LNG超低溫深冷球閥設(shè)計(jì)規(guī)范

【資料簡(jiǎn)介】

目前，在電力、水力、石化、冶金行業(yè)的管道上都會(huì)使用到超低溫球閥，用于管道內(nèi)液體的切斷，現(xiàn)有的超低溫球閥一般都會(huì)在球體進(jìn)口一側(cè)設(shè)置泄壓孔，在閥桿下端中心部分設(shè)置備用泄壓孔。在球體出口設(shè)置的泄壓孔一般都是直接與出口通道連通，當(dāng)球體呈關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，管道內(nèi)的超低溫液體介質(zhì)在經(jīng)過(guò)超低溫球閥時(shí)會(huì)通過(guò)此泄壓孔滲入到球體與閥座之間和閥座與閥桿之間，增加了液體介質(zhì)泄漏的幾率，同時(shí)在閥桿下端中心部分設(shè)置的備用泄壓孔會(huì)直接影響閥桿的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，閥桿容易斷裂，降低了閥桿的使用壽命，另外，當(dāng)閥桿與球體之間轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)過(guò)多會(huì)產(chǎn)生間隙，此時(shí)球體在閥體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)易產(chǎn)生位置偏差，導(dǎo)致超低溫球閥發(fā)生易堵和液體介質(zhì)流向改變等不穩(wěn)定現(xiàn)象。

1.1 LNG超低溫深冷球閥設(shè)計(jì)規(guī)范閥體
超低溫固定球球閥為全通徑（圖1）結(jié)構(gòu)，閥門在全開(kāi)啟位置時(shí)無(wú)阻擋，內(nèi)部通徑符合API6D的規(guī)定。閥體為一體式結(jié)構(gòu)，相對(duì)于二片式或三片式閥體，減少了泄漏點(diǎn)。閥門為頂裝式結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)在線更換內(nèi)部密封件，公稱直徑≥NPS2的超低溫球閥設(shè)計(jì)為固定球。本實(shí)用新型涉及超低溫球閥，包括閥體、球體、閥座、閥桿以及用于控制閥桿的操作機(jī)構(gòu)，球體設(shè)于閥體內(nèi)，閥體對(duì)應(yīng)球體兩側(cè)分別設(shè)有介質(zhì)進(jìn)道與介質(zhì)出道，閥座包括進(jìn)口閥座和出口閥座，進(jìn)口閥座設(shè)于球體的一側(cè)并與介質(zhì)進(jìn)道對(duì)應(yīng)，出口閥座設(shè)于球體的另一側(cè)并與介質(zhì)出道對(duì)應(yīng)，閥桿的下端徑向的穿過(guò)閥體，并與球體聯(lián)動(dòng)連接，閥桿的上端與操作機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)設(shè)置，閥桿外設(shè)有閥蓋；閥體與進(jìn)口閥座之間設(shè)有進(jìn)口密封裝置，閥體與出口閥座之間設(shè)有出口密封裝置；閥蓋上端與閥桿之間設(shè)有閥桿密封結(jié)構(gòu)，閥蓋下端與閥體固定連接。
　　　　1.2　閥蓋
　　　　采用加長(zhǎng)閥蓋，其目的在于能起保護(hù)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(zhǎng)閥蓋的設(shè)計(jì)主要是頸部長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)，其與材料的導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)熱面積及表面散熱系數(shù)、散熱面積等因素有關(guān)，計(jì)算比較繁瑣，一般由實(shí)驗(yàn)法求得或采用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。具體數(shù)據(jù)，可以按表1確定。加長(zhǎng)閥蓋頸部長(zhǎng)度L（mm）

