1.3 低温过程控制阀门

1.3.1 -162℃低温系列阀门及过程控制装备

由“交大中远能源团队”主持研发的-162℃ LNG系列阀门及过程控制装备，包括：LNG截止阀、LNG球阀、LNG蝶阀、LNG止回阀、LNG闸阀等系列化超低温过程控制装备产品（如图1-5所示），已经应用于液化天然气、空气液化与分离、特种气体超低温液化分离等领域。

图1-5 -162℃ LNG系列阀门

1.3.2 -70～-197℃低温系列阀门

由“交大中远能源团队”主持研发的-197℃超低温系列阀门及过程控制装备，包括：超低温截止阀、超低温球阀、超低温蝶阀、超低温止回阀、超低温安全阀等系列阀门（如图1-6所示），目前已获得专利技术12项，已经应用于液化天然气、空气液化与分离、特种气体超低温液化与分离等领域。

图1-6 -70～-197℃低温阀门

1.3.3 -70～-197℃低温过程控制装备

由“交大中远能源团队”主持研发的-70～-197℃超低温系列过程控制装备（如图1-7所示），主要包括：超低温多股流节流阀、超低温双压控制阀、超低温管道内置减压节流阀、超低温温控阀、超低温压力控制阀、超低温减压阀等系列化超低温过程控制装备产品，申报发明专利20多项，获1项国家创新基金支持，已经应用于航空航天、液化天然气、空气液化与分离、特种气体超低温液化与分离等领域。

图1-7 低温系列过程控制装备

由于低温阀门目前还没有大规模国产化，其标准多采用国外标准，目前参考设计标准有美国API6D及机械工业部标准JB/T 7749等，阀门常规检验按API 598、JB/T 7749标准进行。闸板、阀座采用焊接结构，密封面堆焊钴基硬质合金，保证阀门的密封性能。LNG低温球阀、闸阀、截止阀，蝶阀采用长颈阀杆，以防止密封填料被冻结及人工操作时发生低温烫伤。低温阀门阀体、阀盖一般采用LCB（-46℃）、LC3（-101℃）、9Ni（-162℃）、CF8（-197℃）。闸板采用不锈钢堆焊钴基硬质合金，阀杆一般采用CF8材质。在低温阀门制造和试验过程中制订了严格的制造工艺和采用专用设备，对零件的加工进行严格的质量控制。经特殊的低温处理，将粗加工的零件置于冷却介质中数小时（2～6h），以释放应力，确保材料的低温性能，保证精加工尺寸，以防阀门在低温工况时，因温度变化造成变形而导致的泄漏。阀门的装配与普通阀门也不同，零件需经过严格的清洗，除去任何油污，以保证使用性能。-197℃以上温区低温阀门均需要在液氮槽中进行气密性、抗低温冲击性能、强度等试验。LNG低温阀门在SW、BW形式下，阀体不能从配管上拆下，为了不换修阀体阀座采用软接触阀座。阀芯密封采用低温特性稳定性好的含有15%玻璃纤维的特氟陲或戴氟隆，还可根据需要自行更换。采用硬金属密封构造时，在阀座的接触面加上钨铬钴合金金属衬套以提高表面硬度，提高防低温烫伤及耐磨性能。阀门垫片一般采用具有稳定密封性的陶瓷填充材料的特氟隆材质，或使用金属缠绕垫片。-70～-197℃“过程控制装备”节流阀、温控阀、压控阀、安全阀等实验研究过程如图1-8所示，-70～-197℃“过程控制装备”LNG节流阀、温控阀、压控阀等数值模型研究过程如图1-9所示。

图1-8 -70～-197℃“过程控制装备” 节流阀、温控阀、压控阀、安全阀等实验研究过程

图1-9 -70～-197℃“过程控制装备”LNG节流阀、温控阀、压控阀等数值模型研究过程

LNG低温阀门在低温试验前需要清除阀门零件的油渍并装配于实验管道内，再连接测温用热电偶及温度测量装置。在室温下用规定介质气体以最大阀座试验压力进行初始的系统耐压试验，然后将阀门浸入液氮中进行冷却，液体的水平面至少淹住阀体与阀盖的连接部位，在整个冷却过程中一直向阀门提供氦气。在冷却过程中，用安装在适当位置上的热电偶对阀门的温度进行监控。阀门在试验温度下达到稳定。用热电偶测定温度以确信阀门的温度达到均匀。在试验温度下用氦气以最大阀座试验压力进行初始的验证试验，在阀门的进口侧进行阀座压力试验，能够双向密封的阀门，对两个阀座分别进行试验。使阀门处在开启位置，关闭阀门出口侧的针形阀，将阀腔中的压力升至阀座试验压力。将该压力保持规定的要求，检查阀门填料处及阀体与盖连接处是否泄漏。使阀门恢复室温，再进行常温密封试验。试验完成后，将阀门清洁、吹干，检查合格后再出厂。

本书提供了12类LNG低温阀门的设计计算过程，以供LNG阀门领域内的同行参考。