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 LNG液化天然氣低溫深冷球閥出廠試驗

為解決中現有超低溫硬密封球閥密封性能差，工作中容易失效泄漏的問題，本實用新型提供一種超低溫硬密封球閥。本實用新型的技術方案是:一種超低溫硬密封球閥，包括支架、閥體、閥蓋、球體、填料函和填料壓蓋，所述的閥蓋與閥體配合形成介質通道，所述的球體設于介質通道內，所述的支架上設有執行機構，所述的執行機構上連接有閥桿，所述的閥桿依次穿過支架、填料壓蓋、填料函、閥蓋與球體聯動連接，所述的閥體內設有閥座組件，所述的閥座組件包括彈簧座、密封件、第二密封件和與球體相密封的金屬閥座，所述的彈簧座內設有導向槽，所述的導向槽內設有彈簧，所述的彈簧一端與閥體相抵，另一端通過彈簧座與金屬閥座相抵。

液化天然氣（LNG）作為一種清潔燃料，已成為城市管道供氣、分布式能源系統、汽車及飛機等交通工具的主要能源之一。LNG是天然氣在經凈化及超低溫狀態下（-162℃、一個大氣壓）冷卻液化的產物。液化后的天然氣體積約為天然氣體積的1/600（0℃、1個大氣壓時）。LNG無色無味，主要成分為甲烷，很少有其他雜質。其液體密度約426kg/m3，此時氣體密度約1.5kg/m3。爆炸極限為5%～15%（體積%），燃點為450℃。天然氣液化、運輸、儲存和汽化等工藝配套設備的建設，給超低溫閥門的發展帶來了契機。LNG接收站主要的截斷閥類有超低溫球閥、超低溫閘閥、超低溫截止閥和超低溫蝶閥，其中超低溫球閥用量較多。

1  LNG液化天然氣低溫深冷球閥出廠試驗結構特點

1.1 閥體

超低溫固定球球閥為全通徑（圖1）結構，閥門在全開啟位置時無阻擋，內部通徑符合API6D的規定。閥體為一體式結構，相對于二片式或三片式閥體，減少了泄漏點。閥門為頂裝式結構，可實現在線更換內部密封件，公稱直徑≥NPS2的超低溫球閥設計為固定球。

1.2 閥蓋

采用加長閥蓋，其目的在于能起保護填料函的功能。保證填料函部位的溫度在0℃以上，使填料可以正常工作。加長閥蓋的設計主要是頸部長度的設計，其與材料的導熱系數、導熱面積及表面散熱系數、散熱面積等因素有關，計算比較繁瑣，一般由實驗法求得或采用相關標準。具體數據，可以按表1確定。

1.3 滴盤

加長閥蓋設置有滴盤，可以防止冷凝水流入保溫層。滴盤的位置同時標明了低溫球閥進行現場保溫材料的較高位置。在閥蓋上鉆一連通孔，使加長段空腔與閥門中腔連通，確保不會使加長段空腔產生異常升壓。

1.4 自泄壓

中腔異常升壓的泄放通過自泄壓閥座來實現，中腔自泄壓方向為上游管道。

1. 5 閥桿密封

閥桿處密封為低泄漏、低維護的結構。根據具體尺寸設計成二道或多道密封，使閥桿處密封等級滿足ISO15848-2的B級要求，還可防止水壓試驗時有水進入到柔性石墨填料內，耐久等級滿足ISO15848-1的C01級。在填料壓板螺栓連接處設置有碟形彈簧，進行過載荷補償，避免了溫度交變下的活動載荷的影響。在閥桿與球體結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直流電下測試，球體與閥蓋及閥桿與閥蓋之間的電阻值不超過10Ω。超低溫固定球球閥還應設計滿足API6FA或API607標準的安全防火結構。

1.6 閥座密封

在超低溫狀態下，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，同時對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異的PCTFE（kel-f），其性能參數見表2。
1.7 驅動機構

閥門在閥桿與垂線成30°夾角時，能夠正常操作。手動球閥（包括采用執行器、齒輪驅動裝置）均應設置鎖定裝置，使超低溫球閥可以在全開啟或全關閉的位置都能夠被鎖定。執行機構可在線更換維修，亦能在結冰的條件下操作。

2 LNG液化天然氣低溫深冷球閥出廠試驗主體材料檢驗

（1）材料的檢驗與試驗應符合相應EN10204及ASTM標準的要求。

（2）對于閥體、閥蓋、閥桿、球體及閥座密封圈，每批（指同批號、同材質、同規格、同爐號和同熱處理條件）材料至少抽驗一次化學成分和力學性能試驗，試驗結果應符合ASTM標準的要求。

（3）所有低溫閥門的鍛造材料和鑄造材料應逐件按MSSSP-55進行外觀檢查（VT），對于鑄件熱裂和裂紋缺陷不允許出現，對于鍛件不允許存在發紋、裂紋、夾層及折疊等缺陷。其余缺陷合格標準不應低于MSSSP-55中的B級要求。

（4）鑄造承壓部件材料、對焊端部及與之進行焊接的過渡管段的所有焊縫應按照ASMEB16.34的要求進行射線檢測。驗收標準參見ASTME446、E186或E280，ASME鍋爐及壓力容器規范SECV卷第五章并應滿足上述規范中A類、B類以及C類不連續性（缺陷）嚴重等級2的要求。不允許存在D、E、F以及G類缺陷。

