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冷硬事实:选择低温阀门的五个关键标准

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冷硬事实:选择低温阀门的五个关键标准
作者:ASCO业务开发经理Bob Cadwell

低温阀指定和咨询工程师、工程公司、原始设备制造商(OEM)和最终用户依靠阀门控制压缩空气或其他流体的流量,依靠气缸控制运动。但冷酷的事实是,低温可能会给这些流体自动化设备带来一系列问题——从选择和交付到操作和维护。

一些制造商为环境温度可能低至-40°F(-40°C)的环境提供专门设计的流体自动化产品。这些装置适用于石油和天然气、碳氢化合物、能源、炼油、工业加热、食品和饮料、电力、车辆和其他应用中的工艺阀门。

大多数标准型号的额定可靠运行温度仅为32°F(0°C)。在阿拉斯加、美国中北部、加拿大、北海和西伯利亚等地漫长而寒冷的几个月里,流体自动化产品必须在恶劣、寒冷的条件下运行良好,通常无人看管,而且往往在偏远的地点,这使得维修或更换比平时更加困难。即使在较温暖的气候条件下,冷藏或低温加工线也对材料的灵活性和密封完整性提出了特殊的挑战。因此,在考虑产品选择时,风险比以往任何时候都高。

购买阀门、钢瓶和其他流体自动化设备以在低环境温度下应用时,请参阅以下五个关键品质。

1.可靠性和声誉
缺乏弹性/灵活性和休眠可能会导致低温下使用的阀门性能下降。

弹性和灵活性随着气温的下降,他们会受到影响。阀盘或隔膜中的弹性体取决于其弹性、弹性一致性,从而与阀座形成良好的密封。随着温度的降低,弹性聚合物会收缩,也会发生收缩玻璃化转变,进入坚硬、易碎的玻璃状状态。这两种变化都会阻止阀瓣与阀座的一致性,从而形成泄漏通道。

休眠当阀门以不频繁的间隔运行时发生(如在低循环应用中)。当阀门的O形密封圈连续几天甚至几个月不间断地与阀体或主滑阀接触时,密封件实际上会粘附在其配合部件的金属表面的凹槽或缺陷上。一旦操作,它的响应很慢,或者根本不响应。

这两个问题都威胁到阀门的可靠运行。装配过程中的简单步骤,如使用高级润滑剂,在寒冷环境下保持可使用的一致性,有助于克服表面摩擦。高质量阀门供应商还将通过仔细选择耐低温的弹性体,以及设计针对寒冷条件进行优化的阀门密封来解决潜在问题。通过创新结构,例如用新的T形密封件替换O形密封圈,可以消除休眠现象,因为T形密封件在接触点的表面积小得多。

与阀门一样,在低环境温度下使用的气瓶也可能面临自身的问题。

说到弹性,气缸密封弹性体可能会遇到脆性和收缩,以及相邻材料的不同热膨胀和收缩率,从而打开潜在泄漏路径的可能性。最好的气缸制造商应对这些风险的方法是设计最小的间隙公差,并选择特殊的经冷试验的O形圈和密封材料,以在低温下保持足够的灵活性。

在寒冷条件下使用的钢瓶可能面临与阀门相同的休眠挑战,长时间接触的表面可能会出现粘滑问题。为了对抗摩擦和消除休眠,先进型号在装配过程中可使用精心挑选的低温润滑剂进行永久润滑。此外,对于关键的动态部件,如连杆和活塞密封件,创新制造商可能会采用特殊结构,如弹簧激励唇形密封件。

当考虑在低温环境下使用产品时,用户必须向潜在供应商询问性能问题,如灵活性和休眠。他们还必须评估每个供应商的声誉和可靠性记录。

2.认证和合规
在-40°F(-40°C)温度下,给定阀门能否在您的应用中提供始终如一的安全可靠性能?例如表1显示了通用和安全截止阀的类似UL和CSA测试要求。这两个机构都包括耐久性、阀座泄漏和外部泄漏测试。

