LNG球閥盲區(qū)LNG導(dǎo)出技術(shù)的研發(fā)*

李 河 張周衛(wèi),2 汪雅紅,2 李 躍

(1.蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院；2.甘肅中遠(yuǎn)能源動(dòng)力工程有限公司)

LNG球閥盲區(qū)LNG導(dǎo)出技術(shù)的研發(fā)*

李 河**1張周衛(wèi)1,2汪雅紅1,2李 躍1

(1.蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院；2.甘肅中遠(yuǎn)能源動(dòng)力工程有限公司)

根據(jù)LNG球閥需要雙向密封、雙向?qū)ā㈤_(kāi)關(guān)均存在LNG盲區(qū)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種新型超低溫壓力調(diào)節(jié)閥并應(yīng)用于LNG球閥中。在球體處沿軸設(shè)置4個(gè)單向?qū)ǖ某蜏貕毫φ{(diào)節(jié)閥后，LNG球閥可及時(shí)自動(dòng)雙向?qū)С雒^(qū)內(nèi)的LNG，并有效控制閥門(mén)兩側(cè)的壓力平衡，起到既可雙向開(kāi)關(guān)，又可雙向密封LNG的安全效用，有效降低了閥門(mén)設(shè)計(jì)壓力和LNG輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力。

LNG球閥 超低溫壓力調(diào)節(jié)閥 盲區(qū)LNG 導(dǎo)出技術(shù)

近年來(lái)，隨著能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，LNG能源的使用量急劇增加，在天然氣的液化及液化天然氣的運(yùn)輸、貯存等方面對(duì)低溫閥門(mén)的需求量也急劇增加。LNG球閥因具有操作簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)快速啟閉等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于LNG管路中[1]。但是，傳統(tǒng)的LNG球閥在開(kāi)啟和關(guān)閉后均存在盲區(qū)，由于存在環(huán)境熱源，盲區(qū)內(nèi)的LNG會(huì)逐漸汽化，溫度逐漸升高，壓力逐漸增大，如不及時(shí)導(dǎo)出盲區(qū)內(nèi)的LNG，盲區(qū)壓力將會(huì)高于閥門(mén)的設(shè)計(jì)壓力，部分密封將被破壞，導(dǎo)致LNG泄漏甚至引起閥門(mén)爆炸。為了解決這一問(wèn)題，傳統(tǒng)的LNG球閥應(yīng)用于低溫領(lǐng)域時(shí)，通常在其閥體外增加管路，連接盲區(qū)至球閥出口段，從而導(dǎo)出低溫流體。但這種方法會(huì)導(dǎo)致盲區(qū)與閥門(mén)一端連通，失去球閥主密封面雙向截止、雙向控制的優(yōu)勢(shì)，如果球閥只能使用一個(gè)主密封面，則不能起到雙向密封的作用。另外，由于管道兩端的LNG均極易汽化形成兩相流，且易反向流動(dòng)，因此外加導(dǎo)管連通一側(cè)不能有效解決雙向截止的問(wèn)題。同時(shí)，外加導(dǎo)管由于強(qiáng)度等原因極易損壞泄漏，且存在閥體外側(cè)不易加裝保溫層、閥體外觀不對(duì)稱(chēng)等缺點(diǎn)[2]。

筆者針對(duì)傳統(tǒng)LNG球閥存在的缺點(diǎn)，根據(jù)-162℃LNG低溫輸運(yùn)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種新型超低溫壓力調(diào)節(jié)閥并應(yīng)用于LNG球閥中，用于解決傳統(tǒng)低溫閥門(mén)在輸送LNG時(shí)存在的無(wú)法雙向密封、雙向?qū)ā⒚芊庑孤┘鞍踩缘偷葐?wèn)題。

