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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(yùn)輸過程中的工藝閥門作為系統(tǒng)切斷的保障，對(duì)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(diǎn)，LNG運(yùn)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(gè)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(yùn)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(xiǎn)。
在LNG泄漏時(shí)，如果天然氣的體積濃度達(dá)到 5%～15%時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)。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(duì)于LNG運(yùn)輸過程中的工藝閥門來說，采用沒有泄漏點(diǎn)的焊接連接型式，更加有利于LNG系統(tǒng)的安全運(yùn)行。焊接型式的閥門設(shè)計(jì)，同時(shí)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(dòng)的閥門。根據(jù)閥瓣的這種移動(dòng)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(duì)較短，而且具有非?？煽康那袛喙δ埽钟捎陂y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(duì)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(duì)較短，并具有非?？煽康那袛鄤?dòng)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(shí)無需把整個(gè)閥門從管線上拆下來，這對(duì)于閥門和管線焊接成一體的場(chǎng)合是很適用的。介質(zhì)通過此類閥門時(shí)的流動(dòng)方向發(fā)生了變化，因此截止閥的流動(dòng)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(diǎn)

低溫焊接截止閥是一種專為低溫環(huán)境設(shè)計(jì)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(duì)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(hào),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(jì)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(diǎn)
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(qiáng):由于其特殊的設(shè)計(jì)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(yùn)行。
適用于小流量、高壓力場(chǎng)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(diǎn)，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(xiǎn)，盡量避免分體式閥門的使用。此點(diǎn)在EN1473中也有同樣的要求。在使用整體式閥門的同時(shí)，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(xiàng)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(jì)時(shí)應(yīng)做到，不僅考慮閥座處的密封設(shè)計(jì)，同時(shí)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(diǎn)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(duì)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(shí)，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(huì)產(chǎn)生很嚴(yán)重的危害，閥桿飛出進(jìn)而會(huì)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(shí)，應(yīng)為對(duì)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(xiàng)目中，往往設(shè)計(jì)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(duì)兩個(gè)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(jì)中需要作為一個(gè)重點(diǎn)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(huì)影響加長閥蓋的溫度場(chǎng)，因此在閥門設(shè)計(jì)時(shí)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(duì)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(shí)，能夠自身加強(qiáng)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(huì)產(chǎn)生冷流，金屬支撐對(duì)軟密封起到一定的保護(hù)作用，尤其對(duì)于高壓閥門，應(yīng)在閥座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)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(duì)閥門的逸散性進(jìn)行監(jiān)控，如果有大量LNG或者NG溢出時(shí)，需要立即采取措施。逸散性的級(jí)別一般采用ISO 15848-1B級(jí),閥門應(yīng)具有此級(jí)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(yàn)，試驗(yàn)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(qiáng)度和密封比壓分析
閥座與球體的強(qiáng)度關(guān)乎整個(gè)閥門的密封性能，一般用于LNG儲(chǔ)運(yùn)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(shí)模擬零件處于密封試驗(yàn)壓力狀態(tài)下，各承壓區(qū)域按設(shè)計(jì)壓力的1.1倍進(jìn)行計(jì)算（按ASME Ⅷ-2 AD-151.1）。從分析結(jié)果驗(yàn)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(diǎn)

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(shí)閥瓣與閥體密封面之間無相對(duì)滑動(dòng)，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(shí)，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(fèi)力，啟閉時(shí)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(dòng)力消耗大。

6. 介質(zhì)流動(dòng)方向 公稱壓力PN≤16MPa時(shí)，一般采用順流，介質(zhì)從閥瓣下方向上流；公稱壓力PN≥20MPa時(shí)，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(shí)，截止閥介質(zhì)只能單方向流動(dòng)，不能改變流動(dòng)方向。

7. 全開時(shí)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(yàn)

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(yùn)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(qiáng)度、密封比壓等方面的設(shè)計(jì)也有特殊要求。這些結(jié)構(gòu)和材料方面的要求和特點(diǎn)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(yùn)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(shí)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(diǎn)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(shí),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(diǎn),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(duì)于保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。