除了按照这些最低机构标准进行测试外,供应商还可以继续进行机构不要求的其他测试。例如,他们可能会执行数万个额外的耐久性测试周期。进一步的热试验可包括在高、低环境温度以及饱和条件下的循环,其中阀门温度和通过阀门的空气介质均在-40°F(-40°C)下保持较长时间,以最佳模拟真实操作条件。

特别是当您的组织正在考虑一种新产品或一种来自您以前很少接触过的供应商的产品时,用户体验表明,适当的认证(或缺乏认证)应在您的采购决策中发挥重要作用。

3.提供的广度和深度
许多用户报告说,他们强烈倾向于将供应商的选择限制在提供尽可能广泛的低温产品选择的组织。毕竟,这样的一站式商店为忙碌的规划者和用户提供了省时的便利。只有一个来源需要指定,一个联系人需要呼叫,一个解决方案需要保留在库存中。

事实上,为了整合库存或满足全球规格,一些全球公司从单一来源指定某些低环境温度阀门,并将其专门用于特定应用,即使在较温暖的地区。

拥有广泛阀门的供应商也最有可能采用最新技术。这些可能包括在寒冷条件下确保完整性的弹性体化合物,或用于远程位置的新节能方法(见下一节)。一些供应商甚至推动阀门技术的外部限制,提供额定工作温度低于-40°F(-40°C)的型号。

4.低温低功耗
在对阀门和其他在低温下工作的装置提出要求的同时,对同样在低功率下工作的装置也提出了类似的要求。用户可能只是喜欢降低能源成本。更重要的是,在偏远地区,如石油和天然气输送管道或开采现场,传统阀门可能需要伴热或保护。这些和其他电力需求通常需要更大、更昂贵的电源,如电池充电系统或太阳能电池板。

因此,一些供应商提供的型号既符合低温标准,也符合低功率标准。

除了始终消耗尽可能少的电流的装置外,一些较新型号还采用峰值保持技术,通常仅在开启时消耗11瓦(W),然后仅在0.5瓦或1瓦时保持开启状态。任何为低功率而优化的阀门都可以使用户指定更小的电池组,或者在没有阳光的情况下运行更长的时间,或者仅仅确保备用发电机或电池的耗电更少。

然而,对于许多阀门制造商而言,低功率和低环境温度要求的交叉点可能只包括少数专用型号。为了便于订购和储存,请寻找具有更广泛解决方案的供应商。

5.服务与支持
为低环境温度阀门选择合适的气源通常不仅仅是硬件。找到一个具备所需可用性和支持计划的合作伙伴同样重要。

首先,寻找清晰易用的目录和订购材料。支持组织良好、可即时访问的配置和在线订购的供应商。一些供应商允许用户将2D图纸和3D模型直接下载到CAD软件中;这对OEM设计师来说非常有利。

探索响应性问题。阀门代表和内政部技术支持专家是否通过电话、电子邮件和聊天服务及时回答问题?他们是否展示了您特定行业或应用中的低温问题知识?如果您是全球组织的一部分,阀门制造商是否为您的公司提供强大的全球支持?在可能的情况下,询问分销商与特定阀门制造商的关系。

也许最关键的是考虑可用性。当您需要特定的流体自动化设备时,您通常现在就需要它。不幸的是,许多用户表示,近年来,可用性已成为一些低温阀门和钢瓶制造商的关键弱点。

确保您最终选择的供应商能够提供方便的本地库存和快速交货,最好是通过发布高准时交货率的快速装运计划。

结论
选择在低温环境下使用的流体自动化设备存在一些困难的挑战。用户、设计人员和其他指定人员必须密切关注可靠性、测试和法规遵从性、选择的多样性、低功耗功能和支持等关键问题。其结果将是在未来几年内,在世界较冷的角落提供可靠性能的解决方案。

关于作者:Bob Cadwell是ASCO的业务开发经理。联系他信息-valve@asco.com.

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