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LNG低溫液化天然氣截止閥優(yōu)化改進(jìn)方案

在LNG運輸過程中的工藝閥門作為系統(tǒng)切斷的保障，對LNG的輸送過程的安全性起著重要的作用。為適應(yīng)LNG輸送的特點，LNG運輸過程中的工藝閥門須具有一些特殊結(jié)構(gòu)。低溫焊接截止閥廣泛應(yīng)用于石油化工、天然氣、液化天然氣(LNG)、制冷等領(lǐng)域,特別是在需要處理低溫介質(zhì)的管路系統(tǒng)中,發(fā)揮著重要的作用。

2LNG低溫液化天然氣截止閥優(yōu)化改進(jìn)方案工作介質(zhì)特性
工作介質(zhì)為液化天然氣（LNG），是一種烴類混合物，主要成分是甲烷，含有少量乙烷、丙烷、氮等組分。0℃和1個大氣壓下，單位體積的LNG氣化后的體積接近于液相體積的600倍。正是基于液化天然氣的特性，LNG運輸過程中的工藝閥門要求考慮封閉空間的自泄壓結(jié)構(gòu)，以避免氣化過程中出現(xiàn)超壓危險。
在LNG泄漏時，如果天然氣的體積濃度達(dá)到 5%～15%時，就會產(chǎn)生爆炸危險。在受限制的區(qū)域(如密集的設(shè)備和建筑物)，可以產(chǎn)生較高的壓力,進(jìn)而引起嚴(yán)重的不良后果。因此對于LNG運輸過程中的工藝閥門來說，采用沒有泄漏點的焊接連接型式，更加有利于LNG系統(tǒng)的安全運行。焊接型式的閥門設(shè)計，同時需要考慮在線維護(hù)的需求。低溫焊接截止閥是指關(guān)閉件（閥瓣）沿閥座中心線移動的閥門。根據(jù)閥瓣的這種移動形式，閥座通口的變化是與閥瓣行程成正比例關(guān)系。由于該類閥門的閥桿開啟或關(guān)閉行程相對較短，而且具有非?？煽康那袛喙δ?，又由于閥座通口的變化與閥瓣的行程成正比例關(guān)系，非常適合于對流量的調(diào)節(jié)。因此，這種類型的閥門非常適合作為切斷或調(diào)節(jié)以及節(jié)流使用。

LNG低溫液化天然氣截止閥優(yōu)化改進(jìn)方案工作原理：
低溫焊接截止閥的閥桿軸線與閥座密封面垂直。閥桿開啟或關(guān)閉行程相對較短，并具有非常可靠的切斷動作，使得這種閥門非常適合作為介質(zhì)的切斷或調(diào)節(jié)及節(jié)流使用。低溫截止閥一旦處于開啟狀態(tài)，它的閥座和閥瓣密封面之間就不再有接觸，因而它的密封面機(jī)械磨損較小，由于大部分截止閥的閥座和閥瓣比較容易修理或更換密封元件時無需把整個閥門從管線上拆下來，這對于閥門和管線焊接成一體的場合是很適用的。介質(zhì)通過此類閥門時的流動方向發(fā)生了變化，因此截止閥的流動阻力較高于其它閥門。

LNG低溫液化天然氣截止閥優(yōu)化改進(jìn)方案低溫焊接截止閥性能規(guī)范：

低溫焊接截止閥零件材料：

LNG低溫液化天然氣截止閥優(yōu)化改進(jìn)方案外形結(jié)構(gòu)圖：

LNG低溫液化天然氣截止閥優(yōu)化改進(jìn)方案連接尺寸：

3LNG低溫液化天然氣截止閥優(yōu)化改進(jìn)方案結(jié)構(gòu)特點

低溫焊接截止閥是一種專為低溫環(huán)境設(shè)計的閥門,它采用焊接連接方式,適用于低溫介質(zhì)的管路系統(tǒng)。以下是對該閥門的詳細(xì)介紹:

LNG低溫液化天然氣截止閥優(yōu)化改進(jìn)方案技術(shù)參數(shù)
公稱通徑:根據(jù)具體型號,公稱通徑可以在一定范圍內(nèi)選擇,以滿足不同管徑的需求。
公稱壓力:通常具有較高的公稱壓力,以適應(yīng)低溫環(huán)境下的工作壓力要求。
設(shè)計溫度:適用于-196℃至+80℃的溫度范圍,特別適用于液化天然氣(LNG)等低溫介質(zhì)。
連接方式:采用焊接連接方式,確保閥門與管道的密封性和穩(wěn)定性。

