上海申弘閥門(mén)有限公司
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一：LNG化工天燃?xì)獬蜏乇硥洪y操作應(yīng)用概述
隨著石油、化工和燃?xì)庑袠I(yè)的迅速發(fā)展，尤其是液化天然氣(LNG)作為一種新興能源的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致LNG用深冷閥門(mén)的需求量大增。根據(jù)國(guó)家能源戰(zhàn)略，我國(guó)將積極參與世界油氣市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)。由于LNG常壓下的溫度為-162℃，且易燃易爆，因此在設(shè)計(jì)LNG深冷閥門(mén)時(shí)，對(duì)其密封性能提出了更高和更嚴(yán)格的要求。
析了低溫對(duì)閥門(mén)非金屬密封副、金屬密封副、填料和墊片密封性能的影響，從材料選用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面提出了應(yīng)對(duì)措施和注意事項(xiàng)。背壓閥是一種用于調(diào)節(jié)流體壓力的閥門(mén)。其原理是通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)限制流體的流速和流量，從而控制管道中的壓力。當(dāng)管道中的壓力超過(guò)設(shè)定值時(shí)，背壓閥會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，讓一部分流體流出，以降低管道中的壓力。當(dāng)管道中的壓力降低到設(shè)定值以下時(shí)，閥門(mén)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，阻止流體繼續(xù)流出。背壓閥通常用于需要穩(wěn)定壓力的流體系統(tǒng)中，例如給水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)等。它們可以保證管道中的壓力穩(wěn)定，避免管道爆炸或其他安全問(wèn)題的發(fā)生。
品 名 | 型 號(hào) 及 規(guī) 格 | 單位 | 數(shù)量 |
背壓閥 | 背壓閥 DA22Y-16P DN25 PN16 介質(zhì)：氮?dú)?/span> 低溫-196度 釋放壓力0.8-1.2Mpa
| 臺(tái) | 2 |
LNG化工天燃?xì)獬蜏乇硥洪y操作應(yīng)用是怎么工作的
單向背壓閥是一種用于控制流體流動(dòng)方向和壓力的閥門(mén)。它的工作原理是利用閥門(mén)內(nèi)部的彈簧或活塞，使流體只能在一個(gè)方向上流動(dòng)，同時(shí)阻止反向流動(dòng)。當(dāng)流體在正向方向上流動(dòng)時(shí)，閥門(mén)打開(kāi)，流體可以自由通過(guò)；當(dāng)流體在反向方向上流動(dòng)時(shí)，閥門(mén)關(guān)閉，阻止流體通過(guò)，從而達(dá)到控制流體流動(dòng)方向和壓力的目的。在工業(yè)生產(chǎn)中，單向背壓閥常常被用于控制管道系統(tǒng)中的流量和壓力，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。它廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力等領(lǐng)域，是一種非常重要的流體控制裝置。
