李世濤　姜雪　劉博男

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，液化天然氣走進(jìn)了普通民眾的生活，但液化天然氣沸點(diǎn)很低，為-165℃，如何設(shè)置合理的閥門結(jié)構(gòu)，選擇合適材料顯得十分重要。本文根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)超低溫閥門材料應(yīng)用內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，并從閥蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、滴水板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、泄壓部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、防靜電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)六方面，論述了超低溫閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式。

關(guān)鍵詞：超低溫閥門;結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì);滴水板

近年來(lái)，我國(guó)液化天然氣產(chǎn)量迅速提升，相比之下，液化天然氣在清潔方面要比傳統(tǒng)能源更具優(yōu)勢(shì)。站在性質(zhì)角度來(lái)說(shuō)，液化天然氣本身屬于易燃易爆物質(zhì)，無(wú)論是在運(yùn)輸還是在存儲(chǔ)過程中，均要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行操作。為了讓液化天然氣始終處于供給穩(wěn)定狀態(tài)，各個(gè)環(huán)節(jié)中的設(shè)備和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提升顯得十分重要。閥門在液化天然氣輸送中發(fā)揮著重要作用，需要對(duì)其進(jìn)行合適的穩(wěn)壓和調(diào)節(jié)操作。

1.超低溫閥門材料應(yīng)用分析

在閥門制作上，應(yīng)用的材料種類有很多，其中，最為常見的有鋼、銅和鐵。與一般流體不同，液化天然氣溫度較低，制作材料同樣需要在低溫環(huán)境下保持穩(wěn)定特性，還要兼顧液化天然氣的自身特性，只有這樣，才能保證液化天然氣始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。但從實(shí)際角度來(lái)說(shuō)，閥門外部環(huán)境穩(wěn)定性并不高，溫度變化幅度較大，很容易讓閥門失去穩(wěn)定性，無(wú)法得到有效控制。所以說(shuō)，在閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，人們應(yīng)該以柔性設(shè)計(jì)原則為主，讓各項(xiàng)偏差得到全面補(bǔ)償，并針對(duì)閥門材料特性進(jìn)行深冷處理，避免出現(xiàn)低溫變形情況，發(fā)揮出各種材料的實(shí)效。對(duì)于那些生活中常見的金屬材料，如果長(zhǎng)期處于低溫狀態(tài)，柔性和強(qiáng)度均會(huì)受到影響，所會(huì)說(shuō)，實(shí)際超低溫閥門在設(shè)計(jì)時(shí)，可以應(yīng)用金屬密封件材料，強(qiáng)化整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1閥蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在整個(gè)閥門設(shè)計(jì)過程中，閥蓋設(shè)計(jì)意義十分明顯，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，工作人員需要對(duì)液化天然氣溫度低的情況進(jìn)行充分考慮，讓閥門內(nèi)部填充材料在使用時(shí)，溫度全部集中在0℃以上。從這里也可以看出，實(shí)際閥蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，以長(zhǎng)頸閥蓋設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為主，并借助于填料，將閥蓋結(jié)構(gòu)和閥蓋底部距離控制在合理范圍內(nèi)，保證不會(huì)因?yàn)榈蜏爻霈F(xiàn)閥蓋位置和閥門凍結(jié)問題，讓閥門結(jié)構(gòu)始終處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

2.2密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)操作主要是在閥門中加裝一個(gè)重要板塊，在整個(gè)超低溫閥門設(shè)計(jì)時(shí)，人們需要借助于一種特殊的密封結(jié)構(gòu)，保證閥門即使在溫度較低的環(huán)境下，依然能夠保持良好的密封性能。整體來(lái)看，主要應(yīng)用的材料有柔性石墨填料、O形圈、唇式密封圈等等，這些材料均能對(duì)閥門密封性能產(chǎn)生影響。更為重要的是，碟簧組預(yù)緊式結(jié)構(gòu)同樣也能發(fā)揮出作用，降低大幅度溫差狀態(tài)下，螺栓出現(xiàn)變形問題的幾率，還能避免在長(zhǎng)期使用過程中，密封件可能出現(xiàn)的松弛幾率。

2.3滴水板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

超低溫閥門中所傳遞的介質(zhì)，往往具備明顯的低溫特性，為了更好的降低或則是避免介質(zhì)溫度影響閥桿和填充材料，導(dǎo)致零件和材料在低溫凍結(jié)下性能失效，工作人員應(yīng)添加相應(yīng)的滴水板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。從之前研究過程中能夠看出，滴水板結(jié)構(gòu)應(yīng)用到后閥蓋上方之后，溫度明顯提升。除此之外，在設(shè)計(jì)操作上，閥蓋上部溫度偏差也會(huì)增加，而且還會(huì)直接暴露在空氣之中，此時(shí)，空氣中的水蒸氣在遇到低溫閥蓋時(shí)，會(huì)形成水珠，在加上滴水板直徑比法蘭寬很多，可以阻擋空氣液化水滴進(jìn)入到中法蘭螺栓，降低銹蝕問題的出現(xiàn)幾率。

