低温阀门并非普通阀门的简单变型,而是专门为低温工况设计的特种设备。根据国际标准,工作温度低于-40℃的阀门就被归类为低温阀门,其中低于-100℃的更是被称为深冷阀门。
这些阀门面临的挑战远超想象:处理介质包括液氧(-183℃)、液氮(-196℃)、液化天然气(-162℃)等极具挑战性的流体,这些介质不仅温度极低,还具有易燃易爆、强渗透性和相变膨胀的特性。一旦泄漏,液体瞬间气化,体积膨胀数百倍,可能造成灾难性后果。
按介质温度分为深冷阀门和低温阀门。
① 低温阀门:介质工作温度-100℃<t<-40℃
② 深冷阀门:介质工作温度<-100℃
LNG低温阀门
①公称压力CLASS150~1500;PN20~250
②公称尺寸DN15~1200
③法兰连接形式(FF/RF/RJ)、焊接式(BW)、螺纹(NPT)、承插式(SW)等
④阀门材料和使用温度见下表
⑤驱动方式手动、伞齿轮传动、电动、气动、气液联动等
低温阀门工作条件苛刻,其工作介质大部分为易燃、易爆、有毒、渗透性强的物质,其最低温度可达-269℃,最高使用压力可达25MPa。因此,低温阀门的设计、制造和检验相比常规阀门有很大的区别。低温阀门设计、结构和选材特定要求如下
1,设计和结构要求
(1)工作寿命长,阀门及其组件在低温介质和低温环境下,应具有长时间的工作能力,一般要求为10年或3500~5000次开启循环。
(2)保冷性:散热性热量的流入除降低热效应外(如流入过多),还会使内部流体急速蒸发,增加运行成本。故低温阀门阀盖颈部以下,通常工艺上采用包裹保温材料的方法来防止介质温度的耗损。
(3)异常升压结构设计:对于双阀座密封的低温阀,当阀门关闭后,阀门中腔会封闭一些残留的低温液体,这些被封闭的低温液体会渐渐吸收大气中的热量而气化,气化后的体积急剧膨胀达600多倍。造成阀体内部异常升压,对阀门、管道和设备造成极大的威胁。例如,液化天然气(LNG),在-162℃时为液体(压力0.2~0.4MPa),当压力回升到20℃时,其压力将增加到29.3MPa。为防止中腔异常升压现象发生,一般低温阀门在结构上应采取以下几种措施之一。
①设置泄压孔:泄压孔又称压力平衡孔或排气孔,即在关闭件(如闸板、球体)一侧钻一个小孔,作为阀体中腔和进口侧的压力平衡孔。当阀体中腔压力升高时,气体可以通过小孔排出,使中腔与进口端压力平衡,保护阀门使用安全。这种方法比较简单,目前已被广泛采用。采用泄压孔时,在阀体上应有指示流体流向的箭头;安装时也要注意泄压孔通向介质进口的一侧,泄压孔开在闸板或球体上时,更应该注意。
②设置安全阀和引管:在阀门上设置安全阀和引管以排出异常高压,但需要注意应将排放出来的介质进行安全引导或收集。
2.选型低温阀门时,需要考虑多个关键因素:
温度等级:根据实际工作温度确定选择低温阀门还是深冷阀门压力等级:不仅要考虑工作压力,还要考虑异常升压的极端情况连接方式:法兰、焊接、螺纹等连接方式需要根据系统要求选择驱动方式:考虑操作频率、自动化程度和环境条件材料兼容性:确保材料与介质兼容,避免发生化学反应
3.特殊安全设计
防火结构:在发生火灾时,仍能保持一定的密封性能
防静电装置:防止球体与阀座摩擦产生静电火花
滴水板设计:防止冷凝水侵入保温层造成结冰
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