博狗娱乐-登录首页？每一个环节均需要大量的低温阀门。在LNG 工程项目中所应用的超低温阀门，分为工艺阀和控制阀类，主要有球阀、蝶阀、截止阀、止回阀、调价阀、安全阀等。
LNG 因其温度低( －163℃) 、气液膨胀比大( 600: 1) 、易燃易爆等特点，对LNG 项目用低温阀门也提出了更高、更严格的要求，要求LNG 超低温阀门使用寿命长，安全可靠，一经安装在管道上就不能拆卸，要求小故障能在线维修等等。目前，国内LNG 工程用超低温阀门大部分依赖进口。
本文主要针对LNG 工程对超低温阀门的使用要求，从超低温阀门的结构设计、材料选择、超低温试验检验标准等方面进行分析研究，为LNG低温阀门的产品设计、制造提供有意义的参考。
在低温状态下，随着时间的增加，阀杆填料的弹性会逐渐变小，由于介质的渗漏造成填料与阀杆处结冰，将会影响阀杆的正常操作，同时也会因阀杆运动而将填料划伤，引起更严重的泄漏。所以在正常情况下，要求低温阀门填料尽量在0℃以上温度下工作，这就要求设计时通过长颈阀盖结构，使填料函远离低温介质。
LNG 低温阀门采用加长阀盖结构，其目的就是保证处于阀盖顶部填料区的温度始终处于适合正常操作的区间，防止因填料函部分过冷出现填料以及阀盖上部的零件结霜或冷冻现象。如果阀杆填料区的温度太低，由于金属材料与非金属材料的低温收缩性的不一致，势必导致阀门的操作扭矩会增大，扭矩增大会加剧填料的磨损，降低阀门的寿命，同时，加长阀杆的设计保证深冷状态不会传导至操作执行机构，使阀门在任何时间都能够在最大压差和最深冷度的情况下进行操作。阀盖颈部的长度尺寸、壁厚以及与阀杆之间的间隙大小，是影响填料函温度的主要因素。加长阀盖的高度( 见下图图1) 可以根据BS 6364 或MSS SP-134标准要求进行确定，或者根据试验或有限元分析的方法验证确定。
根据LNG 工况使用要求，低温阀门加长阀盖上常设有滴水板。滴水板结构可以有效减缓阀体温度向填料及阀体上端的传递，减少冷凝水汽流入隔温区域，更加有效地保证填料部位和阀杆上部的零件温度处于0℃以上。滴水板的直径宜超过阀门中法兰直径，阻断阀体上部因低温液化的冷凝水进入保温层，或滴落在中法兰螺栓上产生结冰现象，影响阀门在线维修。通过对阀门进行温度场对比分析( 见图2、图3），滴水板还具有增加散冷面积的作用，这样可以适当降低长颈阀盖的高度而达到相同的操作性能
在低温工况下，封闭中腔内的LNG 介质可能会因环境温度的逐渐提高发生气化，气化时体积约膨胀600 倍，压力会迅速增加，如压力无法及时排出，可能导致阀杆密封泄漏、中法兰密封泄漏、紧固件失效等危险情况的发生。因此，LNG 低温阀门设计时需要进行预防体腔异常升压设计，可采用内部泄放法和外部泄放法2 种方法。内部泄放是通过泄放孔将阀门中腔与管路进口端连通，使中腔压力始终与管路进口端平衡; 或者进口端采用弹性阀座或压力泄放孔连接中腔和管路进口端，当中腔压力达到设定的安全泄放压力时，中腔介质泄放至进口管路内。外部泄放是在中腔阀体上安装一个泄放阀，当中腔压力达到泄放压力时，中腔介质泄放到阀体外或收集到泄放瓶中，通过外接压力泄放阀情况在超低温场合较少使用。
中腔能够截持介质发生异常升压的现象，一般出现在球阀、闸阀、截止阀等截止类阀门中。对于闸阀、截止阀预防体腔异常升压的设计，可将阀杆上密封结构上移至靠近填料函密封处( 见图4) ，阀盖上加工平衡孔，实现阀盖腔与阀体腔的连通; 对于双座密封楔式闸阀，可在阀座上游端闸板上开孔( 见图5) ，保证中腔与上游的连通。
对于上装式或侧装式浮动球阀，预防体腔异常升压的设计，可在加长阀盖上加工平衡孔，实现阀盖腔与阀体腔的连通，同时在球体上游端开孔( 见图6) ，保证中腔与上游连通。
