液化天然氣用超低溫增壓調(diào)節(jié)閥密封構造設計

液化天然氣用超低溫增壓調(diào)節(jié)閥密封構造設計介紹了一種液化天然氣用超低溫增壓調(diào)節(jié)閥的工作原理、材料選用、密封構造改良和加工處理工藝。1、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，適應工況溫度-196℃的調(diào)節(jié)閥。2、液化天然氣用超低溫增壓調(diào)節(jié)閥的工作原理

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(圖1)，用于LNG系統(tǒng)自增壓，使系統(tǒng)內(nèi)的壓力保持在設定值范圍內(nèi)，處于常閉狀態(tài)。當LNG儲存罐內(nèi)隨著介質消耗，罐內(nèi)壓力逐漸降低到某一設定值時，調(diào)節(jié)閥開啟，介質通過調(diào)節(jié)閥進入儲存罐內(nèi)使壓力升高。當壓力升高至設定值時，調(diào)節(jié)閥關閉，增壓停止。

圖1超低溫增壓調(diào)節(jié)閥

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壓力作用在膜片組件上的力到達平衡。當出口壓力值低于設定值時，上彈簧作用在膜片組件上的力大于出口介質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，介質由進口進入系統(tǒng)，使系統(tǒng)內(nèi)的介質壓力增高。當系統(tǒng)內(nèi)的介質壓力增高到某一設定值時，出口介質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閉閥門。3、液化天然氣用超低溫增壓調(diào)節(jié)閥的構造特性

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力及壓力和溫度交變下的各種載荷作用力時，不應出現(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QSn6.5-0.1-Y，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力集中產(chǎn)生脆性破壞，零件加工過程中防止尖角出現(xiàn)，棱邊需開展圓滑倒鈍。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開展深冷處理，浸泡在液氮中，待零件溫度到達-196℃后，保溫2～4h，自然恢復到室溫。重復循環(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、密封構造改良

調(diào)節(jié)閥密封常用平端面構造。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異，導致零件收縮量存在差異。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，對其端面密封構造做了改良。

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，密封構造可靠性能高(圖2)。

圖2端面密封

通過改良密封構造和零件加工工藝優(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、結語

LNG超低