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设计一种在低温，高压和液化天然气（LNG）和压缩天然气（CNG）的热循环中始终如一的阀门是一项艰巨的任务。但是，选择正确的密封件可以使其变得容易得多。
本文探讨了密封件选择和LNG / CNG阀门性能之间的关系以及重要的设计标准，例如材料选择，密封件唇缘几何形状和激励力。这里有一些避免常见的密封错误的方法，这些错误会浪费操作时间，金钱和市场份额，另外还有一种新的“混合”技术，该技术有可能显着延长阀门的使用寿命。
几十年来，所有类型的阀门在整个能源行业的产品运动中都发挥了关键作用。它们被认为在LNG和CNG作业中特别重要，因为它们可促进加工，液化，装载和运输阶段的流动。在苛刻的服务条件下，阀门应能长时间连续运行，并具有很高的一致性和可靠性，并且它们的故障会给人员和设备带来极大的危险，并降低生产率和利润。
在LNG / CNG操作中，阀门经常会遇到-320 F（-196 C）以下的温度和750磅/平方英寸（psi）以上的压力。它们还经受称为“热循环”的温度周期性变化，这可能导致硬件膨胀以及收缩和材料应力。这些因素使可靠的长期阀门操作成为工程挑战。
很少有组件比密封件对阀门性能的影响更大。它的工作是防止由于阀门硬件的磨损和公差变化而引起的泄漏，并且与硬件一样，它也要经受严酷的低温服务“冻结和挤压”条件（即，Shell Spec MESC SPE 77- 300和MSS SP-134-2006）。密封失效通常是由收缩引起的，这会导致泄漏路径也就不足为奇了。
在低于-150°C的温度下，典型的聚合物密封件的收缩率大约是其密封所用金属硬件的10倍。此外，它们的物理性能会发生巨大变化，拉伸模量可增加4到7倍，屈服强度可增加5到8倍，伸长率最多可降低50倍。所有这些使得密封唇难以通电，并且密封件的护套材料几乎不可能适应表面不平整。
有这么多变量，看来由聚合物制成的密封件对于低温阀来说并不是最佳选择。但是，通过正确的材料配方和设计，它们实际上可以提供比其他技术（例如金属密封，弹性体密封和填料）更好的密封服务，尤其是在动态应用中。实际上，正确的聚合物密封件实际上可以帮助工程师实现阀门性能的新水平。
设计低温阀密封件时要考虑的主要领域是几何形状。通常，建议在密封件的外径上使用细唇以最大程度地提高灵活性，而较长的唇设计可以帮助增加密封面积。可以使用锁紧环元件以最大程度地减少收缩的影响并防止密封件从硬件上拉开。
材料是阀门密封件的基础，选择理想的配方至关重要。建议将填充有各种聚合物（例如聚酰亚胺和超高分子量聚乙烯（UHMWPE）材料）的聚四氟乙烯（PTFE）用于密封外套，因为它们具有化学相容性，低摩擦，耐磨性和耐挤出性。它们在广泛的温度范围内也显示出良好的密封效果。
有效阀密封件的核心是弹簧增能器，该弹簧增能器在护套上施加近乎恒定的力以促进有效密封甚至磨损。不管是倾斜螺旋弹簧，闭合螺旋倾斜螺旋弹簧还是螺旋带状弹簧，激励器都应与预期会遇到的介质化学兼容，耐腐蚀并能够提供坚固但可测量的偏转力。
弹簧加力的密封件将受益于密封套材料的低摩擦性能，其弹簧所施加的力将有助于防止塑料环收缩。相同的力确保塑料环即使在最低温度下也能保持紧密的一致性，以防止硬件中的任何不规则或公差变化。弹性密封件或填料无法提供相同的好处，因为它们易于出现不均匀的磨损和压缩永久变形。金属密封对于动态工况而言是较差的选择，因为金属间的摩擦对密封无效。
低温阀密封的新兴研究领域之一是混合动力密封。这项技术将利用两种常见激励器的最理想的物理特性，来克服在低温条件下密封的独特挑战。在传统的密封件中增加激励力可有效减少泄漏，但只能降低到一定程度。在低温环境中通常需要相当大的力，而太大的力会带来负面影响。当前正在开发的混合激励器允许密封件在密封唇上施加极高的力，从而在不损坏密封唇的情况下以高挠度和高分配载荷实现更紧密的密封。密封件可以在高压和低温条件下保持接触，从而抵消收缩和硬件变化的影响。
混合动力密封件的初步测试表明，它比传统的低温密封解决方案有所改进，并且密封件始终超过了行业标准。
高效，可靠的阀门性能对于任何LNG / CNG操作的成功都至关重要，并且密封件在保持阀门正常运行中起着核心作用。但是，苛刻的服务条件使他们的工作变得困难。
通过定制设计的密封件，阀门设计者可以调整密封件的特性（唇形，外套材料配方和激励力），从而有助于满足压力和温度要求，并延长使用寿命。与定制密封件制造商合作的设计人员和原始设备制造商（OEM）可以访问有关设定新标准的新兴解决方案的信息，例如混合动力密封件。