　　　　1.3 滴盤
　　　　加長(zhǎng)閥蓋設(shè)置有滴盤，可以防止冷凝水流入保溫層。滴盤的位置同時(shí)標(biāo)明了低溫球閥進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)保溫材料的較高位置。在閥蓋上鉆一連通孔，使加長(zhǎng)段空腔與閥門中腔連通，確保不會(huì)使加長(zhǎng)段空腔產(chǎn)生異常升壓。
　　　　1.4 自泄壓
　　　　中腔異常升壓的泄放通過(guò)自泄壓閥座來(lái)實(shí)現(xiàn)，中腔自泄壓方向?yàn)樯嫌喂艿馈?br />　　1.　5 閥桿密封
　　　　閥桿處密封為低泄漏、低維護(hù)的結(jié)構(gòu)。根據(jù)具體尺寸設(shè)計(jì)成二道或多道密封，使閥桿處密封等級(jí)滿足ISO15848-2的B級(jí)要求，還可防止水壓試驗(yàn)時(shí)有水進(jìn)入到柔性石墨填料內(nèi)，耐久等級(jí)滿足ISO15848-1的C01級(jí)。在填料壓板螺栓連接處設(shè)置有碟形彈簧，進(jìn)行過(guò)載荷補(bǔ)償，避免了溫度交變下的活動(dòng)載荷的影響。
　　　　在閥桿與球體結(jié)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(cè)試，球體與閥蓋及閥桿與閥蓋之間的電阻值不超過(guò)10Ω。超低溫固定球球閥還應(yīng)設(shè)計(jì)滿足API6FA或API607標(biāo)準(zhǔn)的安全防火結(jié)構(gòu)。
　　　　1.6 閥座密封
　　　　在超低溫狀態(tài)下，閥座與閥體配合處的密封采用唇式密封圈（圖2）是較合適的選擇。唇式密封圈本身精度要求高，同時(shí)對(duì)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(yōu)異的PCTFE（kel-f），其性能參數(shù)見(jiàn)表2。

　　　　1.7　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
　　　　閥門在閥桿與垂線成30°夾角時(shí)，能夠正常操作。手動(dòng)球閥（包括采用執(zhí)行器、齒輪驅(qū)動(dòng)裝置）均應(yīng)設(shè)置鎖定裝置，使超低溫球閥可以在全開(kāi)啟或全關(guān)閉的位置都能夠被鎖定。執(zhí)行機(jī)構(gòu)可在線更換維修，亦能在結(jié)冰的條件下操作。

