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      3. 威盾VTON閥門中國營銷中心

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        LNG液化天然氣用的進口低溫球閥有什么特征
        2020-07-01

        LNG液化天然氣用的進口低溫球閥有什么特征

        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、汽車及飛機等交通工具的主要能源之一。LNG是天然氣在經凈化及超低溫狀態下(-162℃、一個大氣壓)冷卻液化的產物。液化后的天然氣體積約為天然氣體積的1/6000℃、1個大氣壓時)。LNG無色無味,主要成分為甲烷,很少有其他雜質。其液體密度約426kg/m3,此時氣體密度約1.5kg/m3。爆炸極限為5%15%(體積%),燃點為450℃。天然氣液化、運輸、儲存和汽化等工藝配套設備的建設,給超低溫球閥的發展帶來了契機。LNG接收站主要的截斷閥類有超低溫球閥、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。

        下面以美國威盾VTON進口低溫球閥應用于LNG場合的低溫球閥來分析下低溫球閥的結構和特征:

        1.1 閥體

        超低溫固定球球閥為全通徑(圖1)結構,閥門在全開啟位置時無阻擋,內部通徑符合API6D的規定。閥體為一體式結構,相對于二片式或三片式閥體,減少了泄漏點。閥門為頂裝式結構,可實現在線更換內部密封件,公稱直徑≥NPS2的超低溫球閥設計為固定球。

        1.1 閥體

        超低溫固定球球閥為全通徑(圖1)結構,閥門在全開啟位置時無阻擋,內部通徑符合API6D的規定。閥體為一體式結構,相對于二片式或三片式閥體,減少了泄漏點。閥門為頂裝式結構,可實現在線更換內部密封件,公稱直徑≥NPS2的超低溫球閥設計為固定球。

        1.2 閥蓋

        采用加長閥蓋,其目的在于能起保護填料函的功能。保證填料函部位的溫度在0℃以上,使填料可以正常工作。加長閥蓋的設計主要是頸部長度的設計,其與材料的導熱系數、導熱面積及表面散熱系數、散熱面積等因素有關,計算比較繁瑣,一般由實驗法求得或采用相關標準。具體數據,可以按表1確定。

        1.3 滴盤

        加長閥蓋設置有滴盤,可以防止冷凝水流入保溫層。滴盤的位置同時標明了低溫球閥進行現場保溫材料的最高位置。在閥蓋上鉆一連通孔,使加長段空腔與閥門中腔連通,確保不會使加長段空腔產生異常升壓。

        1.4 自泄壓

        中腔異常升壓的泄放通過自泄壓閥座來實現,中腔自泄壓方向為上游管道。

        1. 5 閥桿密封

        閥桿處密封為低泄漏、低維護的結構。根據具體尺寸設計成二道或多道密封,使閥桿處密封等級滿足ISO15848-2B級要求,還可防止水壓試驗時有水進入到柔性石墨填料內,耐久等級滿足ISO15848-1C01級。在填料壓板螺栓連接處設置有碟形彈簧,進行過載荷補償,避免了溫度交變下的活動載荷的影響。

        在閥桿與球體結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設計滿足API6FAAPI607標準的安全防火結構。

        1.6 閥座密封

        在超低溫狀態下,閥座與閥體配合處的密封球閥采用唇式密封圈(圖2)是最合適的選擇。唇式密封圈本身精度要求高,同時對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異的PCTFEkel-f),其性能參數見表2。

        1.7 驅動機構

        閥門在閥桿與垂線成30°夾角時,能夠正常操作。手動球閥(包括采用執行器、齒輪驅動裝置)均應設置鎖定裝置,使超低溫球閥可以在全開啟或全關閉的位置都能夠被鎖定。執行機構可在線更換維修,亦能在結冰的條件下操作。

        2主體材料檢驗

        1)材料的檢驗與試驗應符合相應EN10204ASTM標準的要求。

        2)對于閥體、閥蓋、閥桿、球體及閥座密封圈,每批(指同批號、同材質、同規格、同爐號和同熱處理條件)材料至少抽驗一次化學成分和力學性能試驗,試驗結果應符合ASTM標準的要求。

        3)所有低溫閥門的鍛造材料和鑄造材料應逐件按MSSSP-55進行外觀檢查(VT),對于鑄件熱裂和裂紋缺陷不允許出現,對于鍛件不允許存在發紋、裂紋、夾層及折疊等缺陷。其余缺陷合格標準不應低于MSSSP-55中的B級要求。

        4)鑄造承壓部件材料、對焊端部及與之進行焊接的過渡管段的所有焊縫應按照ASMEB16.34的要求進行射線檢測。驗收標準參見ASTME446、E186E280,ASME鍋爐及壓力容器規范SECV卷第五章并應滿足上述規范中A類、B類以及C類不連續性(缺陷)嚴重等級2的要求。不允許存在D、E、F以及G類缺陷。

