低温阀用聚三氟氯乙烯密封垫片的低温性能研究
阀门常用密封件的材质介绍
阀门常用密封件的材质介绍常用密封件的材质介绍流体（气体、液体）的密封是各工业领域所必需的一门通用技术，不仅建筑、石油化工、船舶、机械制造、能源、交通、环境保护等工业离不开密封技术，航空、航天等尖端工业也与密封技术紧密相关。
密封技术应用的领域十分广泛，凡是涉及流体的储存、运输、能量转换的装置都存在密封问题。
密封技术的重要性密封失效造成的后果是十分严重的，轻者“跑、冒、滴、漏”造成能源和资源的浪费，重者会使操纵失效，甚至产生火灾、爆炸、环境污染等后果危及人身安全！据初步统计机械设备及武器装备的质量事故中1/3以上是由于密封失效引起的，其中造成严重后果的如：美国挑战号航天飞机推进器O形密封圈出现故障造成的机毁人亡；俄罗斯联盟号宇宙飞船燃料舱泄露数名宇航员死于非命；我国东方红三号宇航卫星升空后管路泄露无法正常工作。
这就是现在的机械制造企业为什么不惜成本选用优质密封产品的原因。
密封材料的发展随着科学技术的发展，密封结构的工作条件更加苛刻。
由于被密封的流体的温度，压力及腐蚀性大幅度提高，传统的密封材料如毛毡、麻丝、石棉丝、油灰等已不能满足使用要求，其逐渐被橡胶及其它合成材料所代替。
橡胶等合成材料一般为高分子聚合物，在大分子链上带有不同特征的官能团（如：氯、氟、氰基、乙烯基、异氰酸基、羟基、羧基、烷氧基等）成为活性交联点。
在催化剂、硫化剂、或高温、高能射线作用下，大分子由线性结构、支化结构转变成空间网状结构，这个过程称为硫化。
硫化后的橡胶或其他合成材料，大分子失去原有的流动性，称为具有高弹变形的弹性体。
常用的橡胶及合成材料有：天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁胶、丁氰橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。
测定密封材料优劣的性能指标1、拉伸性能拉伸性能是密封材料首先要考虑的性能，包括：拉伸强度、定伸应力、扯断伸长率和扯断永久变形量。
拉伸强度是试样拉伸至断裂的最大应力。
定伸应力（定伸模量）是在规定伸长时达到的应力。
低温密封材料
低温密封材料
低温密封材料是一种用于在低温环境下进行密封的材料，尤其适用于液态氢、液态氮等低温液体的密封。
该类材料的特点是具有较低的温度收缩率和材料刚性，以确保在低温下能够完美地密封容器。
目前，低温密封材料的种类繁多，包括纯聚四氟乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺等。
其中，纯聚四氟乙烯是最常用的材料之一，因为它能够承受极低的温度，同时还具有出色的耐化学腐蚀性。
在制造液态氧、液态氮、液态氢储存罐等低温密封容器时，聚四氟乙烯的应用预计将继续扩大。
此外，新型的低温密封材料也在不断涌现。
例如，采用碳纤维增强的聚酰亚胺膜材料，其在-269℃低温环境下依然保持良好的物理机械性能；同时，具有良好的气密性和耐化学腐蚀性能，已经在航空、航天和核工业等领域被广泛应用。
在低温密封材料的选择和应用中，还需要考虑到其特殊的性质和使用环境。
例如，对于经常处于摩擦状态的低温密封材料需要选择具有耐磨损性能的材料。
同时，应注意材料之间的兼容性，避免在不同材料接触的情况下产生化学反应，影响密封效果。
总的来说，低温密封材料的研究和应用具有重要意义，在航空、航天和能源等领域有着广泛的应用前景。
未来，这一领域将不断涌现新的材料和技术，为低温密封领域的研究和应用提供更多的可能性。
低温阀门的特点与材料的选用
低温阀门的特点与材料的选用
低温阀门是在低温环境下工作的阀门，其特点包括以下几个方面：
1. 密封性能要求高，低温环境下，介质的密度增加，流动性降低，因此低温阀门对密封性能要求较高，能够有效防止介质泄漏。
2. 耐低温性能好，低温阀门需要能够在极低的温度下正常工作，因此阀门材料需要具有良好的耐低温性能，不易受到低温环境的影
响而发生变形或者损坏。
3. 阀门材料的选择，低温阀门的材料选择至关重要，常用的材
料包括碳钢、不锈钢、合金钢等，这些材料在低温环境下具有良好
的耐腐蚀性能和机械性能，能够满足低温阀门的工作要求。
4. 结构设计合理，低温阀门的结构设计需要考虑到低温环境下
的工作特点，采用低温阀芯、低温密封材料等，以确保阀门在低温
环境下能够正常工作。
在选择低温阀门材料时，需要考虑介质的性质、温度、压力等
因素，以及阀门的工作要求和使用环境，综合考虑材料的耐腐蚀性能、耐低温性能、机械性能等因素，选择合适的材料以确保低温阀门的可靠运行。
常见的低温阀门材料包括低温碳钢（LF2）、不锈钢（如304、316）、合金钢（如F91）等，这些材料具有良好的耐低温性能和耐腐蚀性能，适用于低温环境下的阀门制造。
聚三氟氯乙烯
聚三氟氯乙烯(PCTFE)是三氟氯乙烯的均聚物，具有在主碳链周围含有氟原子与氯原子的结构。
其化学结构通式：分子结构中的F原子使聚合物具有化学惰性，一定的耐温性，不吸湿性和不透气性。
分子结构中的Cl原子则使聚合物具有良好的加工流动性、透明性及硬度特性。
由于PCTFE分子结构中C-Cl键的存在，除耐热性及化学惰性较聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯一六氟丙烯共聚物(FEP)稍差外，其硬度、刚性、耐蠕变性均较好，渗透性、熔点及熔融粘度都较低。
