摘要：近些年来，随着我国社会科学技术的不断提升，在百姓生活中也已经广泛出现液化天然气使用的身影。低温球阀具有结构紧凑、易于操作和维修等特点，据不完全统计,在液化天然气（LNG）接收站应用的各类阀门中，低温球阀的数量占比高达60%以上，应用极为广泛。接收站超低温阀门的过流介质LNG具有分子量小、粘度低、浸透性强的特点，容易造成天然气泄露，具有易燃易爆的特性。在LNG接收站高压泵出口与气化器之间的高压管路上，低温球阀内漏和外漏现象尤为突出。本文主要对超低温阀门结构优化的方向进行探讨。
关键词：超低温阀门；结构优化；设计
在近些年，我国液化天然气使用增长速度势头猛进，即使是在全球范围内，其增长速度也很快。从性质来看，液化天然气具有易燃易爆易汽化的特点，无论是在运输还是在存储，又或者是控制过程，都有着严格的要求。为了确保液化天然气的供给稳定，需要提高各个环节中设备的技术标准。阀门是液化天然气输送系统中的主要控制设备，无论是倒流、截至还是调节、稳压，又或者是分流、防溢，都发挥着重要的作用。
1超低温阀门的材料选择分析
随着我国科学技术水平的不断发展，对石油天然气能源的开发利用程度越来越深，液化天然气的产量不断增加，加上与煤碳等资源相比，液化天然气在清洁性方面表现出更突出的优势，液化天然气已经进入千家万户，成为生活必备能源之一。阀门是液化天然气输送系统中的主要控制设备，无论是倒流、截至还是调节、稳压，又或者是分流、防溢，都发挥着重要的作用。一般能够用来制作阀门的材料很多，钢、铜、铁等我们常见的物质都能用来生产阀门。与常规的流体不一样，液化天然气温度非常低，相应的用来制作阀门的材料也需要能够在超低温环境下保持稳定的性能，并且要兼顾液化天然气所具有的特性，只有这样，液化天然气在管道中才能正常进行引导。液化天然气的低温温度低至-165℃，阀门在工作过程所处的外部环境并不稳定，呈现出很大的温度变化，这意味着阀门元件会在温度变化中性能丧失稳定，对阀门的控制效果出现偏差。因此在设计阀门结构过程中，要坚持柔性设计原则，确保偏差能够得到补偿，同时要针对阀门材料做好深冷特殊处理，避免后续使用中出现低温变形问题，从而造成材料实效现象的出现。由于我们常见的金属材料如果至于低温环境中，无论是柔性还是强度都会受到影响，因此进行超低温阀门设计时要选择金属密封件材料。
2超低温阀门的结构设计优化
2.1阀盖结构设计
阀门设计中阀盖意义重大，在具体设计时要考虑到液化天然气温度非常低的现实情况，确保阀门内的填充材料使用时的温度能够超过0℃，因此可以常长颈的阀盖设计结构，并且利用填料部分达到阀盖结构与阀盖底部保持一定距离的目的，从而确保由于低温造成阀盖位置上的部门与阀门出现冻结现象，有效规避阀门不能正常运行的发生几率。
2.2密封结构设计
密封机构设计也是阀门设计的一个重要板块，在超低温阀门设计过程中，需要借助特殊的密封结构来确保阀门即使在低温环境下也能够保持密封的性能。通常借助柔性石墨填料、O型圈、唇式密封圈等方式都能实现阀门调料部位的性能的密封性能。除此之外，碟簧组预紧式结构也能够有效预防大幅度温差变化中螺栓发生变形的量，避免长时间使用中密封件可能出现松弛的问题。
2.3滴水板结构设计
超低温阀门中传递的介质由于低温特点，为了最大限度的减少或者避免介质的温度传递至阀杆及与之相连的填充材料，造成零件与材料在低温冻结下性能失效，需要添加滴水板结构设计。已经有相关研究表明滴水板结构应用后阀盖上方的温度变得更高。
