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气动超低温焊接式球阀
更新时间:2020-12-10
产品型号:LNG
描述:LNG气动超低温焊接式球阀是液化天然气(LNG)的广泛应用,对超低温工况下应用的阀门的要求也越来越高。根据相关工程设计及工艺操作安全的要求,国内外各阀门供应商一直在进行对超低温球阀在不同部位的结构设计方面的研究,并对结构设计进行相应的改进。

LNG气动超低温焊接式球阀的详细资料:

LNG气动超低温焊接式球阀产品简介:

石化行业中对低温阀门的定义是按照输送介质的设计温度来定义的,一般将应用在介质温度-40 ℃以下的阀门称作低温阀,应用在介质温度-101 ℃以下的阀门称作超低温阀门。超低温球阀主要应用于液化天然气、液化石油气以及空分行业的装置上,输出的液态低温介质有:液氧、液氢、液化天然气、液化石油产品等。这些介质不但易燃易爆,而且在升温或者闪蒸时会发生气化,气化时体积急剧膨胀,如果输送这些流体的阀门中有密闭阀腔且结构设计不合理,则会造成阀腔超压,从而导致介质泄漏,甚至阀门开裂造成事故。近几年,随着石油化工的发展,特别是液化天然气(LNG)的广泛应用,对超低温工况下应用的阀门的要求也越来越高。根据相关工程设计及工艺操作安全的要求,国内外各阀门供应商一直在进行对超低温球阀在不同部位的结构设计方面的研究,并对结构设计进行相应的改进。笔者结合在液化天然气生产的工程设计实践经验,介绍超低温球阀的主要结构设计特点、低温试验及安装的注意事项,以便为工程设计中类似介质的超低温阀门的选用提供参考。

2、超低温球阀主要结构的设计特点
超低温球阀因其使用介质和使用环境的特殊性,在结构设计上有着与其他种类阀门显著不同的特点。有双作用式和单作用式(弹簧复位),齿轮传动,安全可靠;大口径阀门采用AW型系列气动执行器拔叉式传动,结构合理,输出扭矩大,有双作用式和单作用式。根据国家有关标准,在LNG输出端口必须配置紧急切断阀以确保LNG罐箱及槽车安全运行,事故状态下切断危险源减少人员及财产损失。我公司研制出的低温气动紧急切断阀被广泛应用在LNG罐箱及储槽上。采用加长阀盖设计及滴水板设计、防火及防静电设计、阀腔泄压阀门密封圈的设计等。同时针对阀门密封圈的设计,重点介绍了单活塞密封和双活塞密封型式的结构特点及密封原理。并介绍了阀门安装注意事项,如阀门安装角度的要求、阀门泄压的方向要求等。

2.1、加长阀盖设计及滴水板设计

低温阀门的阀盖均采用加长阀盖的设计。加长阀盖的设计要使阀门操作手柄和填料安装位置远离低温区,既可以避免介质的低温导致阀门操作者的冷灼伤,也可以使阀门的填料在正常的温度下工作,保证填料不会受到霜冻的侵害而导致填料断裂失效。另外,由于一般超低温阀门保冷层会比较厚,加长的阀盖也保证了保冷施工的空间,并使填料压盖位于保冷层外,添加填料及紧固压盖螺栓时,无须损坏保冷层。有的厂家在超低温球阀的加长阀盖上,采用了滴水板设计。滴水板需设置在保冷层外侧,可以防止冷凝的水滴落到保冷层及阀体上部,保护保冷层及防止冷量流失。

表1 为美国阀门及管件制造商标准化协会的标准MSS SP-134 中给出的低温阀加长杆的长度。各个厂家的产品在加长阀盖的长度规定上会稍有不同,在设计时需参考选定厂家的产品尺寸。

2.2、防火设计及防静电设计

由于超低温球阀一般均应用在易燃易爆的介质上,防火设计及防静电设计显得尤为重要,是超低温球阀结构的必要组成部分,不可缺少。超低温球阀的防火设计与普通球阀的设计类似,在各环节的密封上采用石墨密封圈。防静电设计采用弹簧式结构,避免静电电荷累积产生的爆炸危险。

2.3、阀腔泄压设计及阀门的密封圈设计

超低温球阀应用在易燃易爆且容易气化的介质时,对于阀门密封结构有着特殊的要求。这是因为球阀在结构上一般会有密闭阀腔,由于介质气化时体积急剧膨胀,球阀在密封结构设计上,一定要考虑密闭阀腔的泄压要求。球阀按结构分为浮动球式及固定球式两种。由于浮动球式超低温球阀和固定球式超低温球阀的阀门密封原理不同,在泄压设计上,会有明显的区别。

