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 LNG液化天然氣低溫深冷球閥出廠試驗(yàn)

為解決中現(xiàn)有超低溫硬密封球閥密封性能差，工作中容易失效泄漏的問題，本實(shí)用新型提供一種超低溫硬密封球閥。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種超低溫硬密封球閥，包括支架、閥體、閥蓋、球體、填料函和填料壓蓋，所述的閥蓋與閥體配合形成介質(zhì)通道，所述的球體設(shè)于介質(zhì)通道內(nèi)，所述的支架上設(shè)有執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)上連接有閥桿，所述的閥桿依次穿過支架、填料壓蓋、填料函、閥蓋與球體聯(lián)動(dòng)連接，所述的閥體內(nèi)設(shè)有閥座組件，所述的閥座組件包括彈簧座、密封件、第二密封件和與球體相密封的金屬閥座，所述的彈簧座內(nèi)設(shè)有導(dǎo)向槽，所述的導(dǎo)向槽內(nèi)設(shè)有彈簧，所述的彈簧一端與閥體相抵，另一端通過彈簧座與金屬閥座相抵。

液化天然氣（LNG）作為一種清潔燃料，已成為城市管道供氣、分布式能源系統(tǒng)、汽車及飛機(jī)等交通工具的主要能源之一。LNG是天然氣在經(jīng)凈化及超低溫狀態(tài)下（-162℃、一個(gè)大氣壓）冷卻液化的產(chǎn)物。液化后的天然氣體積約為天然氣體積的1/600（0℃、1個(gè)大氣壓時(shí)）。LNG無(wú)色無(wú)味，主要成分為甲烷，很少有其他雜質(zhì)。其液體密度約426kg/m3，此時(shí)氣體密度約1.5kg/m3。爆炸極限為5%～15%（體積%），燃點(diǎn)為450℃。天然氣液化、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和汽化等工藝配套設(shè)備的建設(shè)，給超低溫閥門的發(fā)展帶來(lái)了契機(jī)。LNG接收站主要的截?cái)嚅y類有超低溫球閥、超低溫閘閥、超低溫截止閥和超低溫蝶閥，其中超低溫球閥用量較多。

1  LNG液化天然氣低溫深冷球閥出廠試驗(yàn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 閥體

超低溫固定球球閥為全通徑（圖1）結(jié)構(gòu)，閥門在全開啟位置時(shí)無(wú)阻擋，內(nèi)部通徑符合API6D的規(guī)定。閥體為一體式結(jié)構(gòu)，相對(duì)于二片式或三片式閥體，減少了泄漏點(diǎn)。閥門為頂裝式結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)在線更換內(nèi)部密封件，公稱直徑≥NPS2的超低溫球閥設(shè)計(jì)為固定球。

1.2 閥蓋

采用加長(zhǎng)閥蓋，其目的在于能起保護(hù)填料函的功能。保證填料函部位的溫度在0℃以上，使填料可以正常工作。加長(zhǎng)閥蓋的設(shè)計(jì)主要是頸部長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)，其與材料的導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)熱面積及表面散熱系數(shù)、散熱面積等因素有關(guān)，計(jì)算比較繁瑣，一般由實(shí)驗(yàn)法求得或采用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。具體數(shù)據(jù)，可以按表1確定。

1.3 滴盤

加長(zhǎng)閥蓋設(shè)置有滴盤，可以防止冷凝水流入保溫層。滴盤的位置同時(shí)標(biāo)明了低溫球閥進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)保溫材料的較高位置。在閥蓋上鉆一連通孔，使加長(zhǎng)段空腔與閥門中腔連通，確保不會(huì)使加長(zhǎng)段空腔產(chǎn)生異常升壓。

1.4 自泄壓

中腔異常升壓的泄放通過自泄壓閥座來(lái)實(shí)現(xiàn)，中腔自泄壓方向?yàn)樯嫌喂艿馈?/p>

1. 5 閥桿密封

閥桿處密封為低泄漏、低維護(hù)的結(jié)構(gòu)。根據(jù)具體尺寸設(shè)計(jì)成二道或多道密封，使閥桿處密封等級(jí)滿足ISO15848-2的B級(jí)要求，還可防止水壓試驗(yàn)時(shí)有水進(jìn)入到柔性石墨填料內(nèi)，耐久等級(jí)滿足ISO15848-1的C01級(jí)。在填料壓板螺栓連接處設(shè)置有碟形彈簧，進(jìn)行過載荷補(bǔ)償，避免了溫度交變下的活動(dòng)載荷的影響。在閥桿與球體結(jié)合部以及閥桿與閥蓋接觸處有防靜電裝置（鋼球和彈簧），防止靜電在球體上積聚。在12V直流電下測(cè)試，球體與閥蓋及閥桿與閥蓋之間的電阻值不超過10Ω。超低溫固定球球閥還應(yīng)設(shè)計(jì)滿足API6FA或API607標(biāo)準(zhǔn)的安全防火結(jié)構(gòu)。