对于上装式或侧装式固定球阀，可根据不同工况，选择上、下游阀座不同组合形式来预防体腔异常升压。常见阀座组合形式可按API 6D DIB-2的结构设计成SPE-DPE 的组合阀座，即上游阀座为单活塞自泄压阀座，可阻断来自上游的介质压力，下游阀座为双活塞双向密封阀座，可同时阻断来自上、下游的介质压力，中腔超压时，自动向管路上游方向泄放，见图7 所示
基于LNG 介质的易燃易爆特性，在LNG 低温阀门设计时，尤其是对有非金属材料作为密封件的阀门，有聚集静电的危险存在。静电能引起火花造成燃烧和爆炸。因此，必须考虑防静电措施，在阀杆与阀体、阀杆与关闭件之间设置导通装置，从而引出静电，消除隐患。对金属密封机构的低温阀门，可不设置静电导通装置，但在装配后应测量阀体与阀杆、关闭件与阀体之间的电阻值，应小于设计规范所规定的10Ω。
典型的防静电导出装置由弹簧+ 钢珠构成( 见图8) ，使阀杆与球体、阀盖、阀体间实现金属接触，满足良好的导通能力，避免阀门开关或流体冲刷等产生静电积聚，增加系统的安全性。
随着温度的降低，一般的密封垫片由于低温变形方面的原因，没有足够的预紧密封力，容易失去密封性能。因此必须选择合适的密封材料满足低温要求。低温环境下，静密封一般选用弹性密封垫片，如不锈钢金属缠绕石墨垫片等，对于动密封则使用Lipseal 唇形密封环，保证阀门低温密封性能。实际设计过程中，常采用组合式的密封结构形式，如阀体、阀盖之间采用不锈钢金属缠绕石墨垫片和Lipseal 唇形密封环的组合式密封形式( 见下图图9) ;
阀杆密封部位采用Lipseal 唇形密封环和石墨填料组合式密封形式( 见图10) ，并辅以一定的弹性元件，补偿金属、非金属低温环境下收缩不一致对密封性能造成的影响，既有效保证阀门良好的低温密封性能，又使阀门在火灾情况下，具有良好的防火功能。
LNG 工程用低温阀门的材料选择非常重要，材质不合格，会造成壳体及密封面的外漏或内漏，零部件的综合机械性能、强度满足不了使用要求，甚至断裂，必然导致液化天然气介质泄漏，引起爆炸。
由于金属材料在LNG 工况环境下，易发生低温冷脆现象，材料强度和硬度大幅提高，塑性和韧性大幅降低，影响阀门的性能和安全。因此，在LNG 用低温阀门承压部件选材时，多采用具有面心立方晶格的奥氏体不锈钢材料，其低温环境下变形小，没有明显的低温冷脆临界温度，在－200℃以下，仍能保持较高的韧性，常见材料如304、304L、316、316L 等。为防止体、盖材料在低温环境下发生马氏体、奥氏体低温相变，而引起密封面变形失效，一般情况下，对阀体、阀盖等奥氏体材料制作的承压部件，须进行低温深冷处理，使材料的马氏体转变和变形得到充分进行后再进行零件精加工，低温处理的温度应低于材料相变温度( Ms) ，且低于阀门实际工作温度，处理时间以2 ～ 4h 为宜，若条件允许可进行多次低温处理或适当的时效处理。
为保证材料更加良好的低温性能，铸件铸造时，应尽量避免其产生夹渣、气孔、组织疏松、裂纹等缺陷和成分不均，在铸件检测时其可探部位应尽量100%射线探伤，至少Ⅱ级及以上合格，焊接坡口部位Ⅰ级合格，或直接参照JB /T 6440 标准要求执行。
LNG 低温阀门内件材料的选择，主要考虑材料的强度、密封特性以及线性膨胀系数等低温性能参数，尽量与承压部件的材料保持一致或采用高强度的耐低温材料，保证常温及低温下零件均能满足设计和使用要求。
德国根据低温阀门的实际情况制定了相应的国家标准，最早发布的低温阀门的行业标准为JB /T7746 － 1995，随着技术的发展和进度，于2010 年8 月发布了国家标准GB /T24925 － 2010《低温阀门技术条件》，对低温阀门的适用温度范围、设计、制造、检验规则及试验方法均作了详细的规定。