2.4泄壓部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

當(dāng)?shù)蜏亟橘|(zhì)出現(xiàn)氣化問題之后，很容易出現(xiàn)體積變大問題，當(dāng)液化天然氣液化后，體積也會(huì)增加，最高能夠達(dá)到液態(tài)狀態(tài)的六百多倍。當(dāng)閥門處于閉合狀態(tài)后，倘若外部環(huán)境溫度升高，閥體內(nèi)部低溫介質(zhì)便會(huì)出現(xiàn)吸熱汽化問題，讓體積迅速膨脹，此時(shí)，閥門內(nèi)部壓力增加幅度大幅提升，導(dǎo)致很多原件受到破壞，如果問題長(zhǎng)時(shí)間不能解決，容易導(dǎo)致閥門失效現(xiàn)象。因此，在實(shí)際閥門設(shè)計(jì)過程中，工作人員需要在入口位置加裝泄壓結(jié)構(gòu)，其中，最為常見的形式當(dāng)屬泄壓孔設(shè)計(jì)，讓腔體和入口管道之間始終處于連通狀態(tài)，將腔體內(nèi)部氣壓異常上升情況避免。

2.5防靜電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

我國(guó)超低溫閥門中密封閥座材料的選擇，主要以PCTFE為主。但該材料在應(yīng)用是，極容易出現(xiàn)靜電聚集反應(yīng)，由于液化天然氣本身具體易燃易爆特性，在這種介質(zhì)中應(yīng)用，極容易出現(xiàn)靜電火花，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，工作人員需要在其中添加一部分預(yù)防靜電裝置。一般來(lái)說(shuō)，能夠加入其中的裝置有避雷針導(dǎo)通設(shè)施等，主要是對(duì)電流進(jìn)行有效引導(dǎo)，并將閥桿和閥體聯(lián)系在一起，將靜電有序?qū)С?，只有這顏，才能更好的消除安全隱患。

2.6防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要是為了預(yù)防由于溫度的劇烈變化，引發(fā)介質(zhì)外漏情況。從整體閥體閥蓋雙道密封結(jié)構(gòu)中能夠看出，主要采用的密封形式為唇式密封圈和石墨纏繞墊片相結(jié)合的形式，實(shí)際閥桿密封部位，也會(huì)實(shí)用唇式密封圈、石墨填料組等多重密封結(jié)構(gòu)。該種防火結(jié)構(gòu)在火災(zāi)出現(xiàn)后，可以借助于閥體中腔內(nèi)部的石墨纏繞墊片，以及石墨填料組織執(zhí)行介質(zhì)密封操作，避免因?yàn)槊芊馊θ刍?，出現(xiàn)流體泄漏現(xiàn)象。更為重要的是，還有一部分閥體在防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，應(yīng)用了金屬閥座和非金屬密封環(huán)雙重密封防火結(jié)構(gòu)，如果第一道非金屬密封環(huán)由于熔化而失去效果，第二道防火密封裝置會(huì)在彈簧的作用下，實(shí)際將閥座推向球體，進(jìn)而將管線流體徹底阻斷，防治內(nèi)漏問題出現(xiàn)。

3.閥門閥桿組合設(shè)計(jì)

在整個(gè)超低溫閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中，涉及到的介質(zhì)具備明顯的超低溫特點(diǎn)，對(duì)于閥桿組合設(shè)計(jì)，還應(yīng)該在其中加入彈簧蓄能圈、密封墊片和中間閥桿填料等部件。其中，彈簧蓄能密封圈的應(yīng)用顯得十分重要，如果整個(gè)閥腔內(nèi)的低溫介質(zhì)遇熱氣化，便會(huì)制造出高壓環(huán)境，該密封圈在壓力作用下，便會(huì)與密封溝槽緊貼在一起，有效避免泄漏問題出現(xiàn)。在中間部位中，工作人員還會(huì)在其中加入一些防爆零部件。如果腔內(nèi)壓力達(dá)到一定強(qiáng)度，便會(huì)出現(xiàn)保護(hù)層，保證閥桿在高壓狀態(tài)下不會(huì)被沖出。在蝶型彈簧部件的應(yīng)用，主要作用就是建立預(yù)緊式壓緊填料，對(duì)溫度變化而出現(xiàn)的密封件松弛現(xiàn)象進(jìn)行有效解決。除此之外，在整個(gè)閥門設(shè)計(jì)過程中，工作人員還需要對(duì)周圍環(huán)境因素進(jìn)行充分考慮，如遇到周圍環(huán)境溫度大幅升高現(xiàn)象，將會(huì)對(duì)閥門材料選擇以及閥桿長(zhǎng)度等選擇產(chǎn)生影響，此時(shí)，工作人員需要在中間加裝一些輔助部件。如果周圍環(huán)境溫度較高，極容易和低溫介質(zhì)產(chǎn)生對(duì)流問題，即使中間存在阻隔物質(zhì)，同樣也會(huì)由于溫度的傳遞，出現(xiàn)明顯的熱交換問題，影響主體閥門應(yīng)用的可靠新。所以說(shuō)，在一些特殊環(huán)境下，工作人員需要應(yīng)用一些特殊的超低溫閥門結(jié)構(gòu)和材料，讓超低溫介質(zhì)運(yùn)輸始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，避免系統(tǒng)安全性受到影響，這也是超低溫閥門結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)所在。

4.結(jié)論

綜上所述，在新時(shí)期液化天然氣應(yīng)用中，接收站和工廠數(shù)量越來(lái)越多，受多種因素的影響，超低溫閥門制作也容易被壟斷。為此，人們需要對(duì)超低溫閥門制造和研發(fā)提高重視程度，嚴(yán)格控制該類閥門的制造工藝，設(shè)計(jì)出更加安全可靠的閥門，維護(hù)液化氣系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造有利條件。

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