（5）對低溫球閥的球體密封面、對焊端坡口的外表面，應進行液體滲透檢測，檢測按ASTME165標準進行，這些部位的液體滲透檢驗應無缺陷。

（6）鍛造承壓部件材料（包括閥桿）應進行超聲波檢驗，檢驗按ASTMA388標準進行。不得有任何深度達到5%壁厚的缺陷存在。

（7）閥門的缺陷清除以及補焊修復應按照ASMEB16.34第8.4節的規定。其中鍛制承壓部件不允許補焊修復。

（8）閥門的主要受壓元件（閥體、閥蓋、球體）材料應進行-196℃低溫沖擊試驗。試驗方法按ASTMA370的規定。

（9）評定閥體對焊端和短管的焊縫-196℃下的沖擊值。焊接工藝評定報告應按照ASMEB31.3標準要求，進行-196℃夏比V型沖擊試驗，標準試樣測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構穩定，防止材料相變而引起體積變化，并降低機械加工對零件變形的影響。對超低溫閥門，其和介質接觸的主要零部件均須進行深冷處理。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行冷卻，當零件溫度達到-196℃時，開始保溫1～2h，然后取出箱外自然處理到常溫，重復循環2次。零件在焊接后也應進行深冷處理以消除應力和變形。

3 LNG液化天然氣低溫深冷球閥出廠試驗閥門的檢查和試驗

（1）對每個球閥要進行尺寸檢驗，端部尺寸和偏差應符合ASMEB16.10、ASMEB16.5、ASMEB16.25標準的要求。

（2）所有低溫球閥在裝配完成后，應進行常溫壓力試驗。按API598標準進行檢驗，包括①殼體水壓試驗。②高壓密封試驗。③低壓密封試驗。④閥腔的泄放試驗。

（3）常溫動作性能試驗中，手動和帶驅動裝置的球閥應當在球閥整機裝配后至少進行5次完整帶壓啟閉循環操作。帶驅動裝置的球閥進行壓力試驗時必須整機帶壓操作球閥。

（4）奧氏體不銹鋼材質的超低溫球閥其壓力試驗有特殊要求。①壓力試驗用水中的氯離子含量應低于0.03%。②壓力試驗完成后，試驗用水應立即排凈。球閥應*除水、除油脫脂處理。

（5）按ISO15848-2標準對閥桿和閥體密封件處進行逸散性泄漏檢測。

（6）按API6D附錄B.5的規定進行防靜電試驗。

（7）球閥低溫試驗在常溫試驗合格后進行，應按BS6364標準以同尺寸/類型/爐號和材料的球閥組成一批做低溫性能試驗，按10%比例進行抽檢，抽檢比例較少為一件。低溫試驗的溫度為-196℃。執行低溫試驗前，閥門必需干燥，防止低溫試驗時未干的水固化，影響密封。閥門放入冷卻介質中后，應通以0.2MPa的氦氣，使閥門里的濕氣排除。閥門冷卻過程應有合理的熱電偶布置，對閥門的關鍵部位進行溫度監控，確保閥門充分冷卻、溫度均勻后才能開始試驗。超低溫試驗一般采用液氮進行冷卻，用氦氣進行閥門泄漏測試。閥座密封試驗時，需采用分段式增壓。應保證低溫試驗后閥門自然回溫，回溫過程應防止潮氣進入閥門。低溫試驗的允許泄漏率見表3。

4 LNG液化天然氣低溫深冷球閥出廠試驗結語

隨著天然氣資源以其豐富的蘊藏量的開發和應用，LNG輸送很好的解決了管道天然氣（PNG）無法到達的城市天然氣的使用，其發展迅速，優勢明顯，將會迎來一個廣闊的發展空間。在建和規劃建設的LNG接收站將較終構成一個沿海LNG接收站和輸送管網。隨著市場的放開及國家重大工業裝置/設備國產化政策及關鍵技術的突破，超低溫閥門的市場需求正逐年上升。通過合理的結構設計、強度計算、材料的檢驗、深冷處理，以及低溫性能試驗，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。本實用新型的有益效果是，金屬閥座使得閥座與球體密封為硬密封，工作中不容易磨損，使用壽命長，而且閥座與球體的密封面即使有磨損，彈簧的設置使得彈簧仍能頂壓金屬閥座，使得閥座與球體可靠密封，設置了密封件和第二密封件使得產品密封性能更好，避免產品的泄露，導向槽的設置使得彈簧座、金屬閥座運動可靠，不會影響產品密封性能。本實用新型還具有結構簡單、裝配方便、使用壽命長、密封可靠等優點。各位技術人員須知:雖然本實用新型已按照上述做了描述，但是本實用新型的發明思想并不僅限于此實用新型，任何運用本發明思想的改裝。

一種超低溫硬密封球閥。解決了現有超低溫硬密封球閥密封性能差，工作中容易失效泄漏的問題。它包括支架、閥體、閥蓋、球體、填料函和填料壓蓋，所述的閥蓋與閥體配合形成介質通道，所述的球體設于介質通道內，所述的支架上設有執行機構，所述的執行機構上連接有閥桿，所述的閥桿依次穿過支架、填料壓蓋、填料函、閥蓋與球體聯動連接，所述的閥體內設有閥座組件，所述的閥座組件包括彈簧座、密封件、第二密封件和與球體相密封的金屬閥座，所述的彈簧座內設有導向槽，所述的導向槽內設有彈簧，所述的彈簧一端與閥體相抵，另一端通過彈簧座與金屬閥座相抵。本實用新型還具有結構簡單、裝配方便、使用壽命長、密封可靠等優點。