3性能PCTFE的基本性能，除与它的分子结构有关外，还取决于其分子量及结晶度。
3.1 机械性能在机械性能方面，PCTFE的常温机械性能优于PTFE，其压缩强度大，冷流较小，压缩回弹率也比较大，具有良好的弹性恢复力。
但是，由于PCTFE是结晶性高分子，因此其机械性能受温度影响很大，并且还会因结晶度、分子量的高低而有一定的差异。
成型时进行骤冷，则可行成结晶度较低的透明制品；缓慢冷却，则形成半透明的高结晶度成型品。
一般来说，其拉伸强度与硬度会随着结晶化的推进而增大，但延伸率却会下降。
3.2 热性能在热性能方面，PCTFE的热塑熔融温度(Tm)为211~216℃，玻璃态温度(Tg)为71~99℃。
在250℃高温条件下，PCTFE仍能保持良好的热稳定性。
PCTFE的第2 / 5页失强温度大于其熔融温度，分解温度大于310℃。
3.3 耐性PCTFE的耐低温性特别突出，在液氮、液氧和液化天然气中不发生脆裂、不蠕变，在一定条件下能在接近绝对零度(-273℃)下使用。
高氟含量使PCTFE能耐几乎所有的化学物质和氧化剂。
可在酸、碱或者氧化剂中长时间浸渍而不发生任何变化，仅在高温下能为熔融碱金属、氟元素及三氟化氯腐蚀，在高温条件下与苯及苯的同系物、多卤化物接触有时产生溶胀。
33.4 电气性能在电气性能方面，PCTFE的介电常数与介电损耗因子在很宽的频率范围内都比较小，绝缘电阻与介电击穿电压等电气性能优良，并且几乎不受温度或湿度的影响，是一种远比传统材料更能承受苛刻条件的高频绝缘材料。
聚三氟氯乙烯介绍
聚三氟氯乙烯介绍1. 简述聚三氟氯乙烯（PCTFE）是最早研究开发并生产的热塑性氟塑料。
首篇制备报告是由法国法本公司于1937年发表的。
其后美国在执行曼哈顿计划过程中，对其制备技术路线及产品性能做了大量研究工作，1942年由3M公司投入生产，以Kel-F商标出售。
当时主要用于铀同位素分离材料。
其后俄罗斯、法国、德国和日本的产品相继问世。
我国在1959年开始研制PCTFE树脂，1960年试验成功，1966年建成年产25tPCTFE树脂的生产装置。
2. 结构和性能PCTFE的结构PCTFE是三氟氯乙烯（CTFE）的聚合物，是一种热塑性树脂，其化学结构式为：F-C-FF-C-ClPCTFE的分子量在10万~20万。
分子结构中德氟原子时聚合物具有化学惰性，一定的耐温性，不吸湿性和不透气性。
分子结构的氯原子存在，是聚合物具有良好的加工流动性，透明性及硬度特性。
由于PCTFE分子结构中C-Cl键的引入，除了耐热性及化学惰性较聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙稀共聚物稍差外，硬度、刚性、耐蠕变性均较好，渗透性及熔点、熔融粘度都比较低。
PCTFE的主要性能1）物理性能聚三氟氯乙烯（PCTFE）属结晶性聚合物，结晶度可达85%~95%，其结构特点是既具有全同立构型又具有间同立构型，总得来看呈无规立构型，因而制品透明度好。
PCTFE几乎不透湿，透气性能低，吸水性能小，因而即使在水中也能保持良好的绝缘性能。
2）力学性能PCTFE的力学性能与分子量及加工条件有关，与结晶度关系密切，拉伸强度、弹性模量、弯曲性能和硬度都随结晶度增加而增大。
3）热性能PCTFE的熔融温度为212~217℃，结晶度越大融融温度越高。
玻璃化温度（Tg）也随结晶度而异，一般在45~90℃之间，用热膨胀计法测定则在50℃左右。
PCTFE长期处于260~280℃会因热分解而引起分子量降低。
4）电性能PCTFE分子中既有体积大而电负性相对小的氯原子，又有体积相对小而电负大的氟原子，且排列不对称，因而分子具有极性，其tgδ和介电常数都不如PTFE,tgδ受温度和频率的影响大。
聚三氟氯乙烯简介
透明度越差 抗渗透能力越强
脆性越大 硬度越高
分子量 越高
拉伸强度越大 断裂伸长率越大
9
三
合成路线
三氟氯乙烯单体的合成
三氟三氯乙烷催化加氢脱氯法
CF2Cl —CFCl2 +H2 催化剂 CF2CFCl+2HCl
该反应的主要产物为三氟氯乙烯(CTFE)，主要副产物 为氯化氢(HCl)。
催化剂：铂、钯或铑担载在活性炭或SiO2 上，此类催 化剂的反应活性较高，所需反应温度较低(200 ℃左右 即可)，副反应较少。
2. 在热性能方面，PCTFE在250℃高温条件下， 仍能保持良好的热稳定性能。但从130℃起开始出 现结晶，随着结晶度的增加，脆性逐渐增大。因此 其长期使用温度应保持在130℃以下；若使用温度 超过200℃，将会逐渐地分解而遭损坏。
4
二
结构与性能
3. PCTFE的耐低温性特别突出，在液氮、液氧和 液化天然气中不发生脆裂，在一定条件下能在接近 绝对零度( -273℃)下使用。
2.生产不透水汽的膜：基于 PCTFE 极低的水汽透过 率，可用于包装电器组件、电子组件等方面。
3.电缆包覆材料：以 PCTFE 为主要材料加入成核剂 对电缆进行包覆，可以形成良好的绝缘层。
4.新型塑料：用偏氟乙烯与三氟氯乙烯共聚形成的 新型塑料，既具有优异的机械性能，抗紫外线，又改 善了聚偏氟乙烯弯曲性差的缺点。
升温至20~80℃ 反应10~12小时完成
12
三
合成路线