1 新型超低溫壓力調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)與工作原理

新型超低溫壓力調(diào)節(jié)閥(圖1)的工作原理為：LNG自右側(cè)調(diào)節(jié)閥閥座頂部通孔進(jìn)入調(diào)節(jié)閥閥座與閥體之間的環(huán)形通道，并作用于調(diào)節(jié)閥閥桿錐形密封面；當(dāng)介質(zhì)壓力大于調(diào)節(jié)閥彈簧設(shè)定的預(yù)緊壓力時(shí)，推動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥桿，帶動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥蓋向左運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)閥打開(kāi)并泄放LNG；當(dāng)介質(zhì)壓力小于調(diào)節(jié)閥彈簧設(shè)定的預(yù)緊壓力時(shí)，調(diào)節(jié)閥自動(dòng)關(guān)閉，以此調(diào)節(jié)壓力。調(diào)節(jié)閥設(shè)定壓力可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力而設(shè)定，調(diào)節(jié)閥閥蓋與調(diào)節(jié)閥閥桿之間的調(diào)節(jié)閥彈簧預(yù)應(yīng)力可通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥閥蓋并改變調(diào)節(jié)閥彈簧預(yù)緊高度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 LNG球閥盲區(qū)LNG的導(dǎo)出技術(shù)

針對(duì)LNG球閥存在的缺點(diǎn)，并根據(jù)LNG球閥需要雙向密封、雙向截止、開(kāi)關(guān)均存在LNG盲區(qū)的特點(diǎn)[2,3]，設(shè)計(jì)了一種帶有超低溫壓力調(diào)節(jié)閥的LNG球閥，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。在-162℃低溫工況下，根據(jù)系統(tǒng)要求，調(diào)節(jié)并校正第1壓力調(diào)節(jié)閥、第2壓力調(diào)節(jié)閥、第3壓力調(diào)節(jié)閥和第4壓力調(diào)節(jié)閥的設(shè)定控制壓力，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥閥蓋并改變調(diào)節(jié)閥彈簧預(yù)緊高度，當(dāng)調(diào)節(jié)閥閥蓋與調(diào)節(jié)閥閥桿之間的調(diào)節(jié)閥彈簧預(yù)緊力調(diào)節(jié)完成后，再根據(jù)調(diào)節(jié)閥閥桿與調(diào)節(jié)閥閥蓋所在的相對(duì)位置，開(kāi)孔并安裝銷(xiāo)桿和卡箍，調(diào)節(jié)校正完成后，將4個(gè)單向?qū)ǖ某蜏貕毫φ{(diào)節(jié)閥焊接于球體上[4,5]，即完成LNG球閥的技術(shù)改造。

圖2 帶有超低溫壓力調(diào)節(jié)閥的LNG球閥

當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，閥桿旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)上閥桿頂部，上閥桿帶動(dòng)下閥桿旋轉(zhuǎn)，下閥桿帶動(dòng)球體旋轉(zhuǎn)并關(guān)閉球閥，主流LNG截?cái)唷．?dāng)LNG自球閥左側(cè)向右側(cè)流動(dòng)時(shí)，球閥關(guān)閉后，雙向密封導(dǎo)致閥腔內(nèi)形成LNG盲區(qū)，LNG無(wú)法排出，此時(shí)，外界環(huán)境提供熱源加熱盲區(qū)內(nèi)的LNG，LNG受熱后溫度升高，壓力增大，自增壓開(kāi)始并很快超過(guò)管道內(nèi)部壓力，盲區(qū)內(nèi)的LNG自增壓后將打開(kāi)安裝于球體上的第1壓力調(diào)節(jié)閥并反流LNG。當(dāng)盲區(qū)LNG自增壓壓力低于左側(cè)設(shè)定主流壓力時(shí)，第1壓力調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，繼續(xù)自增壓，當(dāng)壓力達(dá)到第4壓力調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟壓力時(shí)，第4壓力調(diào)節(jié)閥打開(kāi)，盲區(qū)LNG通過(guò)球閥右側(cè)排出。當(dāng)球閥關(guān)閉，主管道內(nèi)的LNG自增壓后，管道壓力迅速增大，可通過(guò)第2壓力調(diào)節(jié)閥與第3壓力調(diào)節(jié)閥排出LNG，以實(shí)現(xiàn)管道高壓端泄壓并保持壓力平衡。當(dāng)管道左側(cè)LNG自增壓升高，并達(dá)到第2壓力調(diào)節(jié)閥控制壓力時(shí)，第2壓力調(diào)節(jié)閥打開(kāi)，LNG進(jìn)入盲區(qū)，再打開(kāi)第4壓力調(diào)節(jié)閥，LNG排入球閥右側(cè)，兩側(cè)壓力迅速達(dá)到平衡。當(dāng)管道右側(cè)LNG自增壓升高，并達(dá)到第3壓力調(diào)節(jié)閥控制壓力時(shí)，第3壓力調(diào)節(jié)閥打開(kāi)，LNG進(jìn)入盲區(qū)，再打開(kāi)第1壓力調(diào)節(jié)閥，LNG排入球閥左側(cè)，兩側(cè)壓力迅速達(dá)到平衡。

