李世濤　姜雪　劉博男

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，液化天然氣走進了普通民眾的生活，但液化天然氣沸點很低，為-165℃，如何設(shè)置合理的閥門結(jié)構(gòu)，選擇合適材料顯得十分重要。本文根據(jù)以往工作經(jīng)驗，對超低溫閥門材料應(yīng)用內(nèi)容進行總結(jié)，并從閥蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計、密封結(jié)構(gòu)設(shè)計、滴水板結(jié)構(gòu)設(shè)計、泄壓部件結(jié)構(gòu)設(shè)計、防火結(jié)構(gòu)設(shè)計、防靜電結(jié)構(gòu)設(shè)計六方面，論述了超低溫閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計形式。

關(guān)鍵詞：超低溫閥門;結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計;滴水板

近年來，我國液化天然氣產(chǎn)量迅速提升，相比之下，液化天然氣在清潔方面要比傳統(tǒng)能源更具優(yōu)勢。站在性質(zhì)角度來說，液化天然氣本身屬于易燃易爆物質(zhì)，無論是在運輸還是在存儲過程中，均要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進行操作。為了讓液化天然氣始終處于供給穩(wěn)定狀態(tài)，各個環(huán)節(jié)中的設(shè)備和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提升顯得十分重要。閥門在液化天然氣輸送中發(fā)揮著重要作用，需要對其進行合適的穩(wěn)壓和調(diào)節(jié)操作。

1.超低溫閥門材料應(yīng)用分析

在閥門制作上，應(yīng)用的材料種類有很多，其中，最為常見的有鋼、銅和鐵。與一般流體不同，液化天然氣溫度較低，制作材料同樣需要在低溫環(huán)境下保持穩(wěn)定特性，還要兼顧液化天然氣的自身特性，只有這樣，才能保證液化天然氣始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。但從實際角度來說，閥門外部環(huán)境穩(wěn)定性并不高，溫度變化幅度較大，很容易讓閥門失去穩(wěn)定性，無法得到有效控制。所以說，在閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計上，人們應(yīng)該以柔性設(shè)計原則為主，讓各項偏差得到全面補償，并針對閥門材料特性進行深冷處理，避免出現(xiàn)低溫變形情況，發(fā)揮出各種材料的實效。對于那些生活中常見的金屬材料，如果長期處于低溫狀態(tài)，柔性和強度均會受到影響，所會說，實際超低溫閥門在設(shè)計時，可以應(yīng)用金屬密封件材料，強化整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1閥蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計

在整個閥門設(shè)計過程中，閥蓋設(shè)計意義十分明顯，實際設(shè)計時，工作人員需要對液化天然氣溫度低的情況進行充分考慮，讓閥門內(nèi)部填充材料在使用時，溫度全部集中在0℃以上。從這里也可以看出，實際閥蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計時，以長頸閥蓋設(shè)計結(jié)構(gòu)為主，并借助于填料，將閥蓋結(jié)構(gòu)和閥蓋底部距離控制在合理范圍內(nèi)，保證不會因為低溫出現(xiàn)閥蓋位置和閥門凍結(jié)問題，讓閥門結(jié)構(gòu)始終處于正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)。

2.2密封結(jié)構(gòu)設(shè)計

密封結(jié)構(gòu)設(shè)計操作主要是在閥門中加裝一個重要板塊，在整個超低溫閥門設(shè)計時，人們需要借助于一種特殊的密封結(jié)構(gòu)，保證閥門即使在溫度較低的環(huán)境下，依然能夠保持良好的密封性能。整體來看，主要應(yīng)用的材料有柔性石墨填料、O形圈、唇式密封圈等等，這些材料均能對閥門密封性能產(chǎn)生影響。更為重要的是，碟簧組預(yù)緊式結(jié)構(gòu)同樣也能發(fā)揮出作用，降低大幅度溫差狀態(tài)下，螺栓出現(xiàn)變形問題的幾率，還能避免在長期使用過程中，密封件可能出現(xiàn)的松弛幾率。

2.3滴水板結(jié)構(gòu)設(shè)計

超低溫閥門中所傳遞的介質(zhì)，往往具備明顯的低溫特性，為了更好的降低或則是避免介質(zhì)溫度影響閥桿和填充材料，導(dǎo)致零件和材料在低溫凍結(jié)下性能失效，工作人員應(yīng)添加相應(yīng)的滴水板結(jié)構(gòu)設(shè)計。從之前研究過程中能夠看出，滴水板結(jié)構(gòu)應(yīng)用到后閥蓋上方之后，溫度明顯提升。除此之外，在設(shè)計操作上，閥蓋上部溫度偏差也會增加，而且還會直接暴露在空氣之中，此時，空氣中的水蒸氣在遇到低溫閥蓋時，會形成水珠，在加上滴水板直徑比法蘭寬很多，可以阻擋空氣液化水滴進入到中法蘭螺栓，降低銹蝕問題的出現(xiàn)幾率。

2.4泄壓部件結(jié)構(gòu)設(shè)計

當(dāng)?shù)蜏亟橘|(zhì)出現(xiàn)氣化問題之后，很容易出現(xiàn)體積變大問題，當(dāng)液化天然氣液化后，體積也會增加，最高能夠達到液態(tài)狀態(tài)的六百多倍。當(dāng)閥門處于閉合狀態(tài)后，倘若外部環(huán)境溫度升高，閥體內(nèi)部低溫介質(zhì)便會出現(xiàn)吸熱汽化問題，讓體積迅速膨脹，此時，閥門內(nèi)部壓力增加幅度大幅提升，導(dǎo)致很多原件受到破壞，如果問題長時間不能解決，容易導(dǎo)致閥門失效現(xiàn)象。因此，在實際閥門設(shè)計過程中，工作人員需要在入口位置加裝泄壓結(jié)構(gòu)，其中，最為常見的形式當(dāng)屬泄壓孔設(shè)計，讓腔體和入口管道之間始終處于連通狀態(tài)，將腔體內(nèi)部氣壓異常上升情況避免。