　　　　　2LNG超低溫深冷球閥設(shè)計(jì)規(guī)范主體材料檢驗(yàn)
　　　　（1）材料的檢驗(yàn)與試驗(yàn)應(yīng)符合相應(yīng)EN10204及ASTM標(biāo)準(zhǔn)的要求。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:上述超低溫球閥，在閥門關(guān)閉時(shí)，通過(guò)球體出口位置處的自動(dòng)泄壓裝置能夠?qū)⒅星煌ǖ纼?nèi)低溫液體氣化后產(chǎn)生的高壓及時(shí)排出，在閥門打開(kāi)時(shí)，通過(guò)球體出口位置處的自動(dòng)泄壓裝置能夠避免液體介質(zhì)通過(guò)泄壓孔滲入到球體與閥座之間和閥座與閥桿之間，杜絕液體介質(zhì)發(fā)生泄漏，同時(shí)在閥體下端設(shè)置手動(dòng)泄壓裝置作為備用，與自動(dòng)泄壓裝置一起開(kāi)啟能夠增加排氣效率和安全性能，一個(gè)排氣口發(fā)生堵塞仍可以保證球閥的使用安全，另外，手動(dòng)泄壓裝置內(nèi)的轉(zhuǎn)軸能夠?qū)η蝮w起到定位作用，即使閥桿與球體之間轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)過(guò)多會(huì)產(chǎn)生間隙，球體在閥體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生位置偏差，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以在低溫零下196攝氏度使用，使用壽命長(zhǎng)。
　　　?。?）對(duì)于閥體、閥蓋、閥桿、球體及閥座密封圈，每批（指同批號(hào)、同材質(zhì)、同規(guī)格、同爐號(hào)和同熱處理?xiàng)l件）材料至少抽驗(yàn)一次化學(xué)成分和力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合ASTM標(biāo)準(zhǔn)的要求。
　　　?。?）所有低溫閥門的鍛造材料和鑄造材料應(yīng)逐件按MSSSP-55進(jìn)行外觀檢查（VT），對(duì)于鑄件熱裂和裂紋缺陷不允許出現(xiàn)，對(duì)于鍛件不允許存在發(fā)紋、裂紋、夾層及折疊等缺陷。其余缺陷合格標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)低于MSSSP-55中的B級(jí)要求。
　　　?。?）鑄造承壓部件材料、對(duì)焊端部及與之進(jìn)行焊接的過(guò)渡管段的所有焊縫應(yīng)按照ASMEB16.34的要求進(jìn)行射線檢測(cè)。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)參見(jiàn)ASTME446、E186或E280，ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范SECV卷第五章并應(yīng)滿足上述規(guī)范中A類、B類以及C類不連續(xù)性（缺陷）嚴(yán)重等級(jí)2的要求。不允許存在D、E、F以及G類缺陷。
　　　?。?）對(duì)低溫球閥的球體密封面、對(duì)焊端坡口的外表面，應(yīng)進(jìn)行液體滲透檢測(cè)，檢測(cè)按ASTME165標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，這些部位的液體滲透檢驗(yàn)應(yīng)無(wú)缺陷。
　　　　（6）鍛造承壓部件材料（包括閥桿）應(yīng)進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)，檢驗(yàn)按ASTMA388標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。不得有任何深度達(dá)到5%壁厚的缺陷存在。
　　　?。?）閥門的缺陷清除以及補(bǔ)焊修復(fù)應(yīng)按照ASMEB16.34第8.4節(jié)的規(guī)定。其中鍛制承壓部件不允許補(bǔ)焊修復(fù)。
　　　?。?）閥門的主要受壓元件（閥體、閥蓋、球體）材料應(yīng)進(jìn)行-196℃低溫沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)方法按ASTMA370的規(guī)定。
　　　　（9）評(píng)定閥體對(duì)焊端和短管的焊縫-196℃下的沖擊值。焊接工藝評(píng)定報(bào)告應(yīng)按照ASMEB31.3標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)行-196℃夏比V型沖擊試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)試樣測(cè)試可以接受的較小橫向膨脹值為0.38mm。
　　　　（10）在超低溫工作溫度下，為保持材料的組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，防止材料相變而引起體積變化，并降低機(jī)械加工對(duì)零件變形的影響。對(duì)超低溫閥門，其和介質(zhì)接觸的主要零部件均須進(jìn)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(jìn)行冷卻，當(dāng)零件溫度達(dá)到-196℃時(shí)，開(kāi)始保溫1～2h，然后取出箱外自然處理到常溫，重復(fù)循環(huán)2次。零件在焊接后也應(yīng)進(jìn)行深冷處理以消除應(yīng)力和變形。

　　　　3LNG超低溫深冷球閥設(shè)計(jì)規(guī)范閥門的檢查和試驗(yàn)
　　　?。?）對(duì)每個(gè)球閥要進(jìn)行尺寸檢驗(yàn)，端部尺寸和偏差應(yīng)符合ASMEB16.10、ASMEB16.5、ASMEB16.25標(biāo)準(zhǔn)的要求。
　　　?。?）所有低溫球閥在裝配完成后，應(yīng)進(jìn)行常溫壓力試驗(yàn)。按API598標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，包括

①殼體水壓試驗(yàn)。

②高壓密封試驗(yàn)。

③低壓密封試驗(yàn)。

④閥腔的泄放試驗(yàn)。
　　　　（3）常溫動(dòng)作性能試驗(yàn)中，手動(dòng)和帶驅(qū)動(dòng)裝置的球閥應(yīng)當(dāng)在球閥整機(jī)裝配后至少進(jìn)行5次完整帶壓?jiǎn)㈤]循環(huán)操作。帶驅(qū)動(dòng)裝置的球閥進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)必須整機(jī)帶壓操作球閥。
　　　?。?）奧氏體不銹鋼材質(zhì)的超低溫球閥其壓力試驗(yàn)有特殊要求。