1.6 閥座密封

在超低溫狀態(tài)下，閥座與閥體配合處的密封采用唇式密封圈（圖2）是較合適的選擇。唇式密封圈本身精度要求高，同時(shí)對(duì)配合金屬零件的精度和表面光潔度要求也較高。閥座密封圈材料采用超低溫性能優(yōu)異的PCTFE（kel-f），其性能參數(shù)見表2。
1.7 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

閥門在閥桿與垂線成30°夾角時(shí)，能夠正常操作。手動(dòng)球閥（包括采用執(zhí)行器、齒輪驅(qū)動(dòng)裝置）均應(yīng)設(shè)置鎖定裝置，使超低溫球閥可以在全開啟或全關(guān)閉的位置都能夠被鎖定。執(zhí)行機(jī)構(gòu)可在線更換維修，亦能在結(jié)冰的條件下操作。

2 LNG液化天然氣低溫深冷球閥出廠試驗(yàn)主體材料檢驗(yàn)

（1）材料的檢驗(yàn)與試驗(yàn)應(yīng)符合相應(yīng)EN10204及ASTM標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（2）對(duì)于閥體、閥蓋、閥桿、球體及閥座密封圈，每批（指同批號(hào)、同材質(zhì)、同規(guī)格、同爐號(hào)和同熱處理?xiàng)l件）材料至少抽驗(yàn)一次化學(xué)成分和力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合ASTM標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（3）所有低溫閥門的鍛造材料和鑄造材料應(yīng)逐件按MSSSP-55進(jìn)行外觀檢查（VT），對(duì)于鑄件熱裂和裂紋缺陷不允許出現(xiàn)，對(duì)于鍛件不允許存在發(fā)紋、裂紋、夾層及折疊等缺陷。其余缺陷合格標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)低于MSSSP-55中的B級(jí)要求。

（4）鑄造承壓部件材料、對(duì)焊端部及與之進(jìn)行焊接的過渡管段的所有焊縫應(yīng)按照ASMEB16.34的要求進(jìn)行射線檢測(cè)。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)參見ASTME446、E186或E280，ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范SECV卷第五章并應(yīng)滿足上述規(guī)范中A類、B類以及C類不連續(xù)性（缺陷）嚴(yán)重等級(jí)2的要求。不允許存在D、E、F以及G類缺陷。

（5）對(duì)低溫球閥的球體密封面、對(duì)焊端坡口的外表面，應(yīng)進(jìn)行液體滲透檢測(cè)，檢測(cè)按ASTME165標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，這些部位的液體滲透檢驗(yàn)應(yīng)無(wú)缺陷。

（6）鍛造承壓部件材料（包括閥桿）應(yīng)進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)，檢驗(yàn)按ASTMA388標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。不得有任何深度達(dá)到5%壁厚的缺陷存在。

（7）閥門的缺陷清除以及補(bǔ)焊修復(fù)應(yīng)按照ASMEB16.34第8.4節(jié)的規(guī)定。其中鍛制承壓部件不允許補(bǔ)焊修復(fù)。

（8）閥門的主要受壓元件（閥體、閥蓋、球體）材料應(yīng)進(jìn)行-196℃低溫沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)方法按ASTMA370的規(guī)定。

（9）評(píng)定閥體對(duì)焊端和短管的焊縫-196℃下的沖擊值。焊接工藝評(píng)定報(bào)告應(yīng)按照ASMEB31.3標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)行-196℃夏比V型沖擊試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)試樣測(cè)試可以接受的較小橫向膨脹值為0.38mm。

（10）在超低溫工作溫度下，為保持材料的組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，防止材料相變而引起體積變化，并降低機(jī)械加工對(duì)零件變形的影響。對(duì)超低溫閥門，其和介質(zhì)接觸的主要零部件均須進(jìn)行深冷處理。將閥體、閥蓋、球體、閥座和閥桿等零件在粗加工后、精加工前浸放在液氮箱中進(jìn)行冷卻，當(dāng)零件溫度達(dá)到-196℃時(shí)，開始保溫1～2h，然后取出箱外自然處理到常溫，重復(fù)循環(huán)2次。零件在焊接后也應(yīng)進(jìn)行深冷處理以消除應(yīng)力和變形。

3 LNG液化天然氣低溫深冷球閥出廠試驗(yàn)閥門的檢查和試驗(yàn)

（1）對(duì)每個(gè)球閥要進(jìn)行尺寸檢驗(yàn)，端部尺寸和偏差應(yīng)符合ASMEB16.10、ASMEB16.5、ASMEB16.25標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（2）所有低溫球閥在裝配完成后，應(yīng)進(jìn)行常溫壓力試驗(yàn)。按API598標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，包括①殼體水壓試驗(yàn)。②高壓密封試驗(yàn)。③低壓密封試驗(yàn)。④閥腔的泄放試驗(yàn)。

（3）常溫動(dòng)作性能試驗(yàn)中，手動(dòng)和帶驅(qū)動(dòng)裝置的球閥應(yīng)當(dāng)在球閥整機(jī)裝配后至少進(jìn)行5次完整帶壓?jiǎn)㈤]循環(huán)操作。帶驅(qū)動(dòng)裝置的球閥進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)必須整機(jī)帶壓操作球閥。