反应完成后，利用 F2/N2 混合气体对得到的PCTFE粉末 进行氟化封端处理，可得到耐高温降解的 PCTFE，在 300℃下不降解不褪色。
13
四
应用
1.制备聚三氟氯乙烯涂料：具有优异的化工防腐性 能，可以先涂在金属储罐、反应罐、各种容器表面， 然后烧结形成涂层，在淬火骤冷时涂层不易断裂。
超低温截止阀结构设计
３ 超低 温截 止 阀外密 封结构 设计
图 ２ 主密封结构 图
超 低 温截止 阀的外 密封包括 中法 兰处 的密封 和
２ 第 三期 ２ １ ０ １年
技术篇
螺纹连接 的拧 紧力矩计算 用力矩扳 手正规测 定
拧 紧力矩 时 ， 所需力矩为 ： Ｔ＝Ｋ ・ ｏ ｄ Ｎ Ｆ ・ （ ｍ） （） １
工艺．
截止 阀零件 推荐材料
阀 体 、长 颈 Ｚ Ｏ ｒ８ ｉ、 Ｇ Ｃ ｌＮ９ Ｚ Ｏ ｒ８ ｉＴ Ｇ Ｃ ｌＮ９ Ｚ １ ｒ８ ｉ Ｇ Ｃｌ Ｎ９ ｉ
阀盖 、 盘 阀 Ｚ １ ｒ８ ｉＴ、Ｃ ｌＮ Ｍ ２ ｉ Ｇ Ｃ ｌＮ９ ｉ ｒ８ 订２ ｏ Ｔ ０
阀杆
１ ｒ８ ｉ、Ｃ ｌＮ９ １ ｒ８ ｉ ｉ ｌＮ９ Ｏ ｒ８ ｉ、Ｃｌ Ｎ９ Ｃ Ｔ
图 ５ 中法 兰 密 封 结构 图
装碟型 弹簧 ， 提供 预紧力 和位 移 的补 偿 ， 服 由于高 克 低温变化填料产生 的微观胀缩及密封预 紧力 的改变 ． 填料压盖螺栓 连接 的拧 紧力矩 可参照 公式 １计 算． 以此处 两 个 Ｍ１ ２的 螺 栓计 算 为例 ， 力 矩 Ｔ＝ 得 ２ Ｎ 在装 配时 ， ８ ｍ． 可使用力矩扳 手对此处 的螺栓施 加
图 ３ 密封 性 能模 型
有限元 建 模仿 真 通 过定 义 阀 门的 材料 性 能参 数、 边界条 件 、 载荷 条件等 内容 ， 进行仿 真计 算 ， 封 密
面 比压分布如图 ４所示 ．
由仿真结果得 到 ， 超低 温截止 阀在低 温工 况下 ，
其密封面 的密封 比压介 于必 须 比压 和许用 比压 范 围 之内， 阀门的密封结构可 以实现有效 密封 ．
换． 超低 温截止阀阀杆 上部采 用填料 密封 ＋阀杆锥 面 密封 的双重密封结构 ． 该结 构可实现在 阀门完全开启 的状态下 ， 金属硬密封与填料软密封的双重效果． 阀门 启 闭过程中及关闭状态时 ， 此处密封 由填料单独实现． 阀杆密封 处设 计为 锥 面 （ 处设 计 为 ４ 。 亦 可 此 ５， 根据实 际情况 设 计为 其他 角度 ） 研 磨 后 ， 过外 部 ， 通 的驱动力使 阀杆的锥面 压紧在 长颈 阀盖 内部 的同角 度锥 面上 ， 实现 密封效果 ． 超低温截止 阀上 密封 由填料单独实现 时 ， 通过 计 算得 出填料压盖施加 于填料 的预 紧力 ， 并在螺栓上 加
LNG加气站阀门原理及维护
L N G 密封与材料 产业资源介绍
主密封材料是日本共荣阀门工业株式会社指定 的：PCTFE（聚三氟氯乙烯）材料，聚三氟氯乙 烯在低温条件下塑性变形非常小、耐超低温、弹 性回复强，不容易变形。该材料成本费占到阀门 的20%—30%，并且在低温截止阀上密封V型密 封垫片组合（四只组合密封圈）的下部加上弹簧。 计算弹簧钢度，通过弹簧的弹性对V型密封垫片 的变形产生自动的压力补偿，使得V型密封长期 保持良好的密封性能。
LNG产业资源介绍
安装 在比较清洁和干燥的环境下打开包装，不要让水和其它 杂质进入加气接头。 在安装前必须彻底清扫管道内的异物，反复确认管道内有 无异物及粉尘，然后再进行安装。 此充装接头一般外配带螺纹接头的金属软管，安装时开袋 可直接旋入螺纹接头即可。（为防万一还是先确认接头及 管道的清洁状态为好，如需清扫，请先清扫后再安装） 检查及维护 安装完后必须要通过泄漏测试，此步骤是保证充装接头 安全性的关键步骤，测试时往充装接头的充装管充入 1.72MPa的氮气，用发泡水来检查充装接头、充装管、连接 螺母等处有无泄漏，必须保证系统无任何泄漏。
移动充装接头对准加气口头部尽可能深的插 入，使两轴线尽量同心。
LNG产业资源介绍
缓缓放开手柄， 卡爪在弹簧力作 用下，卡住加气 口头部，再缓缓 向前推转手柄， 内置的压缩顶杆 会随手柄一同向 前顶开加气口与 充装接头的密封 装置
LNG产业资源介绍
当卡爪没能卡住加气口，向前推转手柄时 充装接头与加气口会自然分开，不能顶开内 置密封装置，所以不必担心LNG泄漏，而重 新重复上面步骤，直到卡爪卡住加气口为至， 同样，如果充装接头与加气口歪斜，造成只 有二只或一只卡爪卡住加气口，此时也不能 顺利充装，同步骤再重新操作。
介 质
低温领域阀门的设计与研究
1国内外低温阀门标准国内外低温阀门标准有：《低温阀门技术条件》（GB/T 24925-2019）、《液化天然气阀门》（JB/T 12621-2016）、《低温阀门》（BS 6364-1998）、《工业阀门.低温应用隔离阀》（BS EN ISO 28921-2017）、《工业阀门.液化天然气用隔离阀.适用性验证及试验规范》（BS EN 12567-2000）、《低温阀门规范》（MESC SPE 77-200-2012）。
常用标准对比如表1所示。
2 低温阀门材料的分析2.1金属材料的选择低温状态下，许多金属和高分子材料，随着温度降低，出现硬度与强度增加，塑韧性下降，导致材料易断裂，易形变。
从微观分析，超低温使体心立方间隙杂质原子与位错和晶间相互作用增加，阻碍错位运动、封锁滑移的作用加剧，使得其对变形适应性减弱，表现为低温脆性。