        5)對低溫球閥的球體密封面、對焊端坡口的外表面,應進行液體滲透檢測,檢測按ASTME165標準進行,這些部位的液體滲透檢驗應無缺陷。

        6)鍛造承壓部件材料(包括閥桿)應進行超聲波檢驗,檢驗按ASTMA388標準進行。不得有任何深度達到5%壁厚的缺陷存在。

        7球閥的缺陷清除以及補焊修復應按照ASMEB16.348.4節的規定。其中鍛制承壓部件不允許補焊修復。

        8)閥門的主要受壓元件(閥體、閥蓋、球體)材料應進行-196℃低溫沖擊試驗。試驗方法按ASTMA370的規定。

        9)評定閥體對焊端和短管的焊縫-196℃下的沖擊值。焊接工藝評定報告應按照ASMEB31.3標準要求,進行-196℃夏比V型沖擊試驗,標準試樣測試可以接受的最小橫向膨脹值為0.38mm。

        10)在超低溫工作溫度下,為保持材料的組織結構穩定,防止材料相變而引起體積變化,并降低機械加工對零件變形的影響。對超低溫閥門,其和介質接觸的主要零部件均須進行深冷處理。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行冷卻,當零件溫度達到-196℃時,開始保溫12h,然后取出箱外自然處理到常溫,重復循環2次。零件在焊接后也應進行深冷處理以消除應力和變形。

        3閥門的檢查和試驗

        1)對每個球閥要進行尺寸檢驗,端部尺寸和偏差應符合ASMEB16.10、ASMEB16.5、ASMEB16.25標準的要求。

        2)所有低溫球閥在裝配完成后,應進行常溫壓力試驗。按API598標準進行檢驗,包括①殼體水壓試驗。②高壓密封試驗。③低壓密封試驗。④閥腔的泄放試驗。

        3)常溫動作性能試驗中,手動和帶驅動裝置的球閥應當在球閥整機裝配后至少進行5次完整帶壓啟閉循環操作。帶驅動裝置的球閥進行壓力試驗時必須整機帶壓操作球閥。

        4)奧氏體不銹鋼材質的超低溫球閥其壓力試驗有特殊要求。①壓力試驗用水中的氯離子含量應低于0.03%。②壓力試驗完成后,試驗用水應立即排凈。球閥應徹底除水、除油脫脂處理。

        5)按ISO15848-2標準對閥桿和閥體密封件處進行逸散性泄漏檢測。

        6)按API6D附錄B.5的規定進行防靜電試驗。

        7)球閥低溫試驗在常溫試驗合格后進行,應按BS6364標準以同尺寸/類型/爐號和材料的球閥組成一批做低溫性能試驗,按10%比例進行抽檢,抽檢比例最少為一件。低溫試驗的溫度為-196℃。執行低溫試驗前,閥門必需干燥,防止低溫試驗時未干的水固化,影響密封。閥門放入冷卻介質中后,應通以0.2MPa的氦氣,使球閥里的濕氣排除。閥門冷卻過程應有合理的熱電偶布置,對閥門的關鍵部位進行溫度監控,確保閥門充分冷卻、溫度均勻后才能開始試驗。超低溫試驗一般采用液氮進行冷卻,用氦氣進行閥門泄漏測試。閥座密封試驗時,需采用分段式增壓。應保證低溫試驗后閥門自然回溫,回溫過程應防止潮氣進入閥門。

        1.7 驅動機構

        閥門在閥桿與垂線成30°夾角時,能夠正常操作。手動球閥(包括采用執行器、齒輪驅動裝置)均應設置鎖定裝置,使超低溫球閥可以在全開啟或全關閉的位置都能夠被鎖定。執行機構可在線更換維修,亦能在結冰的條件下操作。

        2主體材料檢驗

        1)材料的檢驗與試驗應符合相應EN10204ASTM標準的要求。

        2)對于閥體、閥蓋、閥桿、球體及閥座密封圈,每批(指同批號、同材質、同規格、同爐號和同熱處理條件)材料至少抽驗一次化學成分和力學性能試驗,試驗結果應符合ASTM標準的要求。

        3)所有低溫閥門的鍛造材料和鑄造材料應逐件按MSSSP-55進行外觀檢查(VT),對于鑄件熱裂和裂紋缺陷不允許出現,對于鍛件不允許存在發紋、裂紋、夾層及折疊等缺陷。其余缺陷合格標準不應低于MSSSP-55中的B級要求。

