[发明专利]LNG截止阀

说明书

技术领域

本发明涉及一种-162℃ LNG截止阀，采用设置预应力弹簧的可收缩弹性阀杆技术、迷宫密封技术及多重密封的全焊接阀门技术等，根据低温阀体的温差应力自由收缩以适应阀体的温度变化，维持阀门密封面所需预应力，防止温差应变引起的泄漏。可有效降低整体阀杆的高度，缩小LNG截止阀的整体尺寸，具备LNG截止与安全双重功效；可有效降低阀门设计压力及LNG输送系统的设计压力，阀门体积更小，安全性更高，加工制造成本更低。

背景技术

在-162℃ LNG低温领域，成套工艺流程中常用的过程控制阀门数量众多，截止阀为LNG主要通断阀门，为成套工艺设备中不可缺少的主要设备，且一般都采用法兰或螺纹连接于LNG管道中。首先，由于LNG汽化后为易燃易暴气体，主要成份为CH₄，传统的低温截止阀由于存在大量的密封面，容易引起LNG泄漏，如阀体与阀盖之间，管道连接处法兰及其它螺纹连接处等，尤其在-162℃低温工况下，密封垫片及密封面往往直接与LNG接触，密封材料容易出现低温脆断，密封面经常出现泄漏，存在很大安全隐患，尤其对于易燃易爆的天然气，泄漏造成的危险性更大。本发明根据LNG低温渗漏特点，按照迷宫密封的原理，在低温阀杆上部开有多个节流降压的环形齿槽，当阀门打开时，压力较高的LNG经多个环形齿槽连续节流降压后，迅速汽化形成高压气体，并密封于阀门上部，与底部的LNG压力达到平衡，以此抵制LNG直接向上渗透并接触上部密封面，以免冻坏密封面，延长了密封面的使用寿命。节流汽化后的气体，温度升高后，密封于阀门上部，可降低LNG与阀门内表面的传热速度，延缓冷量向上传递，以此，可降低阀杆及整个阀门的高度，缩小阀门体积。考虑到LNG低温属性，阀门顶部设置多重低温密封，并填充多重密封函，以满足低温密封面对NG及LNG的密封要求。同时，设置全焊型阀门，不再设置传统的阀盖，以上阀体与下阀体对焊的形式减少密封面，以最大限度的降低LNG泄漏。其次，由于LNG截止阀上下温差较大，阀体与LNG接触，手轮、上阀体及上部阀杆部件与外部大气环境接触，阀门两端存在200℃左右的温差，部件内部存在很大温差应力，尤其阀杆与上阀体之间。LNG阀体一般采用铸钢制造，传热速度较快，需要很长的上阀体及阀杆延迟传热，以防止手轮等部件温度太低，以免造成低温冻伤。一般要求阀杆延长到不结霜为至。此外，由于阀体一般采用铸钢件，阀杆采用钢性锻件，两者热膨胀系数相差较大，低温工况下存在较大温差应力，相互接触后，低温应变容易导致阀体开裂，阀杆变形，主密封面破坏，LNG无法截止等问题。所以，传统的低温阀门用于LNG领域时，要求阀杆较长以减少局部温差应变，使整个阀门体积较大，以适应于冷收缩及解决较大温差应力等问题。本发明根据LNG低温阀门冷量由阀体向上传递的特点，可根据实际阀门的大小，在上阀体外设置传热系数较大的多重圆形散冷翅片，以阻止冷量向上传递，达到降低阀杆高度的要求。同时，由于采用了迷宫密封的多重节流降压及气化效应，阻止LNG向上渗漏，也可降低阀杆的高度。此外，采用设置预应力的可收缩的弹性阀杆技术，根据低温工况下阀体的温差应力，自由收缩以适应阀体的温度变化，保证密封面的所需的预应力，确保密封面不会因大温差变化而导致泄漏，还可有效降低整体阀杆的高度，缩小截止阀的整体尺寸。最后，LNG为低温流体，管道输送压力一般低于0.2MPa，处于饱和状态或过热状态，输送时外界会源源不断通过阀门及管道给LNG提供热量，导致LNG持续汽化，出现两相流。两相流遇到截止阀突然截止时，容易导致管道内剩余LNG压力聚增并过临界。当压力迅速超过临界压力4.6MPa后，温度超过临界温度-82.59℃后，会给整个输送系统完全造成极大隐患，所以，一般的LNG截止阀或LNG系统的设计压力大于6 MPa，使整个LNG系统设计难度增大，设备笨重，体积庞大。本发明根据LNG易过临界的特性，在截止阀设计过程中，采用弹性阀杆技术，设置控制LNG截止的预应力，当预应力超过LNG截止压力0.2MPa时，阀杆可自动上升并打开截止阀，使LNG导通，起到截止阀及安全阀的双重功效，可有效降低LNG截止阀的设计压力及LNG输送系统的设计压力，使LNG截止阀体积更小，安全性更高，加工制造成本更低。

发明内容

本发明根据-162℃ LNG低温输运的特点，发明了LNG截止阀，用于解决传统的在输送LNG时存在的密封泄漏、安全控制、体积较大、设计笨重、阀杆太长等问题，可提高管道内LNG过程控制效率，降低系统设计压力，缩小阀门体积，提高LNG系统的安全性等。

本发明的技术解决方案：