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LNG石化超低溫球閥設(shè)計(jì)探討

LNG接收站的現(xiàn)代化工藝技術(shù)和國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì),同時(shí)提出了LNG接收站超低溫球閥的設(shè)計(jì)難點(diǎn).通過(guò)CFD計(jì)算流體力學(xué)軟件,模擬對(duì)超低溫下閥門的核心零部件,進(jìn)行了詳細(xì)分析確定了超低球閥核心零部件的理論數(shù)據(jù),為實(shí)現(xiàn)閥門的整體性能奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ). 近幾年，隨著石油化工的發(fā)展，特別是液化天然氣(LNG)的廣泛應(yīng)用，對(duì)超低溫工況下應(yīng)用的閥門的要求也越來(lái)越高。根據(jù)相關(guān)工程設(shè)計(jì)及工藝操作安全的要求，國(guó)內(nèi)外各閥門供應(yīng)商一直在進(jìn)行對(duì)超低溫球閥在不同部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的研究，并對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。筆者結(jié)合在液化天然氣生產(chǎn)的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹超低溫球閥的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)、低溫試驗(yàn)及安裝的注意事項(xiàng)，以便為工程設(shè)計(jì)中類似介質(zhì)的超低溫閥門的選用提供參考。

LNG石化超低溫球閥設(shè)計(jì)探討

    石化行業(yè)中對(duì)低溫閥門的定義是按照輸送介質(zhì)的設(shè)計(jì)溫度來(lái)定義的，一般將應(yīng)用在介質(zhì)溫度-40℃以下的閥門稱作低溫閥，應(yīng)用在介質(zhì)溫度-101℃以下的閥門稱作超低溫閥門。
    超低溫球閥主要應(yīng)用于液化天然氣、液化石油氣以及空分行業(yè)的裝置上，輸出的液態(tài)低溫介質(zhì)有：液氧、液氫、液化天然氣、液化石油產(chǎn)品等。這些介質(zhì)不但易燃易爆，而且在升溫或者閃蒸時(shí)會(huì)發(fā)生氣化，氣化時(shí)體積急劇膨脹，如果輸送這些流體的閥門中有密閉閥腔且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，則會(huì)造成閥腔超壓，從而導(dǎo)致介質(zhì)泄漏，甚至閥門開(kāi)裂造成事故。

LNG石化超低溫球閥設(shè)計(jì)探討主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn):
    超低溫球閥因其使用介質(zhì)和使用環(huán)境的特殊性，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有著與其他種類閥門顯著不同的特點(diǎn)。

加長(zhǎng)閥蓋設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)：
    低溫閥門的閥蓋均采用加長(zhǎng)閥蓋的設(shè)計(jì)。加長(zhǎng)閥蓋的設(shè)計(jì)要使閥門操作手柄和填料安裝位置遠(yuǎn)離低溫區(qū)，既可以避免介質(zhì)的低溫導(dǎo)致閥門操作者的冷灼傷，也可以使閥門的填料在正常的溫度下工作，保證填料不會(huì)受到霜凍的侵害而導(dǎo)致填料斷裂失效。另外，由于一般超低溫閥門保冷層會(huì)比較厚，加長(zhǎng)的閥蓋也保證了保冷施工的空間，并使填料壓蓋位于保冷層外，添加填料及緊固壓蓋螺栓時(shí)，無(wú)須損壞保冷層。

LNG石化超低溫球閥設(shè)計(jì)探討

低溫冷凍控制--
進(jìn)口超低溫球閥以*的加長(zhǎng)型閥桿為基礎(chǔ)點(diǎn)，可讓低溫液態(tài)氣體在加長(zhǎng)閥桿套內(nèi)直接氣化，防止低溫液態(tài)氣體接觸填料零件造成損壞，進(jìn)而影響球閥的操作與密封性。此設(shè)計(jì)與一般加長(zhǎng)中軸不同的是：閥桿密封圈、閥桿填料等零件被移至閥桿頂部，不直接接觸低溫流體，保證閥門的正常運(yùn)作性。同時(shí)，也可減少閥桿的熱泄漏，在管線與操作手柄（或者自動(dòng)化執(zhí)行器）上提供了隔絕熱的空間，保證密封完好。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)--
位于閥腔內(nèi)鋼球上游端的泄壓孔提供安全使用環(huán)境，低溫球閥采用“無(wú)收集腔設(shè)計(jì)”，可避免溫度升高造成流體膨脹，引起球腔內(nèi)的壓力增加。當(dāng)球腔壓力因溫度升高而增加時(shí)，球腔內(nèi)流體（常為液化氣體）藉由上游端的泄壓孔排放超過(guò)壓力標(biāo)準(zhǔn)的壓力，減少球腔內(nèi)的壓力。此設(shè)計(jì)*符合冷凍低溫閥門測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) BS 6364 所要求之設(shè)計(jì)，防止球腔壓力過(guò)大，發(fā)生相變產(chǎn)生的爆炸。冷凍低溫球閥成為單方向使用，不可用于雙向之管道。
密封要求--
低溫球閥采用特殊PCTFE （聚三氟氯乙烯）材質(zhì)閥座，可耐超低溫度。此材質(zhì)與聚四氟乙烯相比，PCTFE 的機(jī)械強(qiáng)度、硬度均較好，而且薄膜的透明度高，透氣率低。加工尺寸需更與鋼球符合。同時(shí)加工時(shí)的環(huán)境也有高度要求，不可有污染。在低溫狀況下，PCTFE及其他墊圈密封材質(zhì)發(fā)生硬化與金屬的熱脹冷縮狀況一起，造成摩擦力提高及扭矩提升之狀況，在執(zhí)行器選型上需要做的的搭配。
LNG石化超低溫球閥設(shè)計(jì)探討用途--
在氣體液化應(yīng)用控制領(lǐng)域,低溫球閥因應(yīng)各種不同低溫流體的需求,可被用于廣泛的領(lǐng)域：空分設(shè)備、液化天然氣儲(chǔ)存及運(yùn)輸設(shè)備、液態(tài)氧、氣態(tài)氧（煉鋼）、及低溫氮?dú)鈿鍤獾膽?yīng)用。具有流量大、關(guān)閉緊密高、使用壽命長(zhǎng)及方便維修等特點(diǎn)。

LNG石化超低溫球閥設(shè)計(jì)探討

本實(shí)用新型涉及超低溫球閥,包括閥體,球體,閥座,閥桿以及用于控制閥桿的操作機(jī)構(gòu),球體設(shè)于閥體內(nèi),閥體對(duì)應(yīng)球體兩側(cè)分別設(shè)有介質(zhì)進(jìn)道與介質(zhì)出道,閥座包括進(jìn)口閥座和出口閥座,進(jìn)口閥座設(shè)于球體的一側(cè)并與介質(zhì)進(jìn)道對(duì)應(yīng),出口閥座設(shè)于球體的另一側(cè)并與介質(zhì)出道對(duì)應(yīng),閥桿的下端徑向的穿過(guò)閥體,并與球體聯(lián)動(dòng)連接,閥桿的上端與操作機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)設(shè)置,閥桿外設(shè)有閥蓋;閥體與進(jìn)口閥座之間設(shè)有進(jìn)口密封裝置,閥體與出口閥座之間設(shè)有出口密封裝置;閥蓋上端與閥桿之間設(shè)有閥桿密封結(jié)構(gòu),閥蓋下端與閥體固定連接.在超低溫工況下,閥門逸散性能達(dá)到ISO15848-1及API622規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求,閥門的密封性能好,啟閉力矩低,使用壽命長(zhǎng).