LNG低溫液化天然氣截止閥優(yōu)化改進(jìn)方案主要特點
密封性良好:閥門采用特殊的密封結(jié)構(gòu)和材料,確保在低溫環(huán)境下仍能保持良好的密封性能,有效防止介質(zhì)泄漏。
使用壽命長:閥門的主要部件采用耐低溫、耐腐蝕的 材料制成,經(jīng)過精密加工和嚴(yán)格的質(zhì)量控制,具有較長的使用壽命。
承受壓力能力強:由于其特殊的設(shè)計和材料選擇,進(jìn)口低溫焊接截止閥能夠承受比其他類型閥門更大的壓力,確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
適用于小流量、高壓力場合:由于其良好的密封性和耐壓性能,該閥門特別適用于較小流量、較高壓力的氣體或液體介質(zhì)的密封。

LNG低溫液化天然氣截止閥優(yōu)化改進(jìn)方案

（1）整體式閥體
閥門宜采用整體式閥體，上裝式閥門的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足在線維修的要求。目的在于減少液化天然氣管道系統(tǒng)的泄漏點，考慮到管線在低溫下的收縮和管道內(nèi)介質(zhì)的泄漏風(fēng)險，盡量避免分體式閥門的使用。此點在EN1473中也有同樣的要求。在使用整體式閥門的同時，考慮到閥門的維修方便，提出使用上裝式閥門（top-entry）結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿足在線維修的要求，如在液化天然氣接收站項目中大量使用的球閥，使用上裝式結(jié)構(gòu)，應(yīng)在閥座密封結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)做到，不僅考慮閥座處的密封設(shè)計，同時考慮閥座結(jié)構(gòu)應(yīng)具有可拆卸維修的功能。
（2）上密封結(jié)構(gòu)
閘閥和截止閥應(yīng)具有上密封結(jié)構(gòu)，上密封應(yīng)位于閥蓋加長頸靠近填料函的下部。此點在BS6364中也有明確的要求。
（3）閥腔泄壓結(jié)構(gòu)

雙向密封的球閥應(yīng)有閥腔泄壓結(jié)構(gòu)，基于LNG氣化產(chǎn)生的600倍的體積膨脹，閥門須具備泄壓結(jié)構(gòu)。泄壓結(jié)構(gòu)主要有兩種：一種是開孔結(jié)構(gòu)，比如閥球開孔、閥板開孔或者閥座開孔，經(jīng)常在小口徑閥門上使用；另外一種是閥門的自泄壓閥座結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)稱為雙向隔離可泄放型DIB-2結(jié)構(gòu)。對有泄壓方向要求的閥門，如果采用泄壓結(jié)構(gòu)，應(yīng)在閥體上進(jìn)行標(biāo)識，明確閥門的泄放側(cè)。

（4）閥桿防吹出結(jié)構(gòu)
閥門的閥桿應(yīng)具有防吹出結(jié)構(gòu)，閥門的閥桿如果飛出，會產(chǎn)生很嚴(yán)重的危害，閥桿飛出進(jìn)而會產(chǎn)生撞擊和泄漏爆炸。
（5）焊接結(jié)構(gòu)
閥門承壓件采用焊接結(jié)構(gòu)時，應(yīng)為對焊連接型式。因此需要考慮材料的焊接性能及低溫下焊縫的可靠性。在工程項目中，往往設(shè)計成雙證材料也有焊接方面的考慮。
（6）高度要求
基于LNG的超低溫工作工況，國標(biāo)51257對兩個重要的高度進(jìn)行了規(guī)定，即閥蓋加長頸的高度和滴盤的參考高度，此高度在具體閥門設(shè)計中需要作為一個重點予以考慮。
除此之外，閥蓋加長還需要考慮閥門在保冷情況下的表現(xiàn)，保冷高度的變化會影響加長閥蓋的溫度場，因此在閥門設(shè)計時需要考慮保冷的最高高度，并應(yīng)標(biāo)注在閥門的閥蓋位置，通常閥門滴盤的位置就是閥門保冷的最高位置。
國標(biāo)51257對閥門的加長閥蓋進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定，并在規(guī)定中引用了JB/T 12621《液化天然氣閥門技術(shù)條件》 關(guān)于加長高度的要求。
（7）超低溫密封結(jié)構(gòu)
LNG輸送在-196℃超低溫工況下，密封結(jié)構(gòu)多采用lip-seal泛塞唇形密封（見圖3），此種密封由內(nèi)部彈簧和外部唇圈組成。
具有自密封效果，即在內(nèi)部壓力提升時，能夠自身加強密封比壓，形成可靠的密封。
軟密封材料多為KEL-F(PCTFE)、VESPEL等具有抗冷流性能的高分子材料，此種材料在深冷（-196℃）下性能穩(wěn)定，不會產(chǎn)生冷流，金屬支撐對軟密封起到一定的保護(hù)作用，尤其對于高壓閥門，應(yīng)在閥座結(jié)構(gòu)設(shè)計時給予考慮。
（8）閥門逸散性要求
LNG用閥門需要滿足逸散性要求，在有條件的情況下，應(yīng)對閥門的逸散性進(jìn)行監(jiān)控，如果有大量LNG或者NG溢出時，需要立即采取措施。逸散性的級別一般采用ISO 15848-1B級,閥門應(yīng)具有此級別的認(rèn)證，而且產(chǎn)品需要按照ISO 15848-2[10]的規(guī)程進(jìn)行出廠檢驗，試驗介質(zhì)使用氦氣，填料密封處的泄漏量需要控制在100ppm以下，方能出廠使用。
（9） 閥門防火結(jié)構(gòu)
閥門的防火要求應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。如球閥應(yīng)滿足API607[11]的要求；閘閥、截止閥應(yīng)滿足API6FA[12]的要求；止回閥應(yīng)滿足API6FD[13]的要求，閥門一般需要取得相應(yīng)的防火認(rèn)證后方能在液化天然氣系統(tǒng)上使用。
（10）強度和密封比壓分析
閥座與球體的強度關(guān)乎整個閥門的密封性能，一般用于LNG儲運的低溫鍛造材質(zhì)選擇為ASTM A182 304/304L[14]，大口徑鑄件低溫材質(zhì)選擇為ASTM A351 CF3/CF8。在超低溫工況下，低溫材料需要考慮馬氏體導(dǎo)致的尺寸變化與材料脆化，鐵素體含量過高導(dǎo)致的低溫脆性，低溫下各部件或非金屬夾雜物與基體間膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致的變形或應(yīng)力。在密封狀態(tài)下，其密封區(qū)域的應(yīng)變應(yīng)嚴(yán)格控制在允許范圍內(nèi)。一般要求采用有限元分析的方法確定密封副的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)（如圖4~圖6）。為保證閥門的密封可靠性，分析時模擬零件處于密封試驗壓力狀態(tài)下，各承壓區(qū)域按設(shè)計壓力的1.1倍進(jìn)行計算（按ASME Ⅷ-2 AD-151.1）。從分析結(jié)果驗證：球體、閥座在密封壓力作用下密封面的吻合程度；密封比壓是否足夠；其應(yīng)力是否在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許范圍內(nèi)。

