LNG超低温阀门设计于工艺

LNG超低温阀门设计于工艺

　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。

本实用新型的优点之一是填料密封函采用双重压紧密封结构，中间安装真空环进行注脂密封，使中腔构成三重密封结构，真空环内腔连通自动注脂装置，填料磨损发生泄漏时自动进行注脂密封，解决了安装于野外使用的阀门人工注脂不方便，维护困难的问题，提高了阀杆与阀盖之间的中腔密封可靠性；深冷用阀门，只考虑超低温阀的工作特点。可安装于保温箱内部的任意位置，但填料函、操作机构(手轮、扳手)、阀瓣升降位置指示器应放在箱外。便于操作和更换填料。大多数阀门的安装是将阀杆水平放置。对于超低温的电动阀阀门阀杆要求必需水平放置。

低温下填料装置工作条件是非常复杂的，由于填料易失去弹性，一旦因蒸发介质泄漏，阀杆被冻结，就会导致卡死现象，阀门不能正常开启和关闭。为了改善填料装置的工作条件，可安装热力挡板，来保证填料的保温。这主要是在设计中，增加阀杆长度。用导热系数尽量低的非金属材料(夹布、胶布等)来制造挡板以便使填料箱的热损耗量显著地减少。另一种办法是把填料装置加套，并将具有足以保持填料装置工作能力的温度的介质驱入形成的空间。其作用在于使阀门从低温度到工作点有一个温度梯度，在某工作点和超过工作点，气压将处于某一能使液化气体不再是液态而回复为气态的温度。

　　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。

LNG超低温阀门设计于工艺特殊要求

(1) 设计与工艺

　　防止LNG 泄漏非常重要。为减少泄漏点，阀体要求锻造( 或铸造) 整体成型。端法兰采用对焊连接，慎用法兰连接。为保证对焊端面焊后低温机械性能，阀体应选用低碳奥氏体不锈钢304L 或316L。对于阀门部件的强度焊接，应实施焊接工艺评定。

　　奥氏体不锈钢在焊接热影响区由于碳化物析出和马氏体形成，会引起低温脆性，焊后进行固溶处理。阀门部件原材料质量要严格控制。与LNG 直接或间接接触的部件必须进行渗透、超声波或射线等无损检测，还须深冷处理及－ 196℃ 低温冲击试验。所用奥氏体不锈钢要求进行固溶、退火热处理供货。

　　低温阀门的阀杆应设计为防吹出结构。低温工况频繁操作的阀门，其内件应能避免引起卡阻、咬合和擦伤等。低温阀阀体在满足强度要求时，对不同壁厚的阀体连接应逐渐过渡，避免壁厚突变引起应力集中。壁厚设计不当会引起焊接裂纹。

　　低温阀各部件在温度和压力的交变载荷作用下不应出现明显的弹性塑性变形，因此，在阀门设计过程中，除了对阀体、阀盖、阀杆和阀瓣进行常规的强度计算外，还应采用有限元应力分析和抗震分析来确保阀门的可靠性。

(2) LNG超低温阀门设计于工艺加长阀盖

　　低温闸阀、截止阀、球阀和蝶阀的阀盖应设计成便于保冷的加长结构( 长颈阀盖) 。阀盖的长颈部分可采用与本体材质相同的无缝钢管对焊到阀盖和填料箱上，焊后应进行热处理以消除应力。加长阀盖可使填料函底部的工作温度高于0℃。如果填料函结冰，不但影响阀杆的正常操作，而且也会因阀杆的上下运动划伤填料，造成密封失效。阀杆与长颈部分的间隙应按尽可能小的对流热损失设计，但间隙对填料函温度影响很小，阀盖长度和阀径厚度是影响填料函温度的主要因素。加长阀盖下部焊接滴水盘，可防止冷凝水进入保冷层，避免或减少保温层下腐蚀( CUI) 。

气压不论在任何时候总是通的，一般与阀门的一端相通或与另一端通，以便如果气压内的温度上升时，不会产生危险的高压。

由于阀门零件通常在室温下制造和检验的，在低温条件下工作，各个不同零件会随着温度的变化而产生不同的膨胀和收缩，这样会直接影响阀门的正常工作，这是使用中必须注意和了解的。

(3) LNG超低温阀门设计于工艺防异常升压

　　当球阀和闸阀关闭时，阀门中腔残留的LNG 因周围环境的相对高温引起的热传递会快速升温气化、压力急剧升高。过高的气压可能导致阀杆密封泄漏、中法兰密封泄漏、阀体紧固件失效等。高压泄放通常采用阀门内部或外部泄放。内部泄放是指阀门进口端采用弹性泄放阀座或在闸板上开设泄压孔连通中腔和管道进口端。

这种人工注脂的缺点是无法知道填料何时出现泄漏需要进行注脂，而且对安装于野外使用的阀门，人工注脂不方便，维护麻烦。另外，闸板与阀座一般采用进出口双重密封结构，在阀门关闭状态下，阀体中腔介质因温度升高产生异常升压，危险阀体强度，甚至发生阀体爆裂事故。

本实用新型的优点之二是在上填料的上端设置填料自动补偿装置，在填料受磨损之后，填料自动补偿装置蝶簧的弹性力自动压紧填料密封函，保持中腔密封性能；本实用新型的优点之三是在阀体中腔与阀体进口通道之间设置泄压通道，避免出现中腔异常升压发生阀体爆裂事故。

一旦异常升压，中腔介质泄放至进口管道，可保持阀门中腔与管道进口段压力平衡。外部泄放是在中腔阀体外安装减压阀，当中腔压力达到泄放压力时，中腔介质通过减压阀进入泄放气收集系统。通常，对于DN≤300 的低温闸阀，在闸板( 球体) 上开设平衡孔。DN300 以上阀门在阀体外设旁路减压阀。