在设计中，阀盖上部的温度偏度，并且直接暴露在空气当中，空气中漂浮的水汽遇到低温状态的阀盖时会液化成水珠，而滴水板的直径比中法兰要宽，能够阻挡空气中液化的水滴掉在中法兰螺栓上，避免发生锈蚀现象。
2.4泄压部件的结构设计
很多低温介质发生汽化现象后都会出现体积变大的情况，液化天然气液化后的体积就是液态状态的六百多倍。当闭合阀门后，如果外部环境温度比较高，阀体内的低温介质会吸热汽化，体积膨胀，造成阀门内部压力急剧增加，不仅会直接破坏一阀门内部的原件，情况严重时还会造成阀门工作失效。在进行阀门设计时就要在入口部位添加泄压结构设计，泄压孔是常见的设计形式，能够实现腔体与入口管道的连通，有效避免腔体内部气压异常上升。
2.5防静电结构设计
PCTFE材料是我国超低温阀门中常用的密封阀座材料。但是在使用中这种材料又会引起静电聚集反应，在液化天然气等具有易燃易爆特性的介质中使用，很容易出现静电火花，酿成严重的安全事故，因此需要添加防静电结构设计。可以在添加类似避雷针的导通装置实现电流引导，将阀杆与阀体联系在一起，顺利导出静电，消除潜在的安全隐患。
2.6阀杆组合设计
超低温阀门应用的借助具有超低温的特性，需要在设计中应用碟形弹簧、密封垫片、中间阀杆填料、弹簧蓄能圈等零部件。当阀腔中弹簧蓄能圈遇到低温介质是发生热化，造成阀腔气压升高，将蓄能圈挤压紧贴至密封沟槽，形成保护层，有效避免防暴部件发生泄漏，出现阀杆被冲出的现象。碟形弹簧部件则需要压紧填料，避免因为温度变化发生阀门密封不见松弛的问题。在进行阀门设计时要对环境因素进行综合考虑，才能确保设计的科学合理性。
2.7规范阀门安装流程
规范的阀门安装、试压和吹扫流程对低温阀门的后期可靠运行极为重要。阀门安装前，应检査确认管道、阀门流道内是否在积液、锈渣、焊渣等异物,如果存在应清理后再焊接安装。阀门焊接时应将阀位设置在全开状态，以避免可能的铁屑、焊渣等异物对阀球密封面的不良影响。由于接收站机械完工验收前管道压力试验釆用水压试验,低温阀门密封填料会因进水失效，试压后阀门的吹扫工作也比较困难，如果吹扫不彻底，投入使用后杂质和冰渣极易会划伤密封面，导致阀门内漏乳因此水压试验后,应对管道进行彻底的排净和吹扫，确保管线内无积液或固体杂物。为避免水压试验后阀腔因进水而无法彻底排净，应在水压试验后打开阀门底部排净丝堵确认积水排净。
2.8优化填料压盖处密封结构型式
为提升低温球阀填料处的密封性能，对密封结构进行优化改进:移除阀门填料最上方的2层柔性石墨,替换为2层石墨盘根+O型环+2层柔性石墨密封的多重组合密封形式。O型环的内外两侧各配置1个O型圈,实现阀杆和内孔间的有效密封。O型圈的温度适用范围可达-50满足现场使用工况要求。密封结构形式改进解决了阀杆填料压盖处长期普遍泄漏天然气的隐患,实际应用效果良好。
结束语
随着我国国民经济不断发展，人们的物质生活水平得到突飞猛进的发展，液化天然气行业发展迅速，大大小小的液化天然气接收站与工厂在全国各地热火朝天的建设起来。但是在多方面因素的影响下，超低温阀门制造技术一直处于被少部分国家垄断的状态。在这种环境下，开展超低温阀门制造工艺研发工作有着非常重要的现实意义，需要我们不断优化超低温阀门结构设计，设计更加安全可靠的阀门，最大限度的保障液化气运输体系的安全性，让人们能够用上安全可靠的液化天然气。
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