LNG球阀盲区LNG导出技术的研发*

李 河 张周卫,2 汪雅红,2 李 跃

(1.兰州交通大学环境与市政工程学院；2.甘肃中远能源动力工程有限公司)

LNG球阀盲区LNG导出技术的研发*

李 河**1张周卫1,2汪雅红1,2李 跃1

(1.兰州交通大学环境与市政工程学院；2.甘肃中远能源动力工程有限公司)

根据LNG球阀需要双向密封、双向导通、开关均存在LNG盲区的特点，设计了一种新型超低温压力调节阀并应用于LNG球阀中。在球体处沿轴设置4个单向导通的超低温压力调节阀后，LNG球阀可及时自动双向导出盲区内的LNG，并有效控制阀门两侧的压力平衡，起到既可双向开关，又可双向密封LNG的安全效用，有效降低了阀门设计压力和LNG输送系统的设计压力。

LNG球阀 超低温压力调节阀 盲区LNG 导出技术

近年来，随着能源结构的调整，LNG能源的使用量急剧增加，在天然气的液化及液化天然气的运输、贮存等方面对低温阀门的需求量也急剧增加。LNG球阀因具有操作简单、易实现快速启闭等优点被广泛应用于LNG管路中[1]。但是，传统的LNG球阀在开启和关闭后均存在盲区，由于存在环境热源，盲区内的LNG会逐渐汽化，温度逐渐升高，压力逐渐增大，如不及时导出盲区内的LNG，盲区压力将会高于阀门的设计压力，部分密封将被破坏，导致LNG泄漏甚至引起阀门爆炸。为了解决这一问题，传统的LNG球阀应用于低温领域时，通常在其阀体外增加管路，连接盲区至球阀出口段，从而导出低温流体。但这种方法会导致盲区与阀门一端连通，失去球阀主密封面双向截止、双向控制的优势，如果球阀只能使用一个主密封面，则不能起到双向密封的作用。另外，由于管道两端的LNG均极易汽化形成两相流，且易反向流动，因此外加导管连通一侧不能有效解决双向截止的问题。同时，外加导管由于强度等原因极易损坏泄漏，且存在阀体外侧不易加装保温层、阀体外观不对称等缺点[2]。

笔者针对传统LNG球阀存在的缺点，根据-162℃LNG低温输运的特点设计了一种新型超低温压力调节阀并应用于LNG球阀中，用于解决传统低温阀门在输送LNG时存在的无法双向密封、双向导通、密封泄漏及安全性低等问题。

1 新型超低温压力调节阀的结构与工作原理

新型超低温压力调节阀(图1)的工作原理为：LNG自右侧调节阀阀座顶部通孔进入调节阀阀座与阀体之间的环形通道，并作用于调节阀阀杆锥形密封面；当介质压力大于调节阀弹簧设定的预紧压力时，推动调节阀阀杆，带动调节阀阀盖向左运动，调节阀打开并泄放LNG；当介质压力小于调节阀弹簧设定的预紧压力时，调节阀自动关闭，以此调节压力。调节阀设定压力可根据系统设计压力而设定，调节阀阀盖与调节阀阀杆之间的调节阀弹簧预应力可通过旋转调节阀阀盖并改变调节阀弹簧预紧高度来实现。

2 LNG球阀盲区LNG的导出技术

针对LNG球阀存在的缺点，并根据LNG球阀需要双向密封、双向截止、开关均存在LNG盲区的特点[2,3]，设计了一种带有超低温压力调节阀的LNG球阀，其结构如图2所示。在-162℃低温工况下，根据系统要求，调节并校正第1压力调节阀、第2压力调节阀、第3压力调节阀和第4压力调节阀的设定控制压力，旋转调节阀阀盖并改变调节阀弹簧预紧高度，当调节阀阀盖与调节阀阀杆之间的调节阀弹簧预紧力调节完成后，再根据调节阀阀杆与调节阀阀盖所在的相对位置，开孔并安装销杆和卡箍，调节校正完成后，将4个单向导通的超低温压力调节阀焊接于球体上[4,5]，即完成LNG球阀的技术改造。