閥門(mén)的密封性能是考核閥門(mén)質(zhì)量?jī)?yōu)劣的主要指標(biāo)之一，其主要包括在兩個(gè)方面，即內(nèi)密封性能和外密封性能。內(nèi)密封是指閥座與關(guān)閉件之間對(duì)介質(zhì)所達(dá)到的密封程度。如球閥的球體與閥座之間的密封，蝶閥的蝶板與閥座之間的密封，截止閥的閥瓣與閥座之間的密封，閘閥的閘板與閥座之間的密封等。這些密封型式主要有平面密封、球面密封及錐面密封等。密封材料可以分為金屬對(duì)非金屬材料密封和金屬對(duì)金屬材料密封。外密封是指閥桿填料部位的密封和中法蘭墊片部位的密封。在某些介質(zhì)不允許排入大氣的特殊工況下，外密封比內(nèi)密封更為重要。
二：LNG化工天燃?xì)獬蜏乇硥洪y操作應(yīng)用內(nèi)密封性能的影響
2.1 非金屬密封圈
在常溫下工作的球閥和蝶閥等一般均采用金屬對(duì)非金屬材料密封圈。由于非金屬材料的彈性大，獲得密封所需的比壓小，因此密封性好。但是在低溫狀態(tài)下，由于非金屬材料的膨脹系數(shù)較金屬材料大得多，使得其低溫時(shí)的收縮量與金屬密封件、閥體等配合件的收縮量相差較大，從而導(dǎo)致密封比壓嚴(yán)重降低而產(chǎn)生無(wú)法密封的結(jié)果。大多數(shù)非金屬材料在深冷溫度下會(huì)變硬和變脆，失去韌性，從而導(dǎo)致冷流和應(yīng)力松弛。如橡膠在溫度低于其玻璃化溫度時(shí)，會(huì)失去彈性，變成玻璃態(tài)，失去其密封性。另外橡膠在LNG介質(zhì)中存在泡脹性，也無(wú)法用于LNG閥門(mén)。因此目前在設(shè)計(jì)低溫閥門(mén)時(shí)，一般溫度低于-70℃時(shí)不再采用非金屬密封副材料，或?qū)⒎墙饘俨牧贤ㄟ^(guò)特殊工藝加工成金屬與非金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)型式。
據(jù)國(guó)外資料記載，也有部分非金屬材料可以在深冷狀態(tài)下很好的應(yīng)用。在70年代，愛(ài)爾蘭合金有限公司的一種新型塑料“slip shod"，是一種超高分子量的聚乙烯，在-269℃溫度仍具有很好的韌性，承受一定沖擊應(yīng)力時(shí)不斷裂，而且能保持相當(dāng)?shù)目鼓バ浴７▏?guó)研制的Mylar型塑料在液氫(-253℃)溫度下仍具有相當(dāng)?shù)膹椥浴Ｇ疤K聯(lián)H.T.洛馬寧柯的聚碳酸脂密封座在液氮(-196℃)溫度下進(jìn)行密封性試驗(yàn)，數(shù)據(jù)表明聚碳酸脂在低溫下具有良好的密封效果。
2.2 LNG化工天燃?xì)獬蜏乇硥洪y操作應(yīng)用金屬密封圈
在低溫條件下，金屬材料的強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性降低，呈現(xiàn)出不同程度的低溫冷脆現(xiàn)象，嚴(yán)重影響到閥門(mén)的性能和安全。為了防止材料在低溫下的低應(yīng)力脆斷，在設(shè)計(jì)低溫閥門(mén)時(shí)，一般溫度高于 -100℃采用鐵素體不銹鋼材料，而溫度低于 -100℃時(shí)，閥體、閥蓋、閥桿、密封座等大多采用具有面心立方晶格的奧氏體不銹鋼、銅及銅合金、鋁及鋁合金等。但因鋁及鋁合金的硬度不高，密封面的耐磨、耐擦傷性能較差，所以在低溫閥門(mén)中應(yīng)用極少。一般使用奧氏體不銹鋼材料居多，常用的有0Cr18Ni9、00Cr17Ni12Mo2(304、316L)等，這些材料沒(méi)有低溫冷脆臨界溫度，在低溫條件下，仍能保持較高的韌性。
但是，奧氏體不銹鋼作為低溫閥門(mén)的金屬密封圈材料也存在著某些不足。因?yàn)檫@類材料的大部分在常溫下處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)溫度降低到相變點(diǎn)(MS)以下時(shí)，材料中的奧氏體會(huì)轉(zhuǎn)變成馬氏體。對(duì)于體心立方晶格的馬氏體致密度低于面心立方晶格的奧氏體，且由于部分碳原子規(guī)則化排列占據(jù)體心立方點(diǎn)陣位置，使晶格沿C軸方向增長(zhǎng)，從而體積發(fā)生變化引起內(nèi)部應(yīng)力的增加，使原本經(jīng)研磨后達(dá)到密封要求的密封面產(chǎn)生翹曲變形，造成密封失效。
