低溫安全閥密封設計研究

于京平，趙益春，代立民

（北京航天動力研究所，北京100176）

0 引言

低溫安全閥是航天、石油化工、煤化工、空分及多晶硅等行業的重要設備之一，其可靠性直接影響到大型成套設備的安全和經濟運行。低溫安全閥通常用于易燃、易爆及滲透性強等低溫介質場合，工作溫度為-200°C左右，工作壓力為10 MPa左右，在空分裝置液氧、液氮冷箱中使用的低溫安全閥長期工作溫度低于-200°C。設計低溫安全閥時，需要注意以下3個問題：即閥門啟閉過程中殘留在中腔的低溫介質急速汽化引起的異常升壓問題；非金屬材料低溫環境下的變形失效問題；金屬材料低溫環境下的脆化和低溫沖擊問題。

1 低溫安全閥設計要求與密封結構方案

低溫安全閥是一種自動閥門，正常工作時，低溫安全閥應能在長期超低溫環境下利用自身的彈簧力形成良好的密封。當介質超壓時，低溫安全閥將自動開啟并排出額定數量的流體；當介質壓力恢復正常后，低溫安全閥將自行關閉并阻止介質泄漏。低溫安全閥設計要求見表1。

表1 低溫安全閥設計要求Tab.1 Design requirements of cryogenic safety valve

低溫安全閥密封分為外密封和內密封。外密封和中法蘭墊片密封材料一般選擇熱膨脹系數低的密封材料，如增強型聚四氟乙烯。外密封設計時，適當增加墊片密封處的密封比壓，即可實現低溫密封效果。內密封選擇彈性密封型式，密封塊材質選用耐低溫改性聚四氟乙烯。圖1為低溫安全閥典型結構示意圖。圖2為低溫安全閥密封結構示意圖。……