تلعب مواد الختم دورًا مهمًا في الصمامات الكروية المبردة، والتي يمكن أن تمنع تسرب الوسائط وتضمن التشغيل الآمن للصمام. ويؤثر أدائها بشكل مباشر على موثوقية الختم وعمر الخدمة واستقرار تشغيل الصمام في بيئة درجة الحرارة المنخفضة للغاية-. يتم تسليط الضوء أدناه على وظائفهم الرئيسية ومبادئ الاختيار:
I. الوظائف الرئيسية لمواد الختم
الختم المبرد: عند درجات حرارة -196 درجة (على سبيل المثال، النيتروجين السائل) أو أقل، يجب أن تظل مادة الختم مرنة ومرنة لمنع التسرب بسبب زيادة فراغات سطح الختم بسبب تصلب المادة أو انكماشها. المطاط العادي، على سبيل المثال، يمكن أن يصبح هشًا عند درجات حرارة منخفضة، في حين أن مواد الختم المبردة المتخصصة (على سبيل المثال، PTFE (PTFE)) المعدلة لا تزال قادرة على الحفاظ على ضغط الختم.
مقاومة تآكل الوسائط: قد تكون الوسائط المبردة (مثل الغاز الطبيعي المسال والأكسجين السائل) شديدة التآكل أو متفاعلة كيميائيًا. يجب أن تكون مواد الختم مستقرة كيميائيًا لمنع التفاعل مع الوسط الذي يتسبب في فشل الختم. على سبيل المثال، في تطبيقات الأكسجين السائل، يجب تجنب المواد التي تحتوي على زيوت أو مواد مؤكسدة بسهولة لمنع مخاطر الاحتراق.
مقاومة التآكل والتآكل: أثناء فتح وإغلاق الصمام، يمكن أن يؤدي الاحتكاك بين الكرة وغطاء الختم إلى التآكل، خاصة في ظل فرق الضغط العالي، يمكن أن يؤدي تآكل الوسائط إلى تسريع تلف سطح الختم. يجب أن تتمتع مواد الختم بصلابة عالية وتشحيم ذاتي- لتقليل التآكل وإطالة عمر الخدمة.
التمدد الحراري وتعويض الانكماش: عند درجات الحرارة المنخفضة، ينكمش معدن جسم الصمام أكثر من مادة الختم، مما قد يؤدي إلى توزيع غير متساوي للضغط على سطح الختم. يجب أن تعوض مادة الختم فرق الانكماش هذا عن طريق التشوه المرن للحفاظ على ضغط التلامس للختم.
مقاومة الالتصاق: بعد فترة طويلة من عدم النشاط، قد يكون من الصعب فتح وإغلاق سطح الختم بسبب تبلور أو التصاق الوسط. يجب أن تتمتع مادة الختم بطاقة سطحية منخفضة لمنع التصاق الوسائط وضمان التشغيل المرن للصمام.
ثانيا. مبادئ اختيار مانع التسرب
1. القدرة على التكيف مع درجة الحرارة
حد التبريد: حدد المادة وفقًا للحد الأدنى لدرجة حرارة التشغيل للتأكد من أن درجة حرارة التزجج (Tg) أقل من درجة حرارة العمل.
على سبيل المثال: PTFE (PTFE): تنخفض درجة الحرارة المطبقة إلى -200 درجة، ولكن هناك حاجة إلى تحسينات لتحسين مقاومة التآكل.
PI (بوليميد): مناسب لدرجة -269 (بالقرب من الصفر المطلق) ولكنه مكلف.
الجرافيت المرن: ينطبق على درجات الحرارة العالية التي تصل إلى -200 درجة، ولكن يجب تجنب ملامسته للوسائط المؤكسدة القوية.
2. توافق الوسائط
الخواص الكيميائية: يتم اختيار المواد المقاومة للتآكل وفقًا لنوع الوسائط (مثل الهيدروكربونات والأكسجين السائل والنيتروجين السائل). على سبيل المثال، يُحظر استخدام المواد التي تحتوي على الشحوم-في تطبيقات الأكسجين السائل؛ يفضل استخدام PTFE أو الأختام المعدنية (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ + الجرافيت المرن).
بالنسبة للوسائط الجسيمية، تكون هناك حاجة إلى مواد مقاومة للتآكل (على سبيل المثال، PTFE المقوى بكربيد السيليكون).
3. الخصائص الميكانيكية
معدل ارتداد الضغط: يجب أن تتشوه المادة بسرعة بعد الضغط للتعويض عن الارتخاء أثناء الاستخدام على المدى الطويل-. على سبيل المثال، يتمتع الجرافيت المرن بارتداد ضغط يزيد عن 40%.
الصلابة والقوة: تتطلب تطبيقات الضغط العالي-مواد ذات صلابة عالية (على سبيل المثال، الكربيد الأسمنتي)، ولكن يجب أن تكون المرونة متوازنة لتجنب الهشاشة.
4. مطابقة نوع الختم
الختم الناعم: مناسب للضغط المنخفض، والوسائط النظيفة، وأداء الختم الجيد، ولكن مقاومة التآكل ضعيفة
الختم الصلب: مناسب لوسائط الجسيمات ذات الضغط العالي؛ يتم تحقيق الختم عن طريق الاتصال بالمعدن
الختم المشترك: يجمع بين مزايا الأختام الناعمة والصلبة مثل حلقة PTFE المدمجة في مقعد الصمام المعدني لتحقيق التوازن بين مقاومة التآكل وأداء الختم.