除了低溫相變引起密封面變形失效外，由于零件各部分的溫度差或由于不同材料間物理性能的差異，引起收縮不均，也會(huì)產(chǎn)生溫變應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力低于材料的彈性極，就會(huì)在密封面產(chǎn)生可逆性的彈性扭曲。當(dāng)某一部分的溫變應(yīng)力超過(guò)了材料的屈服極，零件將發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的扭曲變形，同樣會(huì)造成密封面的失效，影響密封效果。
LNG化工天燃?xì)獬蜏乇硥洪y操作應(yīng)用
針對(duì)低溫對(duì)金屬密封副的影響，必須采取相應(yīng)的措施，以使金屬密封面的變形最小或密封面的變形對(duì)密封性能的影響最小。首先在材料方面盡量選用金相組織穩(wěn)定性較高的材料(如316L但成本較高)。其次對(duì)于閥體、閥蓋、閥桿、密封件等奧氏體材料制作的零件必須進(jìn)行低溫處理，以使材料的馬氏體轉(zhuǎn)變和變形得到充分進(jìn)行后再進(jìn)行精加工。低溫處理的溫度應(yīng)低于材料相變溫度(MS)且低于閥門(mén)實(shí)際工作溫度，處理時(shí)間以2～4h為宜，如需要可以進(jìn)行多次低溫處理或進(jìn)行適當(dāng)?shù)臅r(shí)效處理。除了以上措施，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)也要進(jìn)行考慮，以降低密封面變形對(duì)密封性能的影響，如在進(jìn)行閘閥、球閥和蝶閥設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮采用彈性密封結(jié)構(gòu)，以使低溫變形得到部分補(bǔ)償。對(duì)于截止閥應(yīng)采用錐面密封結(jié)構(gòu)，使低溫變形對(duì)密封面的影響較小。
調(diào)節(jié)背壓閥安裝不符合要求而出故障會(huì)造成巨大的浪費(fèi)，反之，安裝得當(dāng)，可保證正常使用，并可延長(zhǎng)使用壽命。減少維修工作量和獲得良好的系統(tǒng)控制性能。
1、安裝調(diào)節(jié)背壓閥總體上應(yīng)考慮以下方面:
(1) 安全:安裝過(guò)程中人員和設(shè)備的安全。
(2)控制性能:配管系統(tǒng)壓力損失應(yīng)與計(jì)算調(diào)節(jié)背壓閥尺寸時(shí)所考慮的壓力損失一致，以保證所需的流量特性。進(jìn)出口應(yīng)盡量保證足夠的直管段。
(3)安裝位置:應(yīng)有足夠的空間便于操作人員手動(dòng)操作(包括旁路操作)以及保證調(diào)節(jié)背壓閥和附件的就地拆卸和維修的可能性。
(4)調(diào)節(jié)背壓閥組：一般在工藝過(guò)程配管中均按裝切斷閥和旁路閥與調(diào)古閥配成閥組以適應(yīng)設(shè)備連續(xù)操作的需要。維修調(diào)節(jié)背壓閥時(shí)用切斷閥隔離，用旁路閥調(diào)節(jié)。
二、LNG化工天燃?xì)獬蜏乇硥洪y操作應(yīng)用的實(shí)地安裝:
安裝人員首先應(yīng)認(rèn)識(shí)到調(diào)節(jié)背壓閥是一種精密的儀表設(shè)備， 不準(zhǔn)碰撞跌摔，以免損壞。具體注意以下幾點(diǎn):
(1)背壓閥好正立垂直按裝在管道上。閥自重較大和有震動(dòng)場(chǎng)合應(yīng)加支承架。
(2)閥體要避免因前后配管或設(shè)備的法蘭嚴(yán)重不同軸而受到過(guò)大的應(yīng)力。
(3)在初次開(kāi)工前和停工檢修后應(yīng)先沖洗配管系統(tǒng)后裝調(diào)節(jié)背壓閥。或在閥前按裝濾網(wǎng)。
(4)務(wù)必按照閥體上流介質(zhì)動(dòng)方向的箭頭安裝調(diào)節(jié)背壓閥。