图2 带有超低温压力调节阀的LNG球阀

当阀门关闭时，阀杆旋转执行器旋转上阀杆顶部，上阀杆带动下阀杆旋转，下阀杆带动球体旋转并关闭球阀，主流LNG截断。当LNG自球阀左侧向右侧流动时，球阀关闭后，双向密封导致阀腔内形成LNG盲区，LNG无法排出，此时，外界环境提供热源加热盲区内的LNG，LNG受热后温度升高，压力增大，自增压开始并很快超过管道内部压力，盲区内的LNG自增压后将打开安装于球体上的第1压力调节阀并反流LNG。当盲区LNG自增压压力低于左侧设定主流压力时，第1压力调节阀关闭，继续自增压，当压力达到第4压力调节阀开启压力时，第4压力调节阀打开，盲区LNG通过球阀右侧排出。当球阀关闭，主管道内的LNG自增压后，管道压力迅速增大，可通过第2压力调节阀与第3压力调节阀排出LNG，以实现管道高压端泄压并保持压力平衡。当管道左侧LNG自增压升高，并达到第2压力调节阀控制压力时，第2压力调节阀打开，LNG进入盲区，再打开第4压力调节阀，LNG排入球阀右侧，两侧压力迅速达到平衡。当管道右侧LNG自增压升高，并达到第3压力调节阀控制压力时，第3压力调节阀打开，LNG进入盲区，再打开第1压力调节阀，LNG排入球阀左侧，两侧压力迅速达到平衡。

当阀门打开时，阀杆旋转执行器旋转上阀杆，上阀杆带动下阀杆旋转，下阀杆带动球体回转90°后打开，LNG主流导通，LNG通过下阀体左侧沿中部密封面向右侧流动，球体盲区内充满LNG。当盲区LNG压力大于第2压力调节阀或第3压力调节阀的控制压力时，盲区LNG通过打开的第2压力调节阀或第3压力调节阀进入主流LNG。

3 结束语

笔者根据LNG管道的特殊性，在LNG球阀设计过程中，采用盲区LNG导出技术、自增压安全平衡技术等，设计了一个带有超低温压力调节阀的LNG球阀，解决了传统LNG球阀无法双向密封、双向导通、双向截止及开关存在盲区等问题。在LNG球阀打开或关闭时，球阀能够自动双向导出盲区内的LNG，并有效控制阀门两侧的压力平衡，易于反流控制，起到既可双向开关，又可双向密封LNG的安全效用，有效降低了阀门设计压力和LNG输送系统的设计压力，提高了LNG球阀安全性。同时，可适当减小LNG球阀阀体壁厚，使阀门更轻巧，加工制造成本更低。

[1] 陆培文.实用阀门设计手册[M].北京:机械工业出版社,1994:1～6.

[2] 张周卫,汪雅红,张小卫,等.LNG球阀[P].中国:CN201410060746.1,2014-05-14.

[3] 张周卫,汪雅红,张小卫,等.LNG截止阀[P].中国:CN201410053777.4,2014-05-14.

[4] 张周卫,汪雅红,张小卫,等.LNG蝶阀[P].中国:CN201410067518.7,2014-05-21.

[5] 张周卫,汪雅红,张小卫,等.LNG闸阀[P].中国:CN201410057759.3,2014-06-04.

ResearchandDevelopmentofLNG-exportingTechnologiesforLNGBallValveBlindZones

LI He1, ZHANG Zhou-wei1, 2, WANG Ya-hong1,2, LI Yue1

(1.SchoolofEnvironmentalandMunicipalEngineering,LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070,China; 2．GansuZhongyuanEnergy&PowerEngineeringCo.,Ltd. ,Lanzhou730070,China)

Considering the fact that LNG ball valve asks for a two-way sealing and conduction and the LNG blind zones occur in on/off operation, a new pressure-regulating valve for operation at ultrlow temperatures was designed and applied to LNG ball valves. Through having the four one-way pressure-regulating valve installed along the axis of the ball, the LNG ball valve can timely export LNG from blind zones automatically and bi-directionally and effectively control pressure balance between two sides of the valve. The two-way on/off and sealing can effectively reduce the valve’s design pressure and that of the LNG transmission system.

LNG ball valve, pressure regulating valve at ultralow temperature, LNG at blind zone, LNG-exporting technology

*国家中小企业创新基金项目(12C26216207017，13C26216205878)。

**李 河，男，1990年1月生，硕士研究生。甘肃省兰州市，730070。

TQ055.8+1

A

0254-6094(2016)05-0628-03

2015-08-18，

2015-10-09)

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