而面心立方结构，低温条件下能保持较高的韧塑性。
奥氏体不锈钢就是面心立方体结构材料，具有代表性的有304/316L/316/316L/310/310L，在-200℃仍能保持良好的韧性，其中316L和310L低温结构稳定性尤为突出。
奥氏体不锈钢还有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等特点。
2.2非金属材料的选择低温状态下，许多高分子材料会变为玻璃态，脆而硬。
PCTFE是三氟氯乙烯的一种聚合物，耐低温性好，可在-200℃下长期使用，化学稳定性仅次于聚四氟乙烯。
PCTFE分子结构中的C-Cl键，使PCTFE的硬度、刚性和耐蠕变性均有不错的表现，而且所有的非金属材料中，PCTFE具有最低的水—汽渗透率，不渗透任何气体，不助燃。
柔性石墨摩擦系数小，润滑性好，热膨胀系数小，压缩率大于40％，回弹率大于15％，且低温条件下无硬化脆变。
柔性石墨具有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀，柔性石墨可作为低温阀门的密封填料和缠绕垫片密封的优选。
3低温阀门的结构设计分析3.1阀盖加高结构低温阀门的实际工况温度极低，需采用阀盖加高设计，使填料部位远离阀门内流动的介质，保证阀门填料部位温度不低于0℃，避免阀杆和阀盖以上的零部件冻结，确保密封的性能，延长密封件寿命。
聚三氟氯乙烯的结构与性能
聚三氟氯乙烯的结构与性能摘要：含氟高分子聚合物，即具有传统高分子材料的特点，如成本低、加工性能好、结构稳定性好等特点，又具有很好的耐候性、防水性、抗污性等含氟材料的优异特性。
这类特殊的高分子聚合物在很多领域得到了广泛的应用，比如：工业建筑，石油化学和汽车工业，航空航天工业，化学工程，光学，纺织物品的处理，文物石碑的处理和微电子学等。
因此，研究和开发这类特殊的高分子聚合物是非常有必要的。
聚三氟氯乙烯(PCTFE)就是此类高分子材料的典型代表，本文就聚三氟氯乙烯的结构以及性能做简要介绍。
1关键字：聚三氟氯乙烯；氯乙烯共聚物；高分子聚合物；结构；性能1引言聚三氟氯乙烯(PCTFE)具有良好的化学稳定性、一定的耐温性、不吸湿、难燃、耐辐照等性能。
其骨架链的氯原子不仅使聚合物呈现一定的极性，而且使聚合物具有良好的特性：流动性、透明度和硬度等特征。
硬度、刚性、耐蠕变性良好，渗透性及熔点、融熔黏度都较低。
PCTFE具有良好的化学惰性，耐化学腐蚀性和耐热性，机械强度高、韧性大，光学性能与介电性能优异。
因此，聚三氟氯乙烯的应用领域是非常广泛的：主要应用于电子、电气、耐低温器件、医用、化工等领域。
耐腐蚀电子电器绝缘组件、精密电子仪器封装膜；液氧和液氮贮罐的密封件、气门嘴、球形容器组件；各类耐化学腐蚀的泵、阀门、管道、板材、涂层、衬垫、垫圈等；医用方面作医疗器的封装膜和药品的封装膜；耐磨、耐腐蚀机械制件；运载火箭液态燃料管道和密封件，航天航空电子仪器封装膜和发光器件保护层，液氧及液态燃料密封件和开关、分离铀235的腐蚀气体隔离膜，核能锅炉的软质阀片，紫外线杀茵医疗器材，光学仪器和耐腐蚀流量计等方面。
22结构聚三氟氯乙烯(PCTFE)是三氟氯乙烯的均聚物，具有在主碳链周围含有氟原子与氯原子的结构。
其化学结构通式：分子结构中的F原子使聚合物具有化学惰性，一定的耐温性，不吸湿性和不透气性。
分子结构中的Cl原子则使聚合物具有良好的加工流动性、透明性及硬度特性。
LNG关键设备进口国产对比
LNG关键设备进口国产对比LNG加气站可做进口、国产件对比的设备主要有潜液泵、根部阀、加液枪、流量计、压差液位计，其中潜液泵、加液枪、压差液体计国产设备还算成熟，在国内LNG加气站设备选购中有部分在用，根部阀、流量计国产设备较国外主流产品还有较大差距，在国内LNG加气站中应用很少，不建议用国产设备，现将上述5种设备的对比情况描述如下，供领导们参考：一、潜液泵国产潜液泵ACD潜液泵法国低温之星意大利Vanzetti型号LYPD50-150*2 TC-34浸润泵subtran Artika 160–2S价格20万~25万30万~40万30万~40万30万~40万340m3/h（液态）430L/min（液态）最大流量350 L/min（液态）340L/min（液态）详见文字1 详见文字2 详见文字3优缺点噪音大，运行震动较大，普及率很低。
1、ACD潜液泵：（1）PD3000的部件具有高性能、寿命长、维修次数少，易操作等特点。
（2）所有轴承均开放，垂直存放以方便替换；（3）可更换十字头耐磨环/圈，消除了过多及频繁更换十字头活塞的烦恼。
耐磨环/圈可快速简便更换。
（4）自动调节、充电弹簧、密封垫、密封轴均储存于一个简易机箱内，以便于受冻更换。
2、法国低温之星（1）动平衡测试和机加工的诱导轮，使得NPSH 很低，只有0.6-0.9m（2）失蜡铸造的高效闭合式叶轮,使得叶轮表面很光滑，液体流过叶轮是的阻力很小。
（3）采用较大的叶轮使得泵在运行是转速更低，从而增加泵的寿命。
（4）泵在第二次启动时无需预冷，它是套介质来润滑轴承的。
3、意大利Vanzetti（1）可频繁启动，对泵寿命无影响；（2）结构紧凑，便于安装维护；（3）可通过变频调速，流量调节范围大；（4）无密封及浸润型设计使维护要求降至最低；（5）直立型的设计使泵运转更稳定，运转寿命更长。
