LNG低溫液化天然氣截止閥優化改進方案

在LNG運輸過程中的工藝閥門作為系統切斷的保障，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構。低溫焊接截止閥廣泛應用于石油化工、天然氣、液化天然氣(LNG)、制冷等領域,特別是在需要處理低溫介質的管路系統中,發揮著重要的作用。

2LNG低溫液化天然氣截止閥優化改進方案工作介質特性
工作介質為液化天然氣（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構，以避免氣化過程中出現超壓危險。
在LNG泄漏時，如果天然氣的體積濃度達到 5%～15%時，就會產生爆炸危險。在受限制的區域(如密集的設備和建筑物)，可以產生較高的壓力,進而引起嚴重的不良后果。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系統的安全運行。焊接型式的閥門設計，同時需要考慮在線維護的需求。低溫焊接截止閥是指關閉件（閥瓣）沿閥座中心線移動的閥門。根據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系。由于該類閥門的閥桿開啟或關閉行程相對較短，而且具有非常可靠的切斷功能，又由于閥座通口的變化與閥瓣的行程成正比例關系，非常適合于對流量的調節。因此，這種類型的閥門非常適合作為切斷或調節以及節流使用。

LNG低溫液化天然氣截止閥優化改進方案工作原理：
低溫焊接截止閥的閥桿軸線與閥座密封面垂直。閥桿開啟或關閉行程相對較短，并具有非?？煽康那袛鄤幼?，使得這種閥門非常適合作為介質的切斷或調節及節流使用。低溫截止閥一旦處于開啟狀態，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。介質通過此類閥門時的流動方向發生了變化，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化改進方案低溫焊接截止閥性能規范：

低溫焊接截止閥零件材料：

LNG低溫液化天然氣截止閥優化改進方案外形結構圖：

LNG低溫液化天然氣截止閥優化改進方案連接尺寸：

3LNG低溫液化天然氣截止閥優化改進方案結構特點

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

LNG低溫液化天然氣截止閥優化改進方案技術參數
公稱通徑:根據具體型號,公稱通徑可以在一定范圍內選擇,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,以適應低溫環境下的工作壓力要求。
設計溫度: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。
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定性。

LNG低溫液化天然氣截止閥優化改進方案主要特點
密封性良好:閥門采用特殊的密封結構和材料,確保在低溫環境下仍能保持良好的密封性能,有效防止介質泄漏。
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,經過精密加工和嚴格的質量控制,具有較長的使用壽命。
承受壓力能力強:由于其特殊的設計和材料選擇,進口低溫焊接截止閥能夠承受比其他類型閥門更大的壓力,確保系統的安全穩定運行。
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的密封。

LNG低溫液化天然氣截止閥優化改進方案

（1）整體式閥體
閥門宜采用整體式閥體，上裝式閥門的結構應滿足在線維修的要求。目的在于減少液化天然氣管道系統的泄漏點，考慮到管線在低溫下的收縮和管道內介質的泄漏風險，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）結構。此種結構應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，使用上裝式結構，應在閥座密封結構設計時應做到，不僅考慮閥座處的密封設計，同時考慮閥座結構應具有可拆卸維修的功能。
（2）上密封結構
閘閥和截止閥應具有上密封結構，上密封應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）閥腔泄壓結構

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

（4）閥桿防吹出結構
閥門的閥桿應具有防吹出結構，閥門的閥桿如果飛出，會產生很嚴重的危害，閥桿飛出進而會產生撞擊和泄漏爆炸。
（5）焊接結構
閥門承壓件采用焊接結構時，應為對焊連接型式。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51257對兩個重要的高度進行了規定，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，保冷高度的變化會影響加長閥蓋的溫度場，因此在閥門設計時需要考慮保冷的最高高度，并應標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51257對閥門的加長閥蓋進行了相關規定，并在規定中引用了JB/T 12621《液化天然氣閥門技術條件》 關于加長高度的要求。
（7）超低溫密封結構
LNG輸送在-196℃超低溫工況下，密封結構多采用lip-seal泛塞唇形密封（見圖3），此種密封由內部彈簧和外部唇圈組成。
具有自密封效果，即在內部壓力提升時，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℃）下性能穩定，不會產生冷流，金屬支撐對軟密封起到一定的保護作用，尤其對于高壓閥門，應在閥座結構設計時給予考慮。
（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，應對閥門的逸散性進行監控，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,閥門應具有此級別的認證，而且產品需要按照ISO 15848-2[10]的規程進行出廠檢驗，試驗介質使用氦氣，填料密封處的泄漏量需要控制在100ppm以下，方能出廠使用。
（9） 閥門防火結構
閥門的防火要求應滿足相關標準的要求。如球閥應滿足API607[11]的要求；閘閥、截止閥應滿足API6FA[12]的要求；止回閥應滿足API6FD[13]的要求，閥門一般需要取得相應的防火認證后方能在液化天然氣系統上使用。
（10）強度和密封比壓分析
閥座與球體的強度關乎整個閥門的密封性能，一般用于LNG儲運的低溫鍛造材質選擇為ASTM A182 304/304L[14]，大口徑鑄件低溫材質選擇為ASTM A351 CF3/CF8。在超低溫工況下，低溫材料需要考慮馬氏體導致的尺寸變化與材料脆化，鐵素體含量過高導致的低溫脆性，低溫下各部件或非金屬夾雜物與基體間膨脹系數不同導致的變形或應力。在密封狀態下，其密封區域的應變應嚴格控制在允許范圍內。一般要求采用有限元分析的方法確定密封副的應力應變狀態（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下，各承壓區域按設計壓力的1.1倍進行計算（按ASME Ⅷ-2 AD-151.1）。從分析結果驗證：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；其應力是否在標準規定的允許范圍內。

LNG低溫液化天然氣截止閥優化改進方案特點

1. 結構比簡單，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，但結構長度比閘閥長。

4. 啟閉力矩大、啟閉較費力，啟閉時間較長。

5. 流體阻力大，因閥體內介質通道較曲折，流體阻力大，動力消耗大。

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

7. 全開時閥瓣經常受沖蝕。

8. 

LNG低溫液化天然氣截止閥優化改進方案執行標準

LNG低溫液化天然氣截止閥優化改進方案壓力試驗

LNG低溫液化天然氣截止閥優化改進方案主要零件材料及性能

LNG低溫液化天然氣截止閥優化改進方案規格主要尺寸

4LNG低溫液化天然氣截止閥優化改進方案結語

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、閥門防火等特殊結構，在閥門材料強度、密封比壓等方面的設計也有特殊要求。這些結構和材料方面的要求和特點與LNG的特性相匹配，為工藝介質的安全切斷提供必要條件，為LNG運輸過程的安全性和穩定性提供保障。
在選型過程中,需要根據實際使用環境和流體特性選擇合適的進口低溫焊接截止閥。重點考慮介質的溫度、壓力、化學性質以及管道系統的連接方式等因素。同時,還需注意閥門的材質、密封結構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點,在低溫介質管路系統中發揮著重要作用。正確選型和合理使用該類閥門,對于保障系統的安全穩定運行具有重要意義。