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【技術(shù)文章】閥門在LNG行業(yè)的應(yīng)用
日期:2022-11-29

       LNG作為一種高效的、可儲(chǔ)存的清潔能源,在產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)上都表現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。國(guó)內(nèi)天然氣液化工廠主要以小型為主,湖北黃岡最大處理規(guī)模已達(dá)到120萬(wàn)噸/年的液化能力。

       在LNG產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展過(guò)程中,與其配套的低溫閥門需求量與日俱增。由于LNG具有易燃易爆超低溫的顯著特點(diǎn),而且LNG工廠通常地處海邊鹽霧環(huán)境,因此對(duì)低溫閥門的選型設(shè)計(jì)提出了更高的要求。目前國(guó)內(nèi)大部分站場(chǎng)的LNG用深冷閥門仍需進(jìn)口,有些苛刻工況用低溫閥門仍被國(guó)外所壟斷,如J-T閥,大型LNG儲(chǔ)罐的呼吸閥,大口徑、高磅級(jí)閥門等。盡管國(guó)內(nèi)材質(zhì)設(shè)計(jì)滿足低溫要求,但某些零部件的承壓和密封性能仍需改進(jìn)完善。

LNG用低溫閥門型式

       小型天然氣液化工廠中,低溫閥門主要集中在液化單元和LNG儲(chǔ)存單元,壓力等級(jí)不高,內(nèi)徑較小,其中較為苛刻工況為混合制冷循環(huán)工藝還用低溫混合制冷劑節(jié)流閥喝LNG節(jié)流閥這種多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì),一般液化工廠用低溫閥門數(shù)量約占整個(gè)工廠閥門總量的30%。在LNG接收站中(主要指接收能力200萬(wàn)噸/年以上的大型站場(chǎng)),低溫閥門數(shù)量在2000個(gè)左右,其中小尺寸閥門數(shù)量約700個(gè),低溫閥門占全部閥門的90%以上,部分閥門壓力等級(jí)較高,口徑較大。

 

       LNG領(lǐng)域涉及的低溫及超低溫工況閥門主要包括單座直通閥(包括角閥)、球閥、蝶閥、截止閥、止回閥和安全閥。

LNG低溫閥門選型關(guān)鍵技術(shù)

 LNG領(lǐng)域涉及的低溫或超低溫閥門應(yīng)滿足如下基本要求:

 

①低溫閥門須要加長(zhǎng)閥蓋,閥蓋應(yīng)為整體式螺栓連接結(jié)構(gòu);

②應(yīng)裝備加長(zhǎng)閥桿,保證填料處于環(huán)境溫度,所有閥桿都是防吹出結(jié)構(gòu)。

③閥內(nèi)件應(yīng)易于拆卸,尤其是閥座可在線維護(hù)并易于更換,內(nèi)件和密封能   夠快速?gòu)拈y頂部拆卸,可在線維修。

④具有軟密封結(jié)構(gòu)的閥門應(yīng)采用防火設(shè)計(jì)。

⑤所有球閥都應(yīng)裝有泄壓裝置。

⑥具有外密封結(jié)構(gòu)的球閥、截止閥等應(yīng)具有外密封性能。

⑦閥體、內(nèi)件、閥蓋、閥桿、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等須設(shè)計(jì)成防靜電結(jié)構(gòu)。

 