二、根部阀根部阀目前主要以日本进口根部阀为主，主密封材料是日本共荣阀门工业株式会社指定的：PCTFE（聚三氟氯乙烯）材料，聚三氟氯乙烯在低温条件下塑性变形非常小、耐超低温、弹性回复强，不容易变形。
LNG接收站用低温球阀国产化技术问题探讨
ＬＮＧ接收站用低温球阀国产化技术问题探讨王金富１，张清双２，牛存厚１，李明浩１（１．中石化广州工程有限公司，广东省广州市５１０６２０；２．江苏神通阀门股份有限公司，江苏省启东市２２６２３２）摘要：目前ＬＮＧ（液化天然气）接收站用低温阀门大部分从国外进口，进口数量最多的是低温球阀。
主要对进口低温球阀的３种结构进行了介绍和分析，结合国产化低温球阀主要是采用泛塞（Ｌｉｐｓｅａｌｓ）密封结构的特点，基于失效模式与影响分析方法（ＦＭＥＡ）的分析以及进口阀门使用情况，对该种结构低温球阀的内漏和外漏进行了分析并提出改进措施。
同时也对低温球阀选用一端单向密封、一端双向密封阀座（ＤＩＢ ２）结构以及进行中腔泄放功能试验的合理性和可行性进行了探讨，供相关设计单位、阀门制造商以及用户在国产化研制中进行参考和借鉴。
关键词：ＬＮＧ接收站 低温球阀 泛塞密封 波纹管密封 低温处理 功能试验 目前国内在建和规划共３０多座ＬＮＧ（液化天然气）接收站，一座ＬＮＧ接收站需要配套各种工艺低温阀门大约３５００多台。
因国产低温阀门尚无成规模应用，其中２５００多台需要进口，进口的阀门以球阀和蝶阀为主。
为降低成本和提高国产化水平，低温阀门国产化势在必行。
１ 进口低温球阀结构分析ＬＮＧ接收站进口的低温球阀多采用上装式固定球结构，主要分为偏心半球阀结构和整球阀结构。
整球阀结构按阀座和阀体之间的密封特点又分为泛塞密封结构［１］和波纹管密封结构。
１．１ 偏心半球阀国外某公司上装式偏心半球阀结构见图１。
该结构又称之为Ｃ型球阀，由于采用双偏心结构，具有以下特点：①阀门在关闭过程中球体是渐进式接触密封圈，极大地降低了球体和密封圈之间的摩擦力矩，操作扭矩更低；②降低了密封圈的磨损，球阀的使用寿命较长，尤其适用于频繁操作场合；③由于半球阀没有中腔，不存在中腔压力积聚现象，消除了中腔积压带来的潜在压力边界失效风险，也消除了因泄压端方向安装错误带来的潜在安全风险。
LNG加气站阀门原理及维护培训
LNG产密业封资与源介材绍料
阀门主密封垫片采用日本进口聚三氟氯乙烯材料， 低温下密封性能极好，使用寿命长。聚四氟乙烯垫 片正常使用周期三个月，聚三氟氯乙烯垫片可已达 到三年以上。
附表1：PCTFE（聚三氟氯乙烯）与PTFE（聚四氟氯乙烯）性能对照表
材
质
压缩强度（Kgf/C㎡） 抗拉强度（Kgf/C㎡） 常 温 —196°C 常 温 —196°C
LNG产业资源介绍
安装 在比较清洁和干燥的环境下打开包装，不要让水和其它
杂质进入加气接头。 在安装前必须彻底清扫管道内的异物，反复确认管道内有 无异物及粉尘，然后再进行安装。 此充装接头一般外配带螺纹接头的金属软管，安装时开袋 可直接旋入螺纹接头即可。（为防万一还是先确认接头及 管道的清洁状态为好，如需清扫，请先清扫后再安装） 检查及维护
安装完后必须要通过泄漏测试，此步骤是保证充装接头 安全性的关键步骤，测试时往充装接头的充装管充入 1.72MPa的氮气，用发泡水来检查充装接头、充装管、连接 螺母等处有无泄漏，必须保证系统无任何泄漏。
× 助燃 √
×
××
×
×
注：临界参数——是指该介质气、液两相共存点（即临介点）的参数，如临界温度、临界压力 等，当该介质不能同时达到临介参数时，该气体就不会被液化成液体。
LNG低产业温资阀源门介绍特点
低温阀门属于-196℃的超低温阀门。 液氧、液氮、液氩、LNG天燃气液体 通过液化或常温汽化挥发后属于易燃， 易爆的气体，其工艺管道上的阀门要 求很高，既要耐低温，耐压又要防止 静电聚集，防止泄漏。和一般的低温 介质相比，阀体内的流道表面加工精 度较高，通过这种加工可以避免静电 荷聚集。
LNG产业资源介绍
缓缓放开手柄， 卡爪在弹簧力作 用下，卡住加气 口头部，再缓缓 向前推转手柄， 内置的压缩顶杆 会随手柄一同向 前顶开加气口与 充装接头的密封 装置
聚三氟氯乙烯
聚三氟氯乙烯polychlorotrifluoroethene,polychlorotrifluoroethylene.三氟氯乙烯的聚合物。
英文缩写PCTFE。
结构为熔融温度213℃，具有优良的化学稳定性、绝缘性和耐候性，可在－196～125℃长期使用，机械强度和硬度优于聚四氟乙烯，制成薄膜则有较好透明度和较低透气速率。
PCTFE是结晶性的高分子，熔点为425F，密度为2.13g/cc（克／立方厘米）。
PCTFE是三氟氯乙烯自由基引发聚合的带有主要是重复一CF(cl)—CF 单元线性主链的产物。
PCTFE是结晶性的高分子，熔点为425F，密度为2.13g/cc（克／立方厘米）。
PCTFE在室温下对大多数活泼的化学品呈惰性，而在212T以上可被少数几种溶剂溶解，也可被一些溶剂溶胀，尤其是氯化过的溶剂。
PCTFE具有优异的阻隔气体的能力，其膜产品的水蒸汽透过性在所有透明塑料膜中是最低的。
其电性能与其它全氟聚合物相似，但介电常数（2．3—2．刀和损耗因数稍高，尤其是在高频时。
PCTFE可制作厚的（1／8英寸）光学透明制件。
编辑本段加工和应用PCTFE虽可用熔融加工，但由于熔体粘度高，有降解趋势导致加工品的性能变坏，故加工困难。
