同作用下后卡套朝径向产生铰链作用,从而形成对卡套管强有力的抓紧,这将有效提高管接头的抗振动、抗冲击性能。

双卡套在超低温环境下的密封性能分析及应用

图1 双卡套管接头的结构

双卡套在超低温环境下的密封性能分析及应用

图2 后卡套的结构

  (2)双卡套式管接头具有“0”泄漏的优良密封性能。

  (3)温度变化大时,双卡套具有温差补偿功能。

2、双卡套及精密管选择

  众所周知,304不锈钢具有耐腐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能优良,使用温度范围-196℃~650℃。因此,对于LNG液化装置中超低温阀组的管阀件连接均采用优质304不锈钢材质,使温度降低的过程中形变保持一致,不影响密封效果。

3、用液氮进行密封性实验

  3.1、实验流程及材料

  管线规格:ϕ10精密304不锈钢管;低温球阀及针阀: DW10双卡套式;低温电动调节阀: DW10双卡套式;低温气动阀:DW10双卡套式;DW10双卡套: 304不锈钢材质;DW10双卡套压帽:304不锈钢材质。

  为了降低后卡套与卡套螺母之间摩擦系数,对卡套螺母的驱动面进行了镀银处理;为提高后卡套的使用寿命,对后卡套进行了全表面渗碳处理

  3.2、低温阀组组装

  按照图3规范连接低温阀组流程。为保证装配质量,须注意以下几点:

  (1)清洗干净所有管阀件;

  (2)用割管器按照实际需要尺寸割出所需管线长度,并保证管子端面平整、无毛刺、金属屑、豁口,且端面与管子中心线的垂直度不得大于管子外径公差的一半;

  (3)安装时保持管子与接头体的同轴度,不得在管子偏斜、弯曲的情况下强行安装;

  (4)在旋紧压帽时,不宜用力过大或过小,用手旋紧压帽后,使用扳手再旋紧压帽1+1/4 圈即可。

双卡套在超低温环境下的密封性能分析及应用

图3 低温阀组流程

  3.3、实验步骤

  1)氮气吹扫

  将氮气接入低温阀组,阀组通向大气,进行吹扫,直至出来的氮气变干净干燥。

  2)液氮低温密封性能试验

  (1)将液氮接入低温阀组流程,打开阀组中的所有阀,用阀组中的电动调节阀调节流量,控制阀组温度。通过压力传感器监测阀组压力不超过最高工作压力4MPa。直至阀组温度降低到-80℃左右,并稳定在-80℃大约1h,检查双卡套联结处,未发现泄漏点。

  (2)重复(1)的密封性试验步骤,将阀组温度控制在-100℃和-150℃再分别做低温密封性试验,结果均未发现泄漏点。

  (3)将低温阀组接入LNG液化装置流程中,采用新型环保的气凝胶材料进行保冷处理。在工作压力下,按实验流程逐步降低温度,当阀组温度达到-80℃、-100℃和-150℃时,分别检测连接处均未发现泄漏。

4、结束语

  综上所述,我们将10mm 内径的304 不锈钢双卡套用于LNG 液化装置的低温截流阀组,对组装好的阀组进行低温密封性试验,当温度达到试验温度-50~-150℃、试验压力0.2~4MPa时,双卡套连接处没有发现泄漏。而后将此阀组接入LNG液化实验装

  置流程中,在实验要求的工作温度、工作压力下已经开工运行一年多,成功完成了多组科研实验数据,低温阀组连接处均未发生泄漏,密封性能优良。

  实践应用的结果表明,优质304不锈钢双卡套不但在常温下,而且在超低温环境下也是一种非常可靠的密封联接方式。

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