超低温阀门的结构优化设计研究

李世涛　姜雪　刘博男

摘要：随着科学技术的不断发展，液化天然气走进了普通民众的生活，但液化天然气沸点很低，为-165℃，如何设置合理的阀门结构，选择合适材料显得十分重要。本文根据以往工作经验，对超低温阀门材料应用内容进行总结，并从阀盖结构设计、密封结构设计、滴水板结构设计、泄压部件结构设计、防火结构设计、防静电结构设计六方面，论述了超低温阀门结构设计形式。

关键词：超低温阀门;结构优化设计;滴水板

近年来，我国液化天然气产量迅速提升，相比之下，液化天然气在清洁方面要比传统能源更具优势。站在性质角度来说，液化天然气本身属于易燃易爆物质，无论是在运输还是在存储过程中，均要严格按照相关规定进行操作。为了让液化天然气始终处于供给稳定状态，各个环节中的设备和技术标准提升显得十分重要。阀门在液化天然气输送中发挥着重要作用，需要对其进行合适的稳压和调节操作。

1.超低温阀门材料应用分析

在阀门制作上，应用的材料种类有很多，其中，最为常见的有钢、铜和铁。与一般流体不同，液化天然气温度较低，制作材料同样需要在低温环境下保持稳定特性，还要兼顾液化天然气的自身特性，只有这样，才能保证液化天然气始终处于稳定状态。但从实际角度来说，阀门外部环境稳定性并不高，温度变化幅度较大，很容易让阀门失去稳定性，无法得到有效控制。所以说，在阀门结构设计上，人们应该以柔性设计原则为主，让各项偏差得到全面补偿，并针对阀门材料特性进行深冷处理，避免出现低温变形情况，发挥出各种材料的实效。对于那些生活中常见的金属材料，如果长期处于低温状态，柔性和强度均会受到影响，所会说，实际超低温阀门在设计时，可以应用金属密封件材料，强化整个系统的稳定性。

2.阀门结构设计

2.1阀盖结构设计

在整个阀门设计过程中，阀盖设计意义十分明显，实际设计时，工作人员需要对液化天然气温度低的情况进行充分考虑，让阀门内部填充材料在使用时，温度全部集中在0℃以上。从这里也可以看出，实际阀盖结构设计时，以长颈閥盖设计结构为主，并借助于填料，将阀盖结构和阀盖底部距离控制在合理范围内，保证不会因为低温出现阀盖位置和阀门冻结问题，让阀门结构始终处于正常运转状态。

2.2密封结构设计

密封结构设计操作主要是在阀门中加装一个重要板块，在整个超低温阀门设计时，人们需要借助于一种特殊的密封结构，保证阀门即使在温度较低的环境下，依然能够保持良好的密封性能。整体来看，主要应用的材料有柔性石墨填料、O形圈、唇式密封圈等等，这些材料均能对阀门密封性能产生影响。更为重要的是，碟簧组预紧式结构同样也能发挥出作用，降低大幅度温差状态下，螺栓出现变形问题的几率，还能避免在长期使用过程中，密封件可能出现的松弛几率。

2.3滴水板结构设计

超低温阀门中所传递的介质，往往具备明显的低温特性，为了更好的降低或则是避免介质温度影响阀杆和填充材料，导致零件和材料在低温冻结下性能失效，工作人员应添加相应的滴水板结构设计。从之前研究过程中能够看出，滴水板结构应用到后阀盖上方之后，温度明显提升。除此之外，在设计操作上，阀盖上部温度偏差也会增加，而且还会直接暴露在空气之中，此时，空气中的水蒸气在遇到低温阀盖时，会形成水珠，在加上滴水板直径比法兰宽很多，可以阻挡空气液化水滴进入到中法兰螺栓，降低锈蚀问题的出现几率。