（4）奧氏體不銹鋼材質(zhì)的超低溫球閥其壓力試驗(yàn)有特殊要求。①壓力試驗(yàn)用水中的氯離子含量應(yīng)低于0.03%。②壓力試驗(yàn)完成后，試驗(yàn)用水應(yīng)立即排凈。球閥應(yīng)*除水、除油脫脂處理。

（5）按ISO15848-2標(biāo)準(zhǔn)對(duì)閥桿和閥體密封件處進(jìn)行逸散性泄漏檢測(cè)。

（6）按API6D附錄B.5的規(guī)定進(jìn)行防靜電試驗(yàn)。

（7）球閥低溫試驗(yàn)在常溫試驗(yàn)合格后進(jìn)行，應(yīng)按BS6364標(biāo)準(zhǔn)以同尺寸/類型/爐號(hào)和材料的球閥組成一批做低溫性能試驗(yàn)，按10%比例進(jìn)行抽檢，抽檢比例較少為一件。低溫試驗(yàn)的溫度為-196℃。執(zhí)行低溫試驗(yàn)前，閥門必需干燥，防止低溫試驗(yàn)時(shí)未干的水固化，影響密封。閥門放入冷卻介質(zhì)中后，應(yīng)通以0.2MPa的氦氣，使閥門里的濕氣排除。閥門冷卻過程應(yīng)有合理的熱電偶布置，對(duì)閥門的關(guān)鍵部位進(jìn)行溫度監(jiān)控，確保閥門充分冷卻、溫度均勻后才能開始試驗(yàn)。超低溫試驗(yàn)一般采用液氮進(jìn)行冷卻，用氦氣進(jìn)行閥門泄漏測(cè)試。閥座密封試驗(yàn)時(shí)，需采用分段式增壓。應(yīng)保證低溫試驗(yàn)后閥門自然回溫，回溫過程應(yīng)防止潮氣進(jìn)入閥門。低溫試驗(yàn)的允許泄漏率見表3。

4 LNG液化天然氣低溫深冷球閥出廠試驗(yàn)結(jié)語(yǔ)

隨著天然氣資源以其豐富的蘊(yùn)藏量的開發(fā)和應(yīng)用，LNG輸送很好的解決了管道天然氣（PNG）無(wú)法到達(dá)的城市天然氣的使用，其發(fā)展迅速，優(yōu)勢(shì)明顯，將會(huì)迎來(lái)一個(gè)廣闊的發(fā)展空間。在建和規(guī)劃建設(shè)的LNG接收站將較終構(gòu)成一個(gè)沿海LNG接收站和輸送管網(wǎng)。隨著市場(chǎng)的放開及國(guó)家重大工業(yè)裝置/設(shè)備國(guó)產(chǎn)化政策及關(guān)鍵技術(shù)的突破，超低溫閥門的市場(chǎng)需求正逐年上升。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度計(jì)算、材料的檢驗(yàn)、深冷處理，以及低溫性能試驗(yàn)，可以使超低溫固定球球閥在功能、安全性及可靠性等方面滿足LNG工況的要求。本實(shí)用新型的有益效果是，金屬閥座使得閥座與球體密封為硬密封，工作中不容易磨損，使用壽命長(zhǎng)，而且閥座與球體的密封面即使有磨損，彈簧的設(shè)置使得彈簧仍能頂壓金屬閥座，使得閥座與球體可靠密封，設(shè)置了密封件和第二密封件使得產(chǎn)品密封性能更好，避免產(chǎn)品的泄露，導(dǎo)向槽的設(shè)置使得彈簧座、金屬閥座運(yùn)動(dòng)可靠，不會(huì)影響產(chǎn)品密封性能。本實(shí)用新型還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配方便、使用壽命長(zhǎng)、密封可靠等優(yōu)點(diǎn)。各位技術(shù)人員須知:雖然本實(shí)用新型已按照上述做了描述，但是本實(shí)用新型的發(fā)明思想并不僅限于此實(shí)用新型，任何運(yùn)用本發(fā)明思想的改裝。

一種超低溫硬密封球閥。解決了現(xiàn)有超低溫硬密封球閥密封性能差，工作中容易失效泄漏的問題。它包括支架、閥體、閥蓋、球體、填料函和填料壓蓋，所述的閥蓋與閥體配合形成介質(zhì)通道，所述的球體設(shè)于介質(zhì)通道內(nèi)，所述的支架上設(shè)有執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)上連接有閥桿，所述的閥桿依次穿過支架、填料壓蓋、填料函、閥蓋與球體聯(lián)動(dòng)連接，所述的閥體內(nèi)設(shè)有閥座組件，所述的閥座組件包括彈簧座、密封件、第二密封件和與球體相密封的金屬閥座，所述的彈簧座內(nèi)設(shè)有導(dǎo)向槽，所述的導(dǎo)向槽內(nèi)設(shè)有彈簧，所述的彈簧一端與閥體相抵，另一端通過彈簧座與金屬閥座相抵。本實(shí)用新型還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配方便、使用壽命長(zhǎng)、密封可靠等優(yōu)點(diǎn)。