①壓力試驗(yàn)用水中的氯離子含量應(yīng)低于0.03%。

②壓力試驗(yàn)完成后，試驗(yàn)用水應(yīng)立即排凈。球閥應(yīng)*除水、除油脫脂處理。
　　　?。?）按ISO15848-2標(biāo)準(zhǔn)對(duì)閥桿和閥體密封件處進(jìn)行逸散性泄漏檢測(cè)。
　　　?。?）按API6D附錄B.5的規(guī)定進(jìn)行防靜電試驗(yàn)。
　　　　（7）球閥低溫試驗(yàn)在常溫試驗(yàn)合格后進(jìn)行，應(yīng)按BS6364標(biāo)準(zhǔn)以同尺寸/類型/爐號(hào)和材料的球閥組成一批做低溫性能試驗(yàn)，按10%比例進(jìn)行抽檢，抽檢比例較少為一件。低溫試驗(yàn)的溫度為-196℃。執(zhí)行低溫試驗(yàn)前，閥門必需干燥，防止低溫試驗(yàn)時(shí)未干的水固化，影響密封。閥門放入冷卻介質(zhì)中后，應(yīng)通以0.2MPa的氦氣，使閥門里的濕氣排除。閥門冷卻過(guò)程應(yīng)有合理的熱電偶布置，對(duì)閥門的關(guān)鍵部位進(jìn)行溫度監(jiān)控，確保閥門充分冷卻、溫度均勻后才能開(kāi)始試驗(yàn)。超低溫試驗(yàn)一般采用液氮進(jìn)行冷卻，用氦氣進(jìn)行閥門泄漏測(cè)試。閥座密封試驗(yàn)時(shí)，需采用分段式增壓。應(yīng)保證低溫試驗(yàn)后閥門自然回溫，回溫過(guò)程應(yīng)防止潮氣進(jìn)入閥門。低溫試驗(yàn)的允許泄漏率見(jiàn)表3。 閥門低溫試驗(yàn)允許泄漏率注：P為閥門承壓殼體材料在38℃（100°F）時(shí)的壓力額定值。

　　　　4LNG超低溫深冷球閥設(shè)計(jì)規(guī)范結(jié)語(yǔ)
　　　　隨著天然氣資源以其豐富的蘊(yùn)藏量的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，LNG輸送很好的解決了管道天然氣（PNG）無(wú)法到達(dá)的城市天然氣的使用，其發(fā)展迅速，優(yōu)勢(shì)明顯，將會(huì)迎來(lái)一個(gè)廣闊的發(fā)展空間。在建和規(guī)劃建設(shè)的LNG接收站將較終構(gòu)成一個(gè)沿海LNG接收站和輸送管網(wǎng)。隨著市場(chǎng)的放開(kāi)及國(guó)家重大工業(yè)裝置/設(shè)備國(guó)產(chǎn)化政策及關(guān)鍵技術(shù)的突破，超低溫閥門的市場(chǎng)需求正逐年上升。通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度計(jì)算、材料的檢驗(yàn)、深冷處理，以及低溫性能試驗(yàn)，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。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種使用壽命長(zhǎng)的超低溫球閥。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:超低溫球閥，包括:閥體，設(shè)置在閥體內(nèi)的球體和與球體上端相連接的閥桿，設(shè)置在閥體上端閥桿外側(cè)的長(zhǎng)頸蓋，設(shè)置在閥體兩側(cè)的進(jìn)口端閥蓋和出口端閥蓋，設(shè)置在進(jìn)口端閥蓋與球體之間的進(jìn)口端閥座圈，設(shè)置在出口端閥蓋與球體之間的出口端閥座圈，在所述進(jìn)口端閥蓋和進(jìn)口端閥座圈內(nèi)設(shè)置有進(jìn)口通道，在所述出口端閥蓋與出口端閥座圈內(nèi)設(shè)置有出口通道，在所述球體內(nèi)設(shè)置有與進(jìn)口通道和出口通道相互連通的中腔通道，在所述長(zhǎng)頸蓋的上端與閥桿之間設(shè)置有密封填料，在所述密封填料上端長(zhǎng)頸蓋與閥桿之間設(shè)置有與密封填料相互配合的壓蓋，在所述密封填料下端長(zhǎng)頸蓋與閥桿之間設(shè)置有與密封填料相互配合的壓環(huán)，在所述手動(dòng)閥桿的另一端上設(shè)置有與手動(dòng)泄壓孔相互配合的擋體，在所述轉(zhuǎn)軸的下端兩側(cè)分別設(shè)置有與手動(dòng)閥腔相互連通的手動(dòng)排氣孔。