LNG低温阀门设计选型

LNG低温阀门设计选型主要用于乙烯，液化天然气装置，天然气LPGLNG储罐，接受基地及卫星站，空分设备，石油化工尾气分离设备，液氧、液氮、液氩、二氧化碳低温贮槽及槽车、变压吸附制氧等装置上。输出的液态低温介质如乙烯、液氧、液氢、液化天然气、液化石油产品等，不但易燃易爆，而且在升温时要气化，气化时，体积膨胀数百倍。低温阀门的应用，控制了温度，防止爆炸、泄漏等隐患。
　LNG 阀门正常工作温度为约－ 163 ℃，在此温度下，金属材料将发生低温冷脆现象，即强度和硬度升高，塑性和韧性大幅下降，这会严重影响阀门的安全性。为防止材料在低温下的低应力脆断，阀体和阀瓣等部件常采用奥氏体不锈钢。如304、304L、316、316L 等，其中316L 稳定性*好。奥氏体不锈钢具有优良的强度、韧性、耐腐蚀性和焊接性，线膨胀系数低。但是奥氏体不锈钢中S 和P 等杂质会降低材料的强度及低温冲击韧性，应严格控制其含量。
　　阀体、阀盖、阀瓣、阀座和阀杆等部件必须进行低温深冷处理，使奥氏体转变成马氏体和变形充分后再进行精加工，以降低温度对超低温阀门密封性能的影响。低温处理温度应低于材料相变温度且低于阀门实际工作温度。处理时间1 ～ 2 h，然后取出自然冷却到常温，重复循环2 次。

1、LNG低温阀门设计选型低温阀门的材料选择
低温阀门的工作介质不仅温度低，而且大部分或有毒，或易燃、易爆，而且渗透性强，因此决定了对阀门用材的诸多特殊要求。在低温状态下钢的机械性能与常温时不同，低温用钢，除强度外，*重要的指标就是其低温冲击韧性。材料的低温冲击韧性与材料的脆性转变温度有关，材料的脆性转变温度愈低，材料的低温冲击韧性愈好。碳钢等体心立方晶格的金属材料存在低温冷脆现象，而奥氏体不锈钢等面心立方晶格的金属材料其冲击韧性基本不受低温影响。
低温阀门阀体、阀盖等耐压零件的材料，通常采用低温强度好的韧性材料，同时还要考虑焊接性、机加工性能、稳定性和经济性等因素。工程公司设计时，*常用的是 -46℃、-101℃和-196℃三个低温级别。-46℃低温级一般选用低温碳钢，-101℃和 -196℃低温级一般选用 300系列奥氏体不锈钢，这种不锈钢有适中的强度、较好的韧性和较好的加工性能等。根据 ASMEB31.3 低温阀门常用材料的*低适用温度见表 1。

2、LNG低温阀门设计选型低温阀门的结构设计阀盖结构设计
低温阀门的一个*显注的特点就是其阀盖一般为长颈结构，在 GB/T 24925《低温阀门技术条件》中也有明确规定“低温闸阀、截止阀、球阀、蝶阀的阀盖应根据不同的使用温度要求设计成便于保冷的长颈阀盖结构，以保证填料函底部的温度保持在 0℃以上”。 加长阀盖结构的设计主要是为了使阀门操作手柄和填料函结构远离低温区，既可以避免温度太低造成操作人员冻伤，也可以保证填料函和压套在正常的温度下使用，防止填料的密封性能降低，延长填料的使用寿命。此外，由于低温管道一般有着较厚的保冷层厚度，长颈阀盖便于保冷施工，并使填料压盖处于保冷层外，有利于需要时随时紧固压盖螺栓或添加填料而无需损坏保冷层。
BS6364、MSS SP-134 和 SHELL MESC SPE77/200 标准均对阀盖加长尺寸进行了规定。其中，BS6364 规定了15～ 500带冷箱的加长尺寸 ， 并规定非冷箱*小加长长度应为250mm；MSS SP-134 则包含了15～300的带冷箱和非冷箱的加长尺寸要求，比较而言，非冷箱加长尺寸比 BS6364 规定长，带冷箱加长尺寸比 BS6364 规定短。SHELL MESC SPE 77/200则没有对带冷箱和非冷箱进行区分，规定了15～1200在不同温度范围的长度 。 综合考虑，SHELL MESC SPE 77/200 其加长长度选用范围较宽使用比较方便可靠，如用于低温关键场合可参考 SHELL MESC SPE 77/200 标准进行设计或按设计单位特殊长度要求进行设计。此外，在进行长度选用时还需考虑设计保冷层厚度是否大于该长度，如是则应加长以和保冷厚度匹配。

LNG低温阀门设计选型板结构设计
由于阀门内传递是低温介质，为了避免或减少介质温度向阀杆及其上端的填充材料传递，防止这些材料因冻结而失效，可在阀门中增加滴水板结构。一些研究机构对这种带有滴水板结构的阀门进行了实验验证，并证明了带有滴水板的阀门阀盖上端温度较高。由于延长阀盖上部的温度较低，通常情况下阀门暴露在空气中，空气中的水蒸气遇到低温阀盖会液化成水珠，滴水板的直径超过中法兰直径，可以防止低温液化的水蒸气滴落在中法兰螺栓上，避免螺栓锈烛影响在线维修。此外，滴水板需设置在保冷层外侧，可以防止冷凝的水滴落到保冷层及阀体上部，保护保冷层及防止冷量流失。

3、LNG低温阀门设计选型泄压部件的结构设计
对于有密闭中腔结构的低温阀门，当应用在易燃、易爆且容易气化的介质时，对于阀门密封结构有着特殊的要求。一些低温介质在汽化后其体积会升高，例如，液化天然气汽化后的体积为液态时的六百多倍，当阀门为闭合状态且周围环境温度相对较高时，阀体内的低温介质吸收环境中热量而逐渐汽化，其体积迅速上升，导致阀门内部超压，甚至威胁到阀门的安全，导致介质泄露甚至造成火灾事故，为保证阀门和工厂的安全性，此类阀门要求带中腔自泄压结构，使阀门内腔压力异常超压时，实现自动泄放。如低温闸阀、球阀，由于阀门密封原理不同，在泄压设计上，会有明显的区别。不过不同的厂家在泄压结构的设计上，多有自己不同的特点。

4、LNG低温阀门设计选型防静电及防火结构设计
由于低温阀门一般应用在易燃、易爆的介质上，防静电设计及防火设计显得尤为重要。防静电设计主要是以一种类似避雷针的引导电流方式，将阀杆与阀体导通，从而将静电导出以消除安全隐患，保证整个系统的供应安全。如GB/T 24925 明确规定 “ 用 于 易燃蒸气或液体的具有软阀座或软的关闭插入部件的阀门，在设计时应保证阀体和阀杆具有导电连贯性，放电路径*大电阻不应超过 10Ω。”。防火结构的设计主要是针对因温度剧烈变化而导致的介质泄露问题而进行的，防火结构的设计与普通阀门的设计要求类似。