LNG石化超低溫球閥設計探討

LNG接收站的現代化工藝技術和國內外發展趨勢,同時提出了LNG接收站超低溫球閥的設計難點.通過CFD計算流體力學軟件,模擬對超低溫下閥門的核心零部件,進行了詳細分析確定了超低球閥核心零部件的理論數據,為實現閥門的整體性能奠定了堅實基礎. 近幾年，隨著石油化工的發展，特別是液化天然氣(LNG)的廣泛應用，對超低溫工況下應用的閥門的要求也越來越高。根據相關工程設計及工藝操作安全的要求，國內外各閥門供應商一直在進行對超低溫球閥在不同部位的結構設計方面的研究，并對結構設計進行相應的改進。筆者結合在液化天然氣生產的工程設計實踐經驗，介紹超低溫球閥的主要結構設計特點、低溫試驗及安裝的注意事項，以便為工程設計中類似介質的超低溫閥門的選用提供參考。

LNG石化超低溫球閥設計探討

    石化行業中對低溫閥門的定義是按照輸送介質的設計溫度來定義的，一般將應用在介質溫度-40℃以下的閥門稱作低溫閥，應用在介質溫度-101℃以下的閥門稱作超低溫閥門。
    超低溫球閥主要應用于液化天然氣、液化石油氣以及空分行業的裝置上，輸出的液態低溫介質有：液氧、液氫、液化天然氣、液化石油產品等。這些介質不但易燃易爆，而且在升溫或者閃蒸時會發生氣化，氣化時體積急劇膨脹，如果輸送這些流體的閥門中有密閉閥腔且結構設計不合理，則會造成閥腔超壓，從而導致介質泄漏，甚至閥門開裂造成事故。

LNG石化超低溫球閥設計探討主要結構的設計特點:
    超低溫球閥因其使用介質和使用環境的特殊性，在結構設計上有著與其他種類閥門顯著不同的特點。

加長閥蓋設計設計：
    低溫閥門的閥蓋均采用加長閥蓋的設計。加長閥蓋的設計要使閥門操作手柄和填料安裝位置遠離低溫區，既可以避免介質的低溫導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，保證填料不會受到霜凍的侵害而導致填料斷裂失效。另外，由于一般超低溫閥門保冷層會比較厚，加長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，無須損壞保冷層。

LNG石化超低溫球閥設計探討

低溫冷凍控制--
進口超低溫球閥以*的加長型閥桿為基礎點，可讓低溫液態氣體在加長閥桿套內直接氣化，防止低溫液態氣體接觸填料零件造成損壞，進而影響球閥的操作與密封性。此設計與一般加長中軸不同的是：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，保證閥門的正常運作性。同時，也可減少閥桿的熱泄漏，在管線與操作手柄（或者自動化執行器）上提供了隔絕熱的空間，保證密封完好。
結構特點--
位于閥腔內鋼球上游端的泄壓孔提供安全使用環境，低溫球閥采用“無收集腔設計”，可避免溫度升高造成流體膨脹，引起球腔內的壓力增加。當球腔壓力因溫度升高而增加時，球腔內流體（常為液化氣體）藉由上游端的泄壓孔排放超過壓力標準的壓力，減少球腔內的壓力。此設計*符合冷凍低溫閥門測試標準 BS 6364 所要求之設計，防止球腔壓力過大，發生相變產生的爆炸。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）材質閥座，可耐超低溫度。此材質與聚四氟乙烯相比，PCTFE 的機械強度、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。同時加工時的環境也有高度要求，不可有污染。在低溫狀況下，PCTFE及其他墊圈密封材質發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，在執行器選型上需要做的的搭配。
LNG石化超低溫球閥設計探討用途--
在氣體液化應用控制領域,低溫球閥因應各種不同低溫流體的需求,可被用于廣泛的領域：空分設備、液化天然氣儲存及運輸設備、液態氧、氣態氧（煉鋼）、及低溫氮氣氬氣的應用。具有流量大、關閉緊密高、使用壽命長及方便維修等特點。

LNG石化超低溫球閥設計探討

本實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構,球體設于閥體內,閥體對應球體兩側分別設有介質進道與介質出道,閥座包括進口閥座和出口閥座,進口閥座設于球體的一側并與介質進道對應,出口閥座設于球體的另一側并與介質出道對應,閥桿的下端徑向的穿過閥體,并與球體聯動連接,閥桿的上端與操作機構聯動設置,閥桿外設有閥蓋;閥體與進口閥座之間設有進口密封裝置,閥體與出口閥座之間設有出口密封裝置;閥蓋上端與閥桿之間設有閥桿密封結構,閥蓋下端與閥體固定連接.在超低溫工況下,閥門逸散性能達到ISO15848-1及API622規定的標準要求,閥門的密封性能好,啟閉力矩低,使用壽命長.