2.5防靜電結(jié)構(gòu)設(shè)計

我國超低溫閥門中密封閥座材料的選擇，主要以PCTFE為主。但該材料在應(yīng)用是，極容易出現(xiàn)靜電聚集反應(yīng)，由于液化天然氣本身具體易燃易爆特性，在這種介質(zhì)中應(yīng)用，極容易出現(xiàn)靜電火花，進而引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。因此，在設(shè)計時，工作人員需要在其中添加一部分預(yù)防靜電裝置。一般來說，能夠加入其中的裝置有避雷針導(dǎo)通設(shè)施等，主要是對電流進行有效引導(dǎo)，并將閥桿和閥體聯(lián)系在一起，將靜電有序?qū)С?，只有這顏，才能更好的消除安全隱患。

2.6防火結(jié)構(gòu)設(shè)計

在防火結(jié)構(gòu)設(shè)計中，主要是為了預(yù)防由于溫度的劇烈變化，引發(fā)介質(zhì)外漏情況。從整體閥體閥蓋雙道密封結(jié)構(gòu)中能夠看出，主要采用的密封形式為唇式密封圈和石墨纏繞墊片相結(jié)合的形式，實際閥桿密封部位，也會實用唇式密封圈、石墨填料組等多重密封結(jié)構(gòu)。該種防火結(jié)構(gòu)在火災(zāi)出現(xiàn)后，可以借助于閥體中腔內(nèi)部的石墨纏繞墊片，以及石墨填料組織執(zhí)行介質(zhì)密封操作，避免因為密封圈熔化失效，出現(xiàn)流體泄漏現(xiàn)象。更為重要的是，還有一部分閥體在防火結(jié)構(gòu)設(shè)計上，應(yīng)用了金屬閥座和非金屬密封環(huán)雙重密封防火結(jié)構(gòu)，如果第一道非金屬密封環(huán)由于熔化而失去效果，第二道防火密封裝置會在彈簧的作用下，實際將閥座推向球體，進而將管線流體徹底阻斷，防治內(nèi)漏問題出現(xiàn)。

3.閥門閥桿組合設(shè)計

在整個超低溫閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計之中，涉及到的介質(zhì)具備明顯的超低溫特點，對于閥桿組合設(shè)計，還應(yīng)該在其中加入彈簧蓄能圈、密封墊片和中間閥桿填料等部件。其中，彈簧蓄能密封圈的應(yīng)用顯得十分重要，如果整個閥腔內(nèi)的低溫介質(zhì)遇熱氣化，便會制造出高壓環(huán)境，該密封圈在壓力作用下，便會與密封溝槽緊貼在一起，有效避免泄漏問題出現(xiàn)。在中間部位中，工作人員還會在其中加入一些防爆零部件。如果腔內(nèi)壓力達到一定強度，便會出現(xiàn)保護層，保證閥桿在高壓狀態(tài)下不會被沖出。在蝶型彈簧部件的應(yīng)用，主要作用就是建立預(yù)緊式壓緊填料，對溫度變化而出現(xiàn)的密封件松弛現(xiàn)象進行有效解決。除此之外，在整個閥門設(shè)計過程中，工作人員還需要對周圍環(huán)境因素進行充分考慮，如遇到周圍環(huán)境溫度大幅升高現(xiàn)象，將會對閥門材料選擇以及閥桿長度等選擇產(chǎn)生影響，此時，工作人員需要在中間加裝一些輔助部件。如果周圍環(huán)境溫度較高，極容易和低溫介質(zhì)產(chǎn)生對流問題，即使中間存在阻隔物質(zhì)，同樣也會由于溫度的傳遞，出現(xiàn)明顯的熱交換問題，影響主體閥門應(yīng)用的可靠新。所以說，在一些特殊環(huán)境下，工作人員需要應(yīng)用一些特殊的超低溫閥門結(jié)構(gòu)和材料，讓超低溫介質(zhì)運輸始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，避免系統(tǒng)安全性受到影響，這也是超低溫閥門結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的重點所在。

4.結(jié)論

綜上所述，在新時期液化天然氣應(yīng)用中，接收站和工廠數(shù)量越來越多，受多種因素的影響，超低溫閥門制作也容易被壟斷。為此，人們需要對超低溫閥門制造和研發(fā)提高重視程度，嚴(yán)格控制該類閥門的制造工藝，設(shè)計出更加安全可靠的閥門，維護液化氣系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，為我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造有利條件。

參考文獻

[1]巴永江，孫春強，王守真.超低溫閥門試驗胎具結(jié)構(gòu)的分析與改進[J].閥門，2020（04）：44-46+57.

[2]楊帥，楊啟偉，雷雨雨.LNG船用超低溫閥門密封面堆焊工藝[J].造船技術(shù)，2020（03）：28-32.

[3]項炳曉.關(guān)于超低溫閥門結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計探討[J].農(nóng)家參謀，2020（11）：163.

[4]姜雅周，王新軍，劉世浩.超低溫閥門的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究[J].科技經(jīng)濟導(dǎo)刊，2019，27（17）：85.