LNG低溫液化天然氣截止閥優(yōu)化改進(jìn)方案特點

1. 結(jié)構(gòu)比簡單，制造與維修都較方便。

2. 密封面不易磨損及擦傷，密封性好，啟閉時閥瓣與閥體密封面之間無相對滑動，因而磨損與擦傷均不嚴(yán)重，密封性能好，使用壽命長。

3. 啟閉時，閥瓣行程小，因而截止閥高度比閘閥小，但結(jié)構(gòu)長度比閘閥長。

4. 啟閉力矩大、啟閉較費力，啟閉時間較長。

5. 流體阻力大，因閥體內(nèi)介質(zhì)通道較曲折，流體阻力大，動力消耗大。

6. 介質(zhì)流動方向 公稱壓力PN≤16MPa時，一般采用順流，介質(zhì)從閥瓣下方向上流；公稱壓力PN≥20MPa時，一般采用逆流，介質(zhì)從閥瓣上方向下流．以增加密封件能。使用時，截止閥介質(zhì)只能單方向流動，不能改變流動方向。

7. 全開時閥瓣經(jīng)常受沖蝕。

8. 

LNG低溫液化天然氣截止閥優(yōu)化改進(jìn)方案執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

LNG低溫液化天然氣截止閥優(yōu)化改進(jìn)方案壓力試驗

LNG低溫液化天然氣截止閥優(yōu)化改進(jìn)方案主要零件材料及性能

LNG低溫液化天然氣截止閥優(yōu)化改進(jìn)方案規(guī)格主要尺寸

4LNG低溫液化天然氣截止閥優(yōu)化改進(jìn)方案結(jié)語

LNG運輸過程中的工藝閥門需要具有加長閥蓋、自卸壓閥座、閥桿防吹出、唇形密封、閥門防火等特殊結(jié)構(gòu)，在閥門材料強度、密封比壓等方面的設(shè)計也有特殊要求。這些結(jié)構(gòu)和材料方面的要求和特點與LNG的特性相匹配，為工藝介質(zhì)的安全切斷提供必要條件，為LNG運輸過程的安全性和穩(wěn)定性提供保障。
在選型過程中,需要根據(jù)實際使用環(huán)境和流體特性選擇合適的進(jìn)口低溫焊接截止閥。重點考慮介質(zhì)的溫度、壓力、化學(xué)性質(zhì)以及管道系統(tǒng)的連接方式等因素。同時,還需注意閥門的材質(zhì)、密封結(jié)構(gòu)以及操作方式等因素,以確保閥門的適用性、安全性和可靠性。
總的來說,進(jìn)口低溫焊接截止閥以其良好的密封性、耐低溫性能以及承受壓力能力等優(yōu)點,在低溫介質(zhì)管路系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。正確選型和合理使用該類閥門,對于保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。