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LNG系列低温阀门介绍(一)

2019-09-03 13:05

LNG系列低温阀门介绍(一)
 
LNG系列阀门主要应用于-162℃天然气低温液化、LNG输运、LNG存储及LNG再气化等领域,包括LNG截止阀、LNG闸阀、LNG蝶阀、LNG止回阀、LNG球阀、LNG安全阀、LNG节流阀等系列阀门,均属带相变多相流低温高压过程控制装备,因液化工艺、贮运工艺不同,外形设计不同,用途也不同。
 
在传统的低温流体控制领域,成套工艺流程中常用的过程控制阀门数量众多,其中截止阀、闸阀、球阀为主要通断阀门之一,具有流动阻力小,可输送气液两相流,阀门不易堵塞,控制流量大等特点,而闸阀、球阀具有双向密封,双向通断,控制方便等特点,为成套工艺设备中不可缺少的主要设备,且一般都采用法兰或螺纹连接于管道中。由于传统的阀门存在控制密封面大,密封面多,存在盲区,易于泄漏等特点,不能应用于低温易燃易爆流体等领域,尤其-162℃ LNG领域。
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首先,以闸阀、球阀为例,传统的闸阀、球阀打开或关闭时都会形成双向密封,阀腔内都存在盲区。一般情况下LNG为低温饱和液体或气液两相流,盲区内的LNG在阀门打开或关闭后,由于存在环境热源,盲区内LNG迅速气化,温度迅速上升,压力迅速增大,导致上部多重密封及下部主密封面极易损坏,且阀门存在爆破等更严重的隐患。为解决这一问题,传统的低温闸阀、低温球阀用于LNG时,通过在阀体外增加管道,连接盲区至球阀出口段,导出低温流体,但这种方法导致盲区与阀门一端连通,损坏了闸阀、球阀主密封面双向密封、双向截止、双向控制的优势,闸阀、球阀只能使用一个主密封面,不能起到双向密封的作用。另外,由于管道两端的LNG均极易气化,9159金沙游艺场(www.9159.com)LNG流体易于反向流动等原因,要求LNG闸阀、LNG球阀起到双向截止,双向密封的作用,故外加导管连通一侧不能有效解决双向截止的问题。同时,外加导管由于强度等原因易于损坏泄漏,且存在阀体外侧不易于加装保温层,阀体外观不对称等缺点。
 
其次,由于LNG气化后为易燃易爆气体,主要成分为CH 4 ,传统的低温阀门由于存在较多的密封,容易引起CH 4 泄漏,如双向主密封、阀体与阀盖之间的多重密封、管道法兰连接密封等,尤其在-162℃低温工况下,密封垫片及密封面往往直接与LNG接触,密封材料极易出现低温脆断,密封面经常出现泄漏,存在很大的安全隐患。此外,由于LNG阀门上下温差较大,以截止阀、闸阀为例,阀体与LNG接触,阀杆旋转执行器、上阀体及上部阀杆部件与外部大气环境接触,阀门两端存在200℃左右的温差,导致部件内部存在很大的温差应力,尤其在阀杆与上阀体之间。由于LNG阀体一般采用铸钢制造,传热速率较快,需要较长的上阀体及阀杆延迟传热,以防止旋转执行器等部件温度太低,不能正常工作,或防止人员冻伤等,所以一般要求阀杆延长至顶部不结霜为至。此外,由于阀体采用铸钢件,阀杆采用钢性锻件,两者热膨胀系数相差较大,低温工况下存在较大温差应力,相互接触后,低温应变容易导致阀体开裂,阀杆变形,主密封面破坏,LNG无法截止等问题。所以,传统的低温阀门用于LNG领域时,要求阀杆较长以减少局部温差应变,使整个阀门体积较大,以适应于冷收缩及解决较大温差应力等问题。最后,LNG为低温流体,管道输送压力一般低于0.2MPa,处于饱和状态或过热状态,输送时外界会源源不断通过阀门及管道给LNG提供热量,导致LNG持续气化,出现两相流。两相流遇到突然截止时,容易导致管道内剩余LNG压力剧增并过临界。当压力迅速超过临界压力4.6MPa,温度超过临界温度-82.59℃后,会给整个输送系统安全造成极大的安全隐患,所以,一般的LNG阀门或LNG系统的设计压力大于6MPa,使整个LNG系统设计难度增大,设备笨重,体积庞大。