當(dāng)閥門(mén)打開(kāi)時(shí)，閥桿旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)上閥桿，上閥桿帶動(dòng)下閥桿旋轉(zhuǎn)，下閥桿帶動(dòng)球體回轉(zhuǎn)90°后打開(kāi)，LNG主流導(dǎo)通，LNG通過(guò)下閥體左側(cè)沿中部密封面向右側(cè)流動(dòng)，球體盲區(qū)內(nèi)充滿LNG。當(dāng)盲區(qū)LNG壓力大于第2壓力調(diào)節(jié)閥或第3壓力調(diào)節(jié)閥的控制壓力時(shí)，盲區(qū)LNG通過(guò)打開(kāi)的第2壓力調(diào)節(jié)閥或第3壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)入主流LNG。

3 結(jié)束語(yǔ)

筆者根據(jù)LNG管道的特殊性，在LNG球閥設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用盲區(qū)LNG導(dǎo)出技術(shù)、自增壓安全平衡技術(shù)等，設(shè)計(jì)了一個(gè)帶有超低溫壓力調(diào)節(jié)閥的LNG球閥，解決了傳統(tǒng)LNG球閥無(wú)法雙向密封、雙向?qū)ā㈦p向截止及開(kāi)關(guān)存在盲區(qū)等問(wèn)題。在LNG球閥打開(kāi)或關(guān)閉時(shí)，球閥能夠自動(dòng)雙向?qū)С雒^(qū)內(nèi)的LNG，并有效控制閥門(mén)兩側(cè)的壓力平衡，易于反流控制，起到既可雙向開(kāi)關(guān)，又可雙向密封LNG的安全效用，有效降低了閥門(mén)設(shè)計(jì)壓力和LNG輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力，提高了LNG球閥安全性。同時(shí)，可適當(dāng)減小LNG球閥閥體壁厚，使閥門(mén)更輕巧，加工制造成本更低。

[1] 陸培文.實(shí)用閥門(mén)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994:1～6.

[2] 張周衛(wèi),汪雅紅,張小衛(wèi),等.LNG球閥[P].中國(guó):CN201410060746.1,2014-05-14.

[3] 張周衛(wèi),汪雅紅,張小衛(wèi),等.LNG截止閥[P].中國(guó):CN201410053777.4,2014-05-14.

[4] 張周衛(wèi),汪雅紅,張小衛(wèi),等.LNG蝶閥[P].中國(guó):CN201410067518.7,2014-05-21.

[5] 張周衛(wèi),汪雅紅,張小衛(wèi),等.LNG閘閥[P].中國(guó):CN201410057759.3,2014-06-04.

ResearchandDevelopmentofLNG-exportingTechnologiesforLNGBallValveBlindZones

LI He1, ZHANG Zhou-wei1, 2, WANG Ya-hong1,2, LI Yue1

(1.SchoolofEnvironmentalandMunicipalEngineering,LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070,China; 2．GansuZhongyuanEnergy&PowerEngineeringCo.,Ltd. ,Lanzhou730070,China)

Considering the fact that LNG ball valve asks for a two-way sealing and conduction and the LNG blind zones occur in on/off operation, a new pressure-regulating valve for operation at ultrlow temperatures was designed and applied to LNG ball valves. Through having the four one-way pressure-regulating valve installed along the axis of the ball, the LNG ball valve can timely export LNG from blind zones automatically and bi-directionally and effectively control pressure balance between two sides of the valve. The two-way on/off and sealing can effectively reduce the valve’s design pressure and that of the LNG transmission system.

LNG ball valve, pressure regulating valve at ultralow temperature, LNG at blind zone, LNG-exporting technology

*國(guó)家中小企業(yè)創(chuàng)新基金項(xiàng)目(12C26216207017，13C26216205878)。

**李 河，男，1990年1月生，碩士研究生。甘肅省蘭州市，730070。

TQ055.8+1

A

0254-6094(2016)05-0628-03

2015-08-18，

2015-10-09)

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