PCTFE树脂可制成用于模塑和挤塑的粒料。
膜厚度为0.001—0.010英寸，亦可制成棒和管。
聚三氟氯乙烯（简称F3）树脂喷塑方法，属化工设备防腐蚀技术。
它由聚三氟氯乙烯树脂、酚醛树脂、石墨粉混合作为聚三氟氯乙烯塑料与金属设备表面的粘接剂。
在喷涂F3面层之前，首先在金属基体表面喷上粘接剂过渡层。
本方法工艺简单、操作方便，不受设备形状，大小的限制，其喷塑的设备、使用介质比较广泛，强度高等优点，可广泛用于石油化工、制药、农药等具有腐蚀性的操作方便，不受设备形状，大小的限制，其喷塑的设备、使用介质比较广泛，强度高等优点，可广泛用于石油、化工、制药、农药等具有腐蚀性的化学工业。
编辑本段应用举例化工设备上的耐腐蚀零部件如管道、阀门、阀座、高压密封填料、齿轮、轴承、隔膜、垫圈，反应锅、贮槽、通风机、离心机等衬里和涂层；电子仪器高频绝缘、高频电缆、线圈绝缘等；防潮、防粘涂层编辑本段耐腐蚀性能。
聚三氟氯乙烯介绍汇总
聚三氟氯乙烯介绍1. 简述聚三氟氯乙烯（PCTFE ）是最早研究开发并生产的热塑性氟塑料。
首篇制备报告是由法国法本公司于1937年发表的。
其后美国在执行曼哈顿计划过程中，对其制备技术路线及产品性能做了大量研究工作，1942年由3M 公司投入生产，以Kel-F 商标出售。
当时主要用于铀同位素分离材料。
其后俄罗斯、法国、德国和日本的产品相继问世。
我国在1959年开始研制PCTFE 树脂，1960年试验成功，1966年建成年产25tPCTFE 树脂的生产装置。
2. 结构和性能PCTFE的结构PCTFE 是三氟氯乙烯（CTFE ）的聚合物，是一种热塑性树脂，其化学结构式为：PCTFE 的分子量在10万~20万。
分子结构中德氟原子时聚合物具有化学惰性，一定的耐温性，不吸湿性和不透气性。
分子结构的氯原子存在，是聚合物具有良好的加工流动性，透明性及硬度特性。
由于PCTFE 分子结构中C-Cl 键的引入，除了耐热性及化学惰性较聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙稀共聚物稍差外，硬度、刚性、耐蠕变性均较好，渗透性及熔点、熔融粘度都比较低。
PCTFE的主要性能1）物理性能聚三氟氯乙烯（PCTFE ）属结晶性聚合物，结晶度可达85%~95%，其结构特点是既具有全同立构型又具有间同立构型，总得来看呈无规立构型，因而制品透明度好。
PCTFE 几乎不透湿，透气性能低，吸水性能小，因而即使在水中也能保持良好的绝缘性能。
2）力学性能PCTFE 的力学性能与分子量及加工条件有关，与结晶度关系密切，拉伸强度、弹性模量、弯曲性能和硬度都随结晶度增加而增大。
3）热性能PCTFE 的熔融温度为212~217℃，结晶度越大融融温度越高。
玻璃化温度（Tg ）也随结晶度而异，一般在45~90℃之间，用热膨胀计法测定则在50℃左右。
PCTFE 长期处于260~280℃会因热分解而引起分子量降低。
4）电性能PCTFE 分子中既有体积大而电负性相对小的氯原子，又有体积相对小而电负大的氟原子，且排列不对称，因而分子具有极性，其tg δ和介电常数都不如PTFE,tg δ受温度和频率的影响大。
聚三氟氯乙烯
聚三氟氯乙烯（PCTFE）是一种性能优良的工程塑料，它的长期使用温度为-200∽150℃，具有独特的刚性，韧性和耐低温性，能耐各种酸、碱、油类及大部分有机溶剂，其优良的电绝缘性在较高的温度范围内不受温度和湿度的影响；此外它还具有突出的气密性、表面不粘性、较高的机械强度、很低的吸水性等。
聚三氟氯乙烯板、棒是由聚三氟氯乙烯树脂用模压法制成，可广泛用作耐腐蚀结构材料、理想的低温液体用阀门部件、设备防腐衬里、透明视镜、真空密封材料、电子电器部件、电机仪表零件等。
主要性能
1、外观：质地均匀，表面平整光滑；颜色呈透明或半透明。
2、物理机械性能符合下表。
运载火箭用典型低温密封材料
封接触压力降低, 从而保持或增加了密封接触应力而 使在低温下保持密封 [ 8 ~ 9 ] 。聚氨酯橡胶 9103和氯丁 橡胶 4101就是为这种复合结构密封件研制的橡胶材 料, 而金属骨架材料则用低膨胀合金。 3. 3 塑料和金属的组合密封件 3. 3. 1 塑料在液氧加注活门中的应用
液氧加注活门安装在液氧箱的底部, 它是地面槽 车向弹体输入液氧流体的入口。由于液氧是氧化剂, 氧气和氢气混合极易爆炸, 因此, 对加注活门的密封 性具有很严格的要求。该活门的密封材料使用的是
聚全氟乙丙烯, 密封结构采用菌形聚全氟乙丙烯与金 属骨架的复合结构, 满足设计要求。 3. 3. 2 塑料在高压电动活门中的应用
44. 0 10. 8
159
-
122
- 13. 5
高温合金 ( GH 169 )
室温 - 196
1436 1789
19. 5 18
214
-
224
- 10. 4
3 密封材料在运载火箭低温密封结构中的应用 3. 1 纯橡胶密封件
氟醚橡胶 7105制成的橡胶 O 形密封圈用于 液 氧低温加泄连接器密封, 密封结构设计为榫槽形式, 具有良好的密封性能, 分解后胶圈仍保持完好。 3. 2 橡胶和金属的组合密封件
- 100
- 79
- 87. 8
- 46. 5
- 31. 8
宇航材料工艺 2009年 第 3期
聚三氟氯乙烯介绍
聚三氟氯乙烯介绍1. 简述聚三氟氯乙烯（PCTFE）是最早研究开发并生产的热塑性氟塑料。