LNG苛刻工況用閥門

J-T閥是LNG液化工廠中運(yùn)行工況最為惡劣的調(diào)節(jié)閥之一。目前采用最多的液化工藝流程是混合制冷劑循環(huán),分別采用制冷劑J-T閥和LNG J-T閥對(duì)混和制冷劑和天然氣進(jìn)行節(jié)流降壓;旌现评溲h(huán)所用2個(gè)J-T閥,都在-150℃以下的超低溫環(huán)境,在閥門正常開(kāi)啟的條件下,J-T閥兩端承受的壓力通常在30~80bar之間。由于J-T閥處于高壓差和超低溫環(huán)境,易產(chǎn)生氣蝕,閥芯、閥座和閥體的表面容易損壞。若閥芯受損關(guān)不嚴(yán),閥門在全關(guān)位置會(huì)出現(xiàn)泄漏、結(jié)霜現(xiàn)象。而且工藝上對(duì)J-T閥的性能要求較高。為達(dá)到制冷效果,使用過(guò)程中需保證閥兩端壓差和出口溫度穩(wěn)定,同時(shí)裝置變負(fù)荷時(shí)需對(duì)J-T閥進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。因此,在J-T閥選型中,除了要遵守低溫閥門設(shè)計(jì)的一般規(guī)則外,還須考慮在高壓差工況對(duì)閥內(nèi)件選型設(shè)計(jì)的特殊要求。

 

J-T閥選型的特殊要求


1: 閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)性能對(duì)比及其選型

一般冷劑用J-T閥和LNG J-T閥的壓差比都在0.9以上,需采用多級(jí)降壓手段。目前,閥內(nèi)件設(shè)計(jì)的基本思想是曲折通道、多級(jí)減壓、擴(kuò)大流動(dòng)區(qū)域和多孔設(shè)計(jì)等。這種結(jié)構(gòu)的閥內(nèi)件可以使高速流體在通過(guò)閥芯、閥座時(shí)每一點(diǎn)的壓力都高于在該溫度下的飽和蒸汽壓,主要有兩種結(jié)構(gòu)形式,多孔套筒式調(diào)節(jié)閥和迷宮式調(diào)節(jié)閥。

 

國(guó)外知名供應(yīng)商產(chǎn)品的共性都是利用多級(jí)套筒實(shí)現(xiàn)逐級(jí)降壓,區(qū)別在于對(duì)迷宮式和多孔式套筒結(jié)構(gòu)的選用上,其中CCI、MASONEILAN、Copes Vulcan、SevernGlocon等主要生產(chǎn)迷宮閥,F(xiàn)isher和Flowsever(Valtek)主要生產(chǎn)多

孔套筒閥。迷宮控制閥對(duì)流速的控制強(qiáng)于多孔套筒閥。在選擇套筒閥級(jí)數(shù)時(shí),若多孔套筒閥流速不滿足要求,應(yīng)選用迷宮閥。如采用迷宮閥芯,J-T閥壽命至少在兩年以上,壽命是套筒閥5~10倍。套筒鉆孔閥適用于小尺寸的多級(jí)減壓工況,大尺寸選迷宮閥。迷宮閥量程范圍較寬,但迷宮閥與多孔套筒閥相比價(jià)格更高。

 

2: 出口流速的控制要求

 

高壓差產(chǎn)生氣蝕,介質(zhì)的高流速也直接影響閥體和閥內(nèi)件的使用壽命,需通過(guò)多通道設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行分級(jí)減壓,使調(diào)節(jié)閥內(nèi)流體壓力-速度曲線變得平穩(wěn)過(guò)渡。因此,選擇閥內(nèi)件流道結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)重點(diǎn)控制介質(zhì)流速,盡量使高速流體撞擊,造成動(dòng)能的消耗,進(jìn)而減小氣蝕、振動(dòng)對(duì)閥門的磨損。應(yīng)滿足ISA標(biāo)準(zhǔn)給出的介質(zhì)流出閥內(nèi)件的速度和動(dòng)壓能的要求。

 

3: 防堵塞設(shè)計(jì)

 

在液化工廠中,造成堵塞的原因主要有介質(zhì)中存在水蒸氣和CO2導(dǎo)致冰堵;管線吹掃不干凈殘留焊渣、銅屑等雜質(zhì)造成臟堵。因此,需考慮多級(jí)減壓套筒設(shè)計(jì)的防堵功能。盡量選擇光滑平穩(wěn)的流路,必要時(shí)應(yīng)縮小閥座直徑,以提高節(jié)流速度來(lái)提高“自潔”性能,還可配置足夠剛度和推力(力矩)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。


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