浮动球式球阀的密封依靠介质的压力,把球体推向下游的密封面,从而达到密封的要求。所以一般浮动球式低温球阀的密封结构为上游密封圈采用弹簧预紧式密封结构,泄压采用在球体上钻孔的方式。由于上游介质的压力高,一般阀门的泄压方向都采用向上游泄压。弹簧预紧式阀座可以使球体在弹簧的作用下,压向下游密封圈。这种密封结构的好处是使密封更可靠,同时球阀开启扭矩也会减小。球体上钻孔可以使阀腔与阀门上游相通,避免阀腔因介质气化膨胀而局部升压。

固定球式超低温球阀的密封一般是双向密封,即上下游密封圈要同时起到密封的作用。上游密封圈用单活塞式密封阀座,下游密封圈用双活塞式密封阀座。单活塞阀座的原理为单向活塞式的作用,在密封副的设计上,考虑到因密封面两个方向作用力的差值而产生的作用力方向的不同,从而使密封副在压力差的推动下,产生相应方向的活塞运动(单活塞效应)。

正常压力下前阀座单活塞密封示意图见图1,在上游管道正常推力P1 大于反向推力P2 时(P1>P2),在压力差的作用下,把密封圈压向球体,达到密封;而在阀腔压力升高时,在此压力的作用下,推开密封圈,使阀腔里的气体泄向上游管道。中腔泄压时前阀座单活塞密封示意图见图2,当阀门中腔有异常压力时,中腔压力大于流体压力,且压力差产生的推力满足P3>P4+P5(P3 为阀腔压力作用在图示作用面上的推力,P4 为流体作用在阀座上端推力,P5 为弹簧推力),阀座在压力的推动下,离开球体,泄放压力。

双活塞阀座的原理与单活塞阀座的原理类似,只是在密封圈的设计上,要保证无论在下游管道压力高于阀腔压力时,还是在阀腔压力高于下游管道压力时,密封圈都能达到密封,从而避免阀腔气体向下游泄压并保护下游管道(双活塞效应)。正常压力下后阀座双活塞密封示意图见图3,在正常压力方向,阀座的主密封件采用唇式密封(Lipseal),以便确保低温时阀门的密封性能,上游阀座因阀腔泄压的需要,一般采用单向唇式密封圈,而下游阀座由于双向密封的需要,采用双向密封圈,如图1~图4所示。不过不同的厂家在单活塞阀座以及双活塞阀座的设计上,都有自己不同的特点。

3、超低温球阀的安装注意事项
因为超低温阀门的特殊结构,安装阀门时,也应考虑相应的阀门结构特点,否则将会影响阀门的使用,导致阀门失效。

3.1、阀杆安装角度

超低温球阀不能水平安装,即阀杆不可安装在水平方向。这是由于超低温阀加长阀盖的结构特点要求的,否则低温介质将充满阀盖的加长部分,造成阀门填料失效,并会将冷量传给阀门手柄,给操作人员带来人身伤害。

3.2、泄压方向

如前所述,超低温球阀一般向上游方向泄压。这里要特别提出的是,这个上游方向并非一直是与管线流向相反的方向,准确地说应该是阀门关闭时的上游方向。比如,因为考虑维修而设在调节阀两端的切断阀的安装方向应该相反,两个切断阀的泄压方向均应背对调节阀的方向。这样在调节阀的维修时,两个切断阀在关闭状态时,可以分别向相连接的管道方向泄压,否则阀门阀腔中的气体将会泄向大气而造成环境污染,并产生爆炸危险。所以在安装阀门时,要特别注意阀门泄压方向的要求。阀门泄压的方向应在工艺流程图上标出,并体现在管道轴测图中。

3.3、阀门干燥要彻底

由于超低温球阀阀门均在低温工况下使用,对阀门的干燥提出了很高的要求。如果阀门里有积水存在,在低温下水会结冰,体积膨胀,对阀门内部的部件会产生压力,导致阀门密封不严,甚至结构损坏。超低温阀门在水压试验后,要进行严格的干燥才能出厂。通常超低温球阀阀门在现场不做水压试验,而用气压试验代替。这是因为施工现场的条件有限,水压试验后阀门内积水去除不完全,干燥不彻底,影响阀门的正常使用。

1、齿轮式双活塞,输出力矩大,体积小。

2、气缸选用铝金材料,重量轻、外形美观。

3、可在顶部、底部安装手动操作机构。

4、齿条式连接可调节开启角度、额定流量。

5、执行器可选带电讯号反馈指示及各类附件以实现自动化操作。

6、IS05211标准连接为产品的安装更换提供了方便。

7、两端调的节螺钉可使标准产品在0°和90°有±4°的可调范围,确保与阀门的同步精度。

参数:                  

公称通径DN15~DN300(mm)
公称压力1.0、1.6、2.5MPa
连接形式法兰式
结构形式加长杆
驱动形式压缩空气4-7bar
动作范围0~90°
阀芯结构O型阀芯
阀体材质不锈钢
密封材料PEFE、PPL、304、316
使用介质液化天然气、液氮等低温流体
控制方式开关式(快速两位切断)、调节型(阀门定位器4~20mA信号)