首篇制备报告是由法国法本公司于1937年发表的。
其后美国在执行曼哈顿计划过程中，对其制备技术路线及产品性能做了大量研究工作，1942年由3M公司投入生产，以Kel-F商标出售。
当时主要用于铀同位素分离材料。
其后俄罗斯、法国、德国和日本的产品相继问世。
我国在1959年开始研制PCTFE树脂，1960年试验成功，1966年建成年产25tPCTFE树脂的生产装置。
2. 结构和性能PCTFE的结构PCTFE是三氟氯乙烯（CTFE）的聚合物，是一种热塑性树脂，其化学结构式为：F-C-FF-C-ClPCTFE的分子量在10万~20万。
分子结构中德氟原子时聚合物具有化学惰性，一定的耐温性，不吸湿性和不透气性。
分子结构的氯原子存在，是聚合物具有良好的加工流动性，透明性及硬度特性。
由于PCTFE分子结构中C-Cl键的引入，除了耐热性及化学惰性较聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙稀共聚物稍差外，硬度、刚性、耐蠕变性均较好，渗透性及熔点、熔融粘度都比较低。
PCTFE的主要性能1）物理性能聚三氟氯乙烯（PCTFE）属结晶性聚合物，结晶度可达85%~95%，其结构特点是既具有全同立构型又具有间同立构型，总得来看呈无规立构型，因而制品透明度好。
PCTFE几乎不透湿，透气性能低，吸水性能小，因而即使在水中也能保持良好的绝缘性能。
2）力学性能PCTFE的力学性能与分子量及加工条件有关，与结晶度关系密切，拉伸强度、弹性模量、弯曲性能和硬度都随结晶度增加而增大。
3）热性能PCTFE的熔融温度为212~217℃，结晶度越大融融温度越高。
玻璃化温度（Tg）也随结晶度而异，一般在45~90℃之间，用热膨胀计法测定则在50℃左右。
PCTFE长期处于260~280℃会因热分解而引起分子量降低。
4）电性能PCTFE分子中既有体积大而电负性相对小的氯原子，又有体积相对小而电负大的氟原子，且排列不对称，因而分子具有极性，其tgδ和介电常数都不如PTFE,tgδ受温度和频率的影响大。
阀门密封面材料使用温度
通用阀门密封面常用弹性材料性能
注：（1）表中的适用温度是推荐性的安全使用温度，根据密封面结构和受力的不同适用温度也不相同。
（2）表中的适用温度范围是这类产品的一般范围，每种产品都有多种牌号，适用温度也不尽相同，适用温度也不尽相同。
此外，使用场合不同推荐的使用温度范围也不同。
（3）表中的名称是这类材料的统称，每种都有几个牌号，性能也不一样，强尼龙就有：尼龙1010、尼龙6、尼龙66等，丁腈橡胶有丁腈18、丁腈26、丁腈40等，选用时要注意不同牌号的性能。
（4）氟塑料具有冷流倾向，即应力达到一定值时开始流动，在选用时要充分考虑其受力状态或结构上考虑保护措施。
（5）表中的推荐适用介质范围也是拢统的，应用时要查这些材料与某种介质的相容数据。
金属密封面材料性能
其它密封面材料性能。
球阀软密封阀座知识
项目
颜色
密度
硬度
抗压强度 长期使用温度
Project 单位
Units 数值
Value
Color
淡黄色半透明
Yellow translucent
Density g/cm3
2.1
Hardness Shore D
Compressive strength
Mpa
80~90
80
Long term ℃
-80~115
项目
颜色
密度
硬度
抗压强度 长期使用温度
Project 单位
Units 数值
Value
Color
黑色 Black
Density g/cm3
2.23
Hardness Shore D
Compressive strength
Mpa
68
60
Long term ℃
180
使用说明：
碳纤维增强聚四氟乙烯阀座被广泛使用在固定式和浮动式球阀中，其具有摩擦系数小、抗压
性能说明：
密度
延伸率
拉伸强度
Density Elongation Tensile Strength
g/cm3
%
psi
长期使用温度 Long term
℃
2.16
450
4800
-193~180
PCTFE，垫圈，PCTFE 阀座，PCTFE 密封圈，PCTFE 密封件，聚三氟氯乙烯
材 质：聚三氟氯乙烯（PCTFE） 性能说明：
延伸率
拉伸强度
Elongation Tensile Strength
g/cm3
%
Mpa
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１ １ ０ 、 一１ ６ ２ 、 一１ ８ ０ ｃ ｃ ６个 温 度 下 测 试 分 析 Ｐ Ｃ Ｔ －
Ｆ Ｅ材 料 的邵 氏硬度 、 压 缩 率 和 回弹 率 ， 研究 Ｐ Ｃ Ｔ － Ｆ Ｅ在 不 同温度 下力 学性 能 的差 异 ， 分 析 它作 为垫 片材料 的低 温密 封 性 能 ， 为 低 温 设 备 垫 片材 料 的
选 用提 供一 定 的参考 和依 据 。
１ 试 验 设备 与试 验方 法 １ ． １ 试 验设 备与 试样 加工 本 研究 采用 ＷＧ Ｄ Ｎ． １ ８ ３ ０ ０ Ｌ型 高 低 温试 验 箱
阀¨ ， 对密 封 圈材 料 性 能 的要 求 更 高 。近 年 来 ，
耐超 低 温密 封材 料 成 为研 究 热 点 １ ５ ， １ ４ １ ， Ｐ Ｃ Ｔ Ｆ Ｅ作
