1.3 低溫過程控制閥門

1.3.1 -162℃低溫系列閥門及過程控制裝備

由“交大中遠能源團隊”主持研發(fā)的-162℃ LNG系列閥門及過程控制裝備，包括：LNG截止閥、LNG球閥、LNG蝶閥、LNG止回閥、LNG閘閥等系列化超低溫過程控制裝備產(chǎn)品（如圖1-5所示），已經(jīng)應(yīng)用于液化天然氣、空氣液化與分離、特種氣體超低溫液化分離等領(lǐng)域。

1.3.2 -70～-197℃低溫系列閥門

由“交大中遠能源團隊”主持研發(fā)的-197℃超低溫系列閥門及過程控制裝備，包括：超低溫截止閥、超低溫球閥、超低溫蝶閥、超低溫止回閥、超低溫安全閥等系列閥門（如圖1-6所示），目前已獲得專利技術(shù)12項，已經(jīng)應(yīng)用于液化天然氣、空氣液化與分離、特種氣體超低溫液化與分離等領(lǐng)域。

1.3.3 -70～-197℃低溫過程控制裝備

由“交大中遠能源團隊”主持研發(fā)的-70～-197℃超低溫系列過程控制裝備（如圖1-7所示），主要包括：超低溫多股流節(jié)流閥、超低溫雙壓控制閥、超低溫管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥、超低溫溫控閥、超低溫壓力控制閥、超低溫減壓閥等系列化超低溫過程控制裝備產(chǎn)品，申報發(fā)明專利20多項，獲1項國家創(chuàng)新基金支持，已經(jīng)應(yīng)用于航空航天、液化天然氣、空氣液化與分離、特種氣體超低溫液化與分離等領(lǐng)域。

由于低溫閥門目前還沒有大規(guī)模國產(chǎn)化，其標準多采用國外標準，目前參考設(shè)計標準有美國API6D及機械工業(yè)部標準JB/T 7749等，閥門常規(guī)檢驗按API 598、JB/T 7749標準進行。閘板、閥座采用焊接結(jié)構(gòu)，密封面堆焊鈷基硬質(zhì)合金，保證閥門的密封性能。LNG低溫球閥、閘閥、截止閥，蝶閥采用長頸閥桿，以防止密封填料被凍結(jié)及人工操作時發(fā)生低溫燙傷。低溫閥門閥體、閥蓋一般采用LCB（-46℃）、LC3（-101℃）、9Ni（-162℃）、CF8（-197℃）。閘板采用不銹鋼堆焊鈷基硬質(zhì)合金，閥桿一般采用CF8材質(zhì)。在低溫閥門制造和試驗過程中制訂了嚴格的制造工藝和采用專用設(shè)備，對零件的加工進行嚴格的質(zhì)量控制。經(jīng)特殊的低溫處理，將粗加工的零件置于冷卻介質(zhì)中數(shù)小時（2～6h），以釋放應(yīng)力，確保材料的低溫性能，保證精加工尺寸，以防閥門在低溫工況時，因溫度變化造成變形而導(dǎo)致的泄漏。閥門的裝配與普通閥門也不同，零件需經(jīng)過嚴格的清洗，除去任何油污，以保證使用性能。-197℃以上溫區(qū)低溫閥門均需要在液氮槽中進行氣密性、抗低溫沖擊性能、強度等試驗。LNG低溫閥門在SW、BW形式下，閥體不能從配管上拆下，為了不換修閥體閥座采用軟接觸閥座。閥芯密封采用低溫特性穩(wěn)定性好的含有15%玻璃纖維的特氟陲或戴氟隆，還可根據(jù)需要自行更換。采用硬金屬密封構(gòu)造時，在閥座的接觸面加上鎢鉻鈷合金金屬襯套以提高表面硬度，提高防低溫燙傷及耐磨性能。閥門墊片一般采用具有穩(wěn)定密封性的陶瓷填充材料的特氟隆材質(zhì)，或使用金屬纏繞墊片。-70～-197℃“過程控制裝備”節(jié)流閥、溫控閥、壓控閥、安全閥等實驗研究過程如圖1-8所示，-70～-197℃“過程控制裝備”LNG節(jié)流閥、溫控閥、壓控閥等數(shù)值模型研究過程如圖1-9所示。

LNG低溫閥門在低溫試驗前需要清除閥門零件的油漬并裝配于實驗管道內(nèi)，再連接測溫用熱電偶及溫度測量裝置。在室溫下用規(guī)定介質(zhì)氣體以最大閥座試驗壓力進行初始的系統(tǒng)耐壓試驗，然后將閥門浸入液氮中進行冷卻，液體的水平面至少淹住閥體與閥蓋的連接部位，在整個冷卻過程中一直向閥門提供氦氣。在冷卻過程中，用安裝在適當位置上的熱電偶對閥門的溫度進行監(jiān)控。閥門在試驗溫度下達到穩(wěn)定。用熱電偶測定溫度以確信閥門的溫度達到均勻。在試驗溫度下用氦氣以最大閥座試驗壓力進行初始的驗證試驗，在閥門的進口側(cè)進行閥座壓力試驗，能夠雙向密封的閥門，對兩個閥座分別進行試驗。使閥門處在開啟位置，關(guān)閉閥門出口側(cè)的針形閥，將閥腔中的壓力升至閥座試驗壓力。將該壓力保持規(guī)定的要求，檢查閥門填料處及閥體與蓋連接處是否泄漏。使閥門恢復(fù)室溫，再進行常溫密封試驗。試驗完成后，將閥門清潔、吹干，檢查合格后再出廠。

本書提供了12類LNG低溫閥門的設(shè)計計算過程，以供LNG閥門領(lǐng)域內(nèi)的同行參考。