        4)鑄造承壓部件材料、對焊端部及與之進行焊接的過渡管段的所有焊縫應按照ASMEB16.34的要求進行射線檢測。驗收標準參見ASTME446、E186E280,ASME鍋爐及壓力容器規范SECV卷第五章并應滿足上述規范中A類、B類以及C類不連續性(缺陷)嚴重等級2的要求。不允許存在D、E、F以及G類缺陷。

        5)對低溫球閥的球體密封面、對焊端坡口的外表面,應進行液體滲透檢測,檢測按ASTME165標準進行,這些部位的液體滲透檢驗應無缺陷。

        6)鍛造承壓部件材料(包括閥桿)應進行超聲波檢驗,檢驗按ASTMA388標準進行。不得有任何深度達到5%壁厚的缺陷存在。

        7)閥門的缺陷清除以及補焊修復應按照ASMEB16.348.4節的規定。其中鍛制承壓部件不允許補焊修復。

        8)閥門的主要受壓元件(閥體、閥蓋、球體)材料應進行-196℃低溫沖擊試驗。試驗方法按ASTMA370的規定。

        9)評定閥體對焊端和短管的焊縫-196℃下的沖擊值。焊接工藝評定報告應按照ASMEB31.3標準要求,進行-196℃夏比V型沖擊試驗,標準試樣測試可以接受的最小橫向膨脹值為0.38mm。

        10)在超低溫工作溫度下,為保持材料的組織結構穩定,防止材料相變而引起體積變化,并降低機械加工對零件變形的影響。對超低溫閥門,其和介質接觸的主要零部件均須進行深冷處理。將球閥閥體、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行冷卻,當零件溫度達到-196℃時,開始保溫12h,然后取出箱外自然處理到常溫,重復循環2次。零件在焊接后也應進行深冷處理以消除應力和變形。

        3閥門的檢查和試驗

        1)對每個球閥要進行尺寸檢驗,端部尺寸和偏差應符合ASMEB16.10、ASMEB16.5、ASMEB16.25標準的要求。

        2)所有低溫球閥在裝配完成后,應進行常溫壓力試驗。按API598標準進行檢驗,包括①殼體水壓試驗。②高壓密封試驗。③低壓密封試驗。④閥腔的泄放試驗。

        3)常溫動作性能試驗中,手動和帶驅動裝置的球閥應當在球閥整機裝配后至少進行5次完整帶壓啟閉循環操作。帶驅動裝置的球閥進行壓力試驗時必須整機帶壓操作球閥。

        4)奧氏體不銹鋼材質的超低溫球閥其壓力試驗有特殊要求。①壓力試驗用水中的氯離子含量應低于0.03%。②壓力試驗完成后,試驗用水應立即排凈。球閥應徹底除水、除油脫脂處理。

        5)按ISO15848-2標準對閥桿和閥體密封件處進行逸散性泄漏檢測。

        6)按API6D附錄B.5的規定進行防靜電試驗。

        7)球閥低溫試驗在常溫試驗合格后進行,應按BS6364標準以同尺寸/類型/爐號和材料的球閥組成一批做低溫性能試驗,按10%比例進行抽檢,抽檢比例最少為一件。低溫試驗的溫度為-196℃。執行低溫試驗前,閥門必需干燥,防止低溫試驗時未干的水固化,影響密封。閥門放入冷卻介質中后,應通以0.2MPa的氦氣,使閥門里的濕氣排除。閥門冷卻過程應有合理的熱電偶布置,對閥門的關鍵部位進行溫度監控,確保閥門充分冷卻、溫度均勻后才能開始試驗。超低溫試驗一般采用液氮進行冷卻,用氦氣進行閥門泄漏測試。閥座密封試驗時,需采用分段式增壓。應保證低溫試驗后閥門自然回溫,回溫過程應防止潮氣進入閥門。低溫試驗的允許泄漏率見表3

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        隨著天然氣資源以其豐富的蘊藏量的開發和應用,LNG輸送很好的解決了管道天然氣(PNG)無法到達的城市天然氣的使用,其發展迅速,優勢明顯,將會迎來一個廣闊的發展空間。在建和規劃建設的LNG接收站將最終構成一個沿海LNG接收站和輸送管網。隨著市場的放開及國家重大工業裝置/設備國產化政策及關鍵技術的突破,超低溫閥門的市場需求正逐年上升。

        美國威盾VTON通過合理的結構設計、強度計算、材料的檢驗、深冷處理,以及低溫性能試驗,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,通過與全球合作伙伴的合作開發,其低溫球閥產品已經廣泛應用于天然氣液化、儲運設備;氣體液化設備、空分設備;液態氧、氮、氬、氫、二氧化碳低溫貯槽及槽車;變壓吸附制氧、氮設備。廣泛應用于能源、石化、冶金、航天、核工業。

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