一
有 高压 惰性 气 体 的 空腔 办 法 ， 有 效 降低 了 阀杆 处
的泄漏 量 ； 郭爱 民等研 究 了 安全 阀关 闭 件 表 面 粗糙 度 与 泄 漏 速 率 之 间 的 关 系 并 提 供 了设 计 指 导 ； 对于阀门法兰连接 的地方 ， 合 理 选 用 适 应 工况 的密封 圈结 构 和材料 是保 证 阀 门密封 性能 的 基础 ¨ ” ， 尤 其是 对 于工 作条件 较 为苛 刻 的低 温
第４ ４卷
第 ５期
化 工 机
械
４ ９ ７
低 温 阀 用 聚 三 氟 氯 乙烯 密 封 垫 片 的 低 温 性 能 研 究
张 希 恒 周 景 莹
（ 兰 州 理工 大 学石 油 化工 学 院 ）
摘
要
为 探 索聚 三 氟 氯 乙烯 （ Ｐ Ｃ Ｔ Ｆ Ｅ ） 垫 片 在 超 低 温 阀 中 的使 用 效 果 ， 试 验 研 究 它 在 低 温 下 的 材 料 特
中图分类号
Ｐ Ｃ Ｔ Ｆ Ｅ 密 封 特 性 压 缩 性 回 弹性
文献标识码 Ａ 文章编 号 ０ ２ ５ ４ － ６ ０ ９ ４ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ５ － ０ ４ ９ ７ — ０ ５
Ｔ Ｑ ０ ５ ５ ． ８ １
阀 门作 为 现 代 工业 生产 中不 可 或 缺 的 部 分 ，
为 常用 的密 封 材料 之 一 ， 表 现 出 了优 良 的力 学 特 性 和 密 封 特 性 ， 其 低 温 特 性 也 逐 渐 被 人 重
视 。刘 昭等研 究 得 出 了 Ｐ Ｃ Ｔ Ｆ Ｅ制 品 结 晶度 与 常 温、 低 温 力学 性 能对应 关 系 紧密 的结 论 ； Ｂ ｒ ｏ ｗ ｎ
４ ９ ８
化
工
机
械 表 １ 压 缩 回 弹试验 结 果
２ ０ １ ７正
压缩 率 、 回弹率试验 的试样 尺寸参 考 Ｇ Ｂ ／ Ｔ ２ ０ ６ ７ １ ． ２ － ２ ０ ０ ６ （ （ 垫 片材料 压 缩率 回弹率试 验 方 法 》 要求 的 Ｌ型 垫 片 材 料 尺 寸 ， 结 合 实 际 的 加 工 条 件， 确定 为 ６ ２ ｍ ｍ ×２ ３ ｍ ｍ ×２ ｍ ｍ。邵 氏硬 度 测 试 的试 样 尺寸 参考 Ｇ Ｂ ／ Ｔ ２ ４ １ １ ． ２ ０ ０ ８ 《 塑 料 和 硬橡 胶
调 节试 验温 度 ， 并利用 Ｕ Ｔ Ｍ ５ ２ ０ ５ Ｘ型 电子万 能试 验 机与 Ｈ Ｂ Ｒ Ｖ Ｄ 一 １ ８ ７ ． ５ Ｄ ｌ型硬 度 计 分别 对 不 同温
度下 Ｐ Ｃ Ｔ Ｆ Ｅ样 品的压缩 、 回弹性 能和 硬度 进行 测
试。
作者简介 ： 张希恒 （ １ ９ ６ ６ 一 ） ， 副教授 ， 从 事 阀 门 与 密 封 技 术 的研 究 。 联 系 人： 周 莹 （ １ ９ ９ ２ － ） ， 硕士研究生 ， 从 事 低 温 阀 传 热 分 析 及 优 化 设 计 方 向 的研 究 ， ｅ ｃ ｈ ｏ ． ｉ ｆ ｓ ｈ ． １ ２ ３ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
Ｅ Ｎ等 通过 试 验 研 究 了温 度 、 应力应变对 Ｐ Ｃ Ｔ Ｆ Ｅ
常用 于 石 油 化 工 、 空 气 分 离 及 航 空 航 天 等 行
业¨ ’ 。阀 门 的 密 封 性 能 在 实 际 应 用 中 至 关 重
的拉 伸强 度 、 伸 长 率 和 失 效 响 应 的影 响 ； 张 宁 等研 究对 比了在 ７ ７ Ｋ条 件下 Ｐ Ｃ Ｔ Ｆ Ｅ、 Ｐ Ｅ Ｅ Ｋ和 Ｐ Ｔ ．
性 。根 据 超 低 温 阀的 工 作 情 况 ， 选择 ２ ５ 、 一２ ９ 、 一 ５ ０ 、 一ｌ ｌ ０ 、 一１ ６ ２ 、 一１ ８ ０ ℃６个 试 验 温 度 ， 在 试 验 机 上 分 别测量 Ｐ Ｃ Ｔ Ｆ Ｅ样 品 的 压 缩 率 、 回 弹 率 及硬 度 等 材 料 特 性 。结 果 表 明 ： 随着温度 的降低 ， 样 品 的硬 度 最 大 升高 了３ １ ． ７ ％， 压 缩 率 最 大减 小 了 ５ ０ ％， 而 回 弹 率在 不 超 过 ８ ％ 的范围 内小幅度上升 ； 由低 温 下 Ｐ Ｃ Ｔ Ｆ Ｅ 的材 料 特 性 可 知 它 在 低 温 下具 有 较 好 的 密 封 特 性 ， 且 在 一ｌ １ ０ ℃时性能最佳。 关 键 词 超 低 温 阀
要， 尤 其 当阀 内流通 介质 为 超低 温流 体时 ， 一旦 发
生 密 封失 效 ， 将 会 导 致 阀体 和 与 它相 连 的管 道 开 裂 泄漏 ， 造 成严 重 的经 济 损 失并 危 及 人 员 生 命 安 全 Ｊ 。对 阀 门泄漏 的控制 方法 的研 究 主要 集 中 在对 密 封 面和 密封件 的合理选 型 、 优化 设计 上 ， 扈 小丹 和王永 初 通过 在原 有填 料密 封基 础上 设计 通
Ｆ Ｅ用 作 密封材 料 时 阀座 的泄漏率 与 密封 稳 定性 ， 并针 对不 同使 用温 度给 出 了选用 建议 。
现 有 的研究 多 是 针 对 Ｐ Ｃ Ｔ Ｆ Ｅ 的拉 伸 特 关于 Ｐ Ｃ Ｔ Ｆ Ｅ低温 压缩 回弹
性 能 的测试 和低 温 密封性 能 的研究 较少 。笔 者结 合 超 低 温 阀 门 的使 用 条 件 ， 在 ２ ５ 、一２ ９ 、一５ ０ 、