国际上，较为通用的LNG 用阀门标准有英国标准和欧盟标准。其中英国标准BS 6364 － 1984自1984 年后共有4 此修正，主要是对附录A 的超低温试验内容进行了部分修正， 2007 年确认有效的版本仍是1984 年的标准。欧盟有一项专门针对LNG 阀门的试验标准规范EN12567 － 2000，该标准是最早提出了LNG 用阀门型式试验方面的内容。国际标准化技术委员会于2013 年发布了国际标准ISO28921． 1 － 2013，对低温阀门的适用温度范围、设计、制造、试验方面作出了规定，同时正在制定的ISO28921． 2 － 2014 标准正在征求意见过程中
检验方法对验证LNG 阀门的性能至关重要。LNG 阀门的检验分常温环境和低温环境下的检测，其中低温环境可采用外部冷却法和内部冷却法。2 种试验方法的试验装置见图11，12。其中采用外部冷却法的试验装置，目前德国已发布相关的行业标准JB /T12003。
1． 保温材料 2． 支架 3． 热电偶 4． 冷却介质 5． 下游隔离阀
9． 试验阀门 10． 阀门内部热电偶 11． 压力表 12． 压力调节阀
13． 上游隔离阀 14． 氦气瓶 15． 容器 16． 蛇形管 17． 法兰盲板
1． 试验介质进口 2． 氮增压 3． 压力表 4． 试验介质出口 5． 短管
6． 泄放阀 7． 加热线 标准规定采用外部冷却法，即通过将阀门侵泡在冷却介质( 通常为液氮) 中的方式，以达到所需的试验温度，来检测阀门性能的方法。这种方法适用于阀门批量生产时的出厂检验，GB /T24925、ISO28921． 1、EN12567 关于产品出厂检验均采用此种方法。内部冷却法即通过阀腔内注入冷却介质的方式以达到所需试验温度来检测阀门性能的方法。EN12567 标准规定的阀门寿命试验即采用内部冷却法。
LNG 阀门产品的试验检验项目主要包括超低温环境下的阀门动作性能和密封性能，试验介质一般采用氦气。标准BS6364、ISO28921． 1 和GB /T24925 对低温阀门产品冷却介质的选择、动作性能和扭矩测试要求、高压密封要求、高压密封试验的压力增量和阀座密封泄漏率要求等均作了详细的规定。其中在动作性能和扭矩测试，以及阀座密封泄漏率要求方面GB /T24925 与国外标准相比而言出入较大。GB /T24925 未明确规定在低温试验温度及阀门公称压力下测量阀门的开关扭矩; 且规定－ 196℃试验条件下软密封阀门的阀座密封试验不允许泄漏。而BS6364、ISO28921． 1 则对低温测试环境下，阀门的扭矩测试作出了规定，对软密封阀座密封泄漏量要求与硬密封阀座密封泄漏量要求的规定一致。这是GB /T24925 与国外标准区别最大的地方。
同时，对于LNG 用阀门的寿命试验，国内外目前还没有一个统一的认识。EN12567 是最早规定LNG 阀门寿命试验要求的标准，而标准BS6364 和GB /T24925 则没有规定，目前正在制定的标准ISO 28921． 2 － 2014 征求意见稿中也规定了低温阀门寿命试验方面的内容。
在德国LNG 项目中，国产超低温关键位置阀门的市场占有量较少，原因主要是其结构及密封性能很难达到现场工况使用要求。要突破LNG超低温阀门的设计、制造关键技术，必须对LNG工况用低温阀门在结构设计、材料选择及性能研究、阀门低温性能试验及检验等诸多方面进行深入研究，包括长颈阀盖结构设计、体腔防异常升压结构设计、防阀杆吹出结构及防静电结构设计、低温环境下密封结构及防火结构设计、承压部件及内件材料选择及低温性能研究、阀门低温环境下检验与试验分析等。除此之外，阀门制造企业的生产及质量控制水平也至关重要。大力推进LNG超低温关键阀门国产化，逐步应用到LNG 工程项目，取代进口，对提升阀门制造企业自身的技术进步，保障国家能源战略安全，都有着重要的意义