 气动低温球阀可选功能:         

驱动方法压缩空气(可带手轮)
供气压力0.4-0.7mpa
气源接口G1/4"、G1/8"、G3/8"、G1/2"
环境温度-30~+70℃
作用形式单作用(弹簧复位):气关式(B)--失气时阀位开(FO);气开式(K)--失气时阀位关(FC)
双作用(通气开关):气关式(B)--失气时阀不变(FL);气开式(K)--失气时阀不变(FL)
可选附件定位器、电磁阀、空气过滤减压器、保位阀、行程开关、阀位传送器、手轮机构等

LNG气动超低温焊接式球阀标准材质明细表:

序号零件名称AS to ASTMSS ASTM
Type A352LF3Type A352LF3Type F304(L)Type F304(L)
1-2阀体接体,阀盖Type A352LF3Type A352LF3A182 F304(L)A182 F304(L)
3等长双头螺栓A193L7+镀镉A193 3B8A193 B8A193 B8M
4螺母A193L7+镀镉A1948A1948A1948M
5,8密封圈/垫片RTFE+Cu粉/尼龙1010/PPL
6球体A182F304A182F304(L)A182F304(L)A182F316(L)
7阀杆A182F304A182F304(L)A182F304(L)A182F316(L)
9,10止推片/填料RTFE+Cu粉/尼龙1010/PPL,碳素纤维
11压盖A105NA351 CF8
12定位片A182F321
13扁螺母A1944+镀镉A1948A1948A1948
14手柄A193L7+镀镉A193B8A193B8A193B8
15圆柱销Q235A
适用温度≥-40℃≥-101℃≥-196℃

注意:客户需求的其他材质也可采用。DQ61Y锻钢低温焊接球阀密封面料配对由客户内件代号决定。 
CS=碳钢;AS=合金钢;SS=不锈钢; 

尺寸(mm)和重量(kg)

DNINCHLDL1DD1HW
151/292139.63621.8230160
203/41111812.74227.3260220
2511272312.75233.8280200
3211/41402812.76042.6290250
4011/21523512.76848.7320250
5021784515.98061.2340

350

 

8、结语

随着液化天然气的应用越来越广泛,对天然气管道系统安全的要求也会越来越高,对超低温球阀结构设计还会不断地提出更高的要求。在管道系统的设计、阀门的安装及操作上要特别注意,才能保证系统的安全运行,减少对环境的污染和危害以及对人身的伤害。另外,尽早地完善我国关于低温阀门的产品标准,也有利于提升国产阀门的质量水平,保证阀门的安全应用。


(1)进口气动球阀在安装使用之前,必须对球阀进行安装前的检查和开关运行试验。只有在运行动作正常的条件下,才能安装使用。

(2)气动球阀的安装要尽可能使阀门与管路法兰同心,并加支撑固定。不能使球阀受其它外力作用,以免损坏阀门的中密封及阀门变形。造成阀门开关不灵及阀门的损坏而无法使用。

(3)要保证气动球阀及气动元件所提供的动力气源必须是洁净,尽可能不带油污及水。清洁度应小于0.4微米。

(4)接入气源之前,必须清洁供气管路,气源接口和开关等器件,以防由于管路不清洁带上污物和泥沙冲入气动执行单元而造成故障。

(5)气动执行器、电磁阀、定位器、过滤器、减压阀等的连接,可用铜管或尼龙管,为以防防尘及减小噪声,排气口应安装消声器或消声节流阀。

(6)安装好以后,对气动阀门应进行试验,给气动执行器加压至额定值,压力为0.4~0.7mpa,对气动球阀进行开关试验,观察进口阀门的开闭情况。应转动灵活无卡阻现象。在开关如有卡阻现象可增高气压,反复开关使阀门调到开关灵活即可。

(7)安装调试开关型气动球阀时,先用手动装置进行(电磁阀上的手动按钮)调试、动作正常后在通电调试。

(8)气动球阀应定期进行维护保养阀杆转动处,应三个月加油(机油)一次。定期对气动执行单元和配合使用的空气过滤器进行放水、排污。正常的情况下六个月检查一次,每年检修一次。

订货须知:

一、①产品名称与型号②口径③是否带附件以便我们的为您正确选型④使用压力⑤使用介质的温度。
二、若已经由设计单位选定公司的型号,请型号直接向我司销售部订购。

三、当使用的场合非常重要或环境比较复杂时,请您尽量提供设计图纸和详细参数,由我们的阀门公司专家为您审核把关。如有疑问:请:我们一定会尽心尽力为您提供优质的服务。提供全面、专业的“阀门系统解决方案”,也十分愿意帮助用户解决生产中所遇到的难题。

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