材料科学与测试事项：企业需要知道什么才能确保可靠的调压阀性能

Jon Kestner

随着任何行业要求的演变，必须调整产品组合，使产品性能与在任何应用（从普通应用到极端应用）中取得成功所需的性能相吻合。这种模式适用于流体系统领域（在这个领域，阀门、配件、调压阀和其他部件的性能界限不断被重新定义）。

世伟洛克认为，精密的设计和严格的测试是保证流体和气体系统组件在实际应用中在受压情况下工作的要素。测试不仅可以确保产品按预期工作，还可以帮助专家发现未直接评估的变量如何影响现场性能。特别是当在具有挑战性操作条件的环境中使用产品时，任何情况都不应被视为理所当然-否则会发生生产效率的下降甚至人员可能处于危险之中。

额定在零下温度环境中使用的调压阀是一个很好的组件例子，它需要接受全面测试以确认在极端条件下的性能。它们必须控制压力，同时对应用（在这些应用中，故障不仅会导致利润和财产损失，还会影响操作员的安全）中的系统变化做出反应。在低温威胁到关键部件功能的情况下，细致的调压阀工程设计和经过深思熟虑的基于实验室的分析决定了成败。

为何性能在低温调压阀应用中很重要

低温调压阀经常用于工业或大宗气体供应等应用中。调压阀用于在不同的流速下控制系统压力，如果它们失效，则可能导致严重的问题。流体或气体进入环境带来的损失可能是巨大的，但还会有更坏的情况。调压阀故障导致的压力损失也可能危及整体系统性能或造成严重的安全隐患。

世伟洛克认为，调压阀可能失效的一个关键原因是它无法承受应用（例如大宗气体供应）所固有的极端温度。气体供应减压系统经常安装在室外，通常安装在没有气候控制装置的环境中。因此，容器暴露在世界各地发现的极端温度环境（从赤道附近的高温环境到靠近极地的低温环境）。随着压力降低，气体温度下降会加剧低温环境的影响。对于大多数气体，气体压力的显著下降将导致显著的焦耳-汤姆逊冷却效应，导致能量转移发生时温度显著降低。这可能导致工业调压阀暴露于-40°C甚至更低的温度环境中。

这些寒冷条件可能影响调压阀性能，因为低温经常使弹性体部件变硬和收缩，进而导致泄漏或影响响应性。调压阀中的主要传感元件是弹性体隔膜或用弹性体O型圈密封的活塞。如果隔膜或活塞O型圈过于脆弱，它们会破裂并导致泄漏或变硬，从而影响调压阀对系统流量需求变化做出反应的能力。各种其他调压阀部件通常也由弹性体组成，包括提升阀芯密封的主阀座，高压和低压区域的分离，提升阀与阀体之间的动态密封，隔膜或活塞密封，以及阀体内有压力的静态密封。调压阀还包含非弹性聚合物，例如硬塑料座材料，其在极低温度下会变得很硬，从而难以或不可能进行密封。因此，调压阀本身就容易受到与低温相关的性能下降的影响。

为了尽可能降低昂贵或有害气体泄漏的风险，世伟洛克建议在设计专门针对这些低温应用的调压阀时，选择合适的材料至关重要。

寻找适合低温调压阀应用的产品

世伟洛克认为，材料选择在选择合适的调压阀方面发挥很大的作用，不仅因为大宗气体供应等应用中的组件需要具备耐低温性，而且因为并非每种弹性体材料都与每种化学品相容。例如，乙烯丙烯在低温下性能良好，但与烃不具有化学相容性，烃尤其可能存在于压缩天然气（CNG）和相关应用中。为了使材料在终端用途调压阀设置中有效，环境性能和耐化学性必须与应用相匹配。

无论选择何种材料，测试对于确认调压阀密封件在极低温度下的可靠性能至关重要。测试是确保调压阀阀座不会发生内部泄漏、不会因密封失效而发生壳体泄漏、并且调压阀将继续执行其设计的动态功能、不断自我调节以提供指定压力水平的唯一方法。

从低温测试的角度看

并非所有温度测试方法都具有同等的适用性。没有单一的行业认可的低温性能标准测试，因此设备测试的全面性存在很大差异。美国机械工程师协会（ASME）和美国国家标准协会（ANSI）确立了可以采用的低温测试，美国石油协会（API）等更专业的机构也有自己的测试方法。这些测试通常是针对具有特殊要求的特定应用而设计的，其广泛程度不足以考虑采用流体系统产品的所有应用。

另一个复杂因素是由于在温暖设施中工作的固有限制而对极冷的温度进行全流量曲线分析的挑战。无论如何，都需要进行测试以确认调压阀正确地使气体流动，能够打开和关闭，能够保持密封，并且不会由于显著的温度变化而降低性能。

世伟洛克认为，需要一种定制的温度测试方法，以便知道低温调压阀在最极端条件下的额定性能。要了解它的样子，请考虑世伟洛克产品开发团队在分析最近发布的包含于寒冷条件下保持密封的部件的RHPS系列调压阀的低温版本的功能时所采取的步骤。

案例分析：设计低温调压阀的测试计划

标准RHPS系列工业调压阀目录包括大约900种产品变型，在建立测试方法之前，有必要找到合理评估它们的方法。每个特点都从静态性能的角度（确保任何密封件和O型圈适当地包含压力和密封以防止环境泄漏）和动态性能的角度（确保O型圈和围绕他们动态运动的隔膜保持理想性能）接受了测试。

工程团队研究了阀门和配件的现有标准低温测试。从室温到低温或高温的一系列温度循环是常见的做法。这适用于广泛应用的大多数产品，它确认密封件将起作用，阀门将启动，并且在多个温度循环过程中捕捉任何性能下降情形。

为了正确评估低温调压阀，特别扩展了测试以涵盖调压阀应用的所有功能需求。测试团队知道低温会降低性能，造成诸如阀门需要高驱动扭矩的情况或由于收缩而在低温下出现泄漏的情况。因此，测试计划旨在捕捉这些潜在问题，以便客户在现场部署产品时不会遇到恼人的意外情况。

通过成熟的测试方案，该团队对RHPS系列低温调压阀采用了热冷循环。极端低温和环境室温之间的温度发生波动以确保在循环期间发生的任何下降在单次温度下降期间可能未被注意到在随后的降至低温的温度下将是明显的。谨慎的方法确保产品能够在各种低温应用中按预期运行。

采用单独的程序进行背压和减压调压阀设计，确保所有产品都以适合其设计的方式接受测试。最后，为该公司开发了专门的工业调压阀低温循环测试，以及在极端条件下工作的产品系列。

在购买产品之前，请确保它们能够按要求运行

测试应该是任何研发过程的标准组成部分，但也不应该被视为理所当然。如上面的案例分析所示，需要格外小心以确保产品在极端温度下运行。温度额定值不能基于产品部件的总和；真实的实验室数据对于了解产品能否安全可靠地运行至关重要。仅仅将产品暴露在低温环境中也是不够的，世伟洛克认为，制造商必须采用精心设计的温度循环测试，以确保它能够保持稳定，并且没有任何不可预见的问题可能会影响现场性能。

如果企业需要帮助找到适合在应用中执行的正确组件，欢迎随时联系当地的世伟洛克销售和服务中心获取指导。如果对现有流体或气体系统的当前性能有任何疑问或在设计新系统时需要专家见解，请考虑利用世伟洛克评估和分析服务专业人员的知识进行现场检查，并提出有关流体系统性能改进的建议。