上海申弘閥門有限公司
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1 LNG液化天燃氣低溫調(diào)節(jié)閥工作原理概述
液化天然氣（LNG）是一種比較安全、高效、清潔和低污染的能源。在LNG生產(chǎn)到消費的整個流程中，超低溫增壓調(diào)節(jié)閥（簡稱調(diào)節(jié)閥-下同）有著重要的作用。目前，進口的調(diào)節(jié)閥供貨周期長，價格昂貴，配件短缺，使國內(nèi)LNG行業(yè)的發(fā)展受到制約。本文介紹一種根據(jù)需要研制的公稱壓力2MPa，公稱直徑DN12mm，適應(yīng)工況溫度-196℃的調(diào)節(jié)閥。
2 LNG液化天燃氣低溫調(diào)節(jié)閥工作原理
調(diào)節(jié)閥主要是由閥體、殼體、閥芯組件、彈簧和膜片組件等零部件組成，用于LNG系統(tǒng)自增壓，使系統(tǒng)內(nèi)的壓力保持在設(shè)定值范圍內(nèi)，處于常閉狀態(tài)。當LNG儲存罐內(nèi)隨著介質(zhì)消耗，罐內(nèi)壓力逐漸降低到某一設(shè)定值時，調(diào)節(jié)閥開啟，介質(zhì)通過調(diào)節(jié)閥進入儲存罐內(nèi)使壓力升高。當壓力升高至設(shè)定值時，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，增壓停止。
調(diào)節(jié)閥通過調(diào)節(jié)手柄壓縮上彈簧，使上彈簧作用在膜片組件上的力與出口介質(zhì)壓力作用在膜片組件上的力達到平衡。當出口壓力值低于設(shè)定值時，上彈簧作用在膜片組件上的力大于出口介質(zhì)壓力作用在膜片組件上的力，在壓差力的作用下閥芯組件打開，介質(zhì)由進口進入系統(tǒng)，使系統(tǒng)內(nèi)的介質(zhì)壓力增高。當系統(tǒng)內(nèi)的介質(zhì)壓力增高到某一設(shè)定值時，出口介質(zhì)作用在膜片組件上的力大于上彈簧作用在膜片組件上的力，膜片組件向上運動，與閥芯組件分開，閥芯組件在下彈簧力作用下關(guān)閉閥門。
3 LNG液化天燃氣低溫調(diào)節(jié)閥工作原理結(jié)構(gòu)特性
3.1 工藝與選材
調(diào)節(jié)閥內(nèi)部主要零部件在承受持久或瞬間很大溫度變化而引起的應(yīng)力及壓力和溫度交變下的各種載荷作用力時，不應(yīng)出現(xiàn)明顯的彈塑性變形，所以，其閥體和殼體等零件選用HPb59-1-Y2，密封墊圈選用，閥芯組件和膜片組件中的密封材料選擇PTFE，彈簧選擇低溫不銹鋼彈簧鋼絲06Cr19Ni10。
為了防止閥門零件在低溫工況下應(yīng)力集中產(chǎn)生脆性破壞，零件加工過程中避免尖角出現(xiàn)，棱邊需進行圓滑倒鈍。零件在低溫工況下容易產(chǎn)生變形，閥體、殼體等零件在精加工前必須進行深冷處理，浸泡在液氮中，待零件溫度達到-196℃后，保溫2～4h，自然恢復(fù)到室溫。重復(fù)循環(huán)兩次，以消除相變引起的零件體積變化影響，防止閥門泄漏。
3.2 LNG液化天燃氣低溫調(diào)節(jié)閥工作原理密封結(jié)構(gòu)改進
調(diào)節(jié)閥密封常用平端面結(jié)構(gòu)。由于各零件材料不同，材料熱脹系數(shù)、零件承受熱載和零件所處約束條件的差別，導致零件收縮量存在差別。在超低溫工況環(huán)境下，由于密封零件材料的收縮量不同，導致閥門產(chǎn)生泄漏。針對在低溫工況下調(diào)節(jié)閥泄漏問題，對其端面密封結(jié)構(gòu)做了改進。在閥體端面加工一個小的V形槽，在堵頭與密封墊圈接觸的平面上加工一個小的凸臺，在擰緊力的作用下，堵頭端面的小凸臺擠壓密封墊圈，密封墊圈產(chǎn)生變形填充閥體端面的V形槽，密封結(jié)構(gòu)可靠性能高。
通過改進密封結(jié)構(gòu)和零件加工工藝優(yōu)化，取得了很好的密封效果，通過30000次的壽命試驗，調(diào)節(jié)閥的漏率滿足產(chǎn)品密封性能要求。
4 LNG液化天燃氣低溫調(diào)節(jié)閥工作原理結(jié)語
LNG超低溫增壓調(diào)節(jié)閥門在低溫工況環(huán)境下密封可靠，漏率滿足要求。經(jīng)過壽命試驗，驗證了改進結(jié)構(gòu)和工藝優(yōu)化的合理性，保證了產(chǎn)品在特殊工況下使用的可靠性。