2.4泄压部件结构设计

当低温介质出现气化问题之后，很容易出现体积变大问题，当液化天然气液化后，体积也会增加，最高能够达到液态状态的六百多倍。当阀门处于闭合状态后，倘若外部环境温度升高，阀体内部低温介质便会出现吸热汽化问题，让体积迅速膨胀，此时，阀门内部压力增加幅度大幅提升，导致很多原件受到破坏，如果问题长时间不能解决，容易导致阀门失效现象。因此，在实际阀门设计过程中，工作人员需要在入口位置加装泄压结构，其中，最为常见的形式当属泄压孔设计，让腔体和入口管道之间始终处于连通状态，将腔体内部气压异常上升情况避免。

2.5防静电结构设计

我国超低温阀门中密封阀座材料的选择，主要以PCTFE为主。但该材料在应用是，极容易出现静电聚集反应，由于液化天然气本身具体易燃易爆特性，在这种介质中应用，极容易出现静电火花，进而引发严重的安全事故。因此，在设计时，工作人员需要在其中添加一部分预防静电装置。一般来说，能够加入其中的装置有避雷针导通设施等，主要是对电流进行有效引导，并将阀杆和阀体联系在一起，将静电有序导出，只有这颜，才能更好的消除安全隐患。

2.6防火结构设计

在防火结构设计中，主要是为了预防由于温度的剧烈变化，引发介质外漏情况。从整体阀体阀盖双道密封结构中能够看出，主要采用的密封形式为唇式密封圈和石墨缠绕垫片相结合的形式，实际阀杆密封部位，也会实用唇式密封圈、石墨填料组等多重密封结构。该种防火结构在火灾出现后，可以借助于阀体中腔内部的石墨缠绕垫片，以及石墨填料组织执行介质密封操作，避免因为密封圈熔化失效，出现流体泄漏现象。更为重要的是，还有一部分阀体在防火结构设计上，应用了金属阀座和非金属密封环双重密封防火结构，如果第一道非金属密封环由于熔化而失去效果，第二道防火密封装置会在弹簧的作用下，实际将阀座推向球体，进而将管线流体彻底阻断，防治内漏问题出现。

3.阀门阀杆组合设计

在整个超低温阀门结构设计之中，涉及到的介质具备明显的超低温特点，对于阀杆组合设计，还应该在其中加入弹簧蓄能圈、密封垫片和中间阀杆填料等部件。其中，弹簧蓄能密封圈的应用显得十分重要，如果整个阀腔内的低温介质遇热气化，便会制造出高压环境，该密封圈在压力作用下，便会与密封沟槽紧贴在一起，有效避免泄漏问题出现。在中间部位中，工作人员还会在其中加入一些防爆零部件。如果腔内压力达到一定强度，便会出现保护层，保证阀杆在高压状态下不会被冲出。在蝶型弹簧部件的应用，主要作用就是建立预紧式压紧填料，对温度变化而出现的密封件松弛现象进行有效解决。除此之外，在整个阀门设计过程中，工作人员还需要对周围环境因素进行充分考虑，如遇到周围环境温度大幅升高现象，将会对阀门材料选择以及阀杆长度等选择产生影响，此时，工作人员需要在中间加装一些辅助部件。如果周围环境温度较高，极容易和低温介质产生对流问题，即使中间存在阻隔物质，同样也会由于温度的传递，出现明显的热交换问题，影响主体阀门应用的可靠新。所以说，在一些特殊环境下，工作人员需要应用一些特殊的超低温阀门结构和材料，让超低温介质运输始终处于稳定状态，避免系统安全性受到影响，这也是超低温阀门结构优化设计的重点所在。

4.结论

综上所述，在新时期液化天然气应用中，接收站和工厂数量越来越多，受多种因素的影响，超低温阀门制作也容易被垄断。为此，人们需要对超低温阀门制造和研发提高重视程度，严格控制该类阀门的制造工艺，设计出更加安全可靠的阀门，维护液化气系统安全稳定运行，为我国经济可持续发展创造有利条件。

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