低温阀门在lng领域的应用

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1、低温阀门在LNG领域的应用 主讲人：王洁 中海石油气电集团有限责任公司 2011年11月12日,介绍内容,1、LNG产业链概况 2、LNG领域应用低温阀门种类 天然气液化工厂 LNG接收站 3、LNG领域阀门常用标准 4、LNG领域低温阀门选型要求 5、特殊阀门选型要求,2,LNG产业链概况,LNG简介 LNG是气田开采出来的天然气，经过脱酸气，脱水和重烃，然后压缩、膨胀、液化而成 LNG为-160 超低温液体 液化后的LNG，其体积只有液化前的1/600,3,LNG产业链概况,LNG是一种高效清洁能源 利用效率高：天然气发电热能利用效率可达55%，高于原油和煤 安全能源：自燃温度高，不会引起

2、CO中毒，比空气轻，泄漏易于扩散 价格稳定：受油价波动影响较小，与轻柴油、液化石油气相比，价格便宜了20%-30% 使用方便：液化天然气点火方便，火焰稳定，易于控制，而且气化后通过管道供气，和燃料油，罐装液化石油气相比，无需储藏、搬运,4,LNG产业链概况,LNG产业链发展布局,5,介绍内容,1、LNG产业链概况 2、LNG领域应用阀门种类 天然气液化工厂 LNG接收站 3、LNG领域阀门常用标准 4、LNG领域低温阀门选型要求 5、特殊阀门选型要求,6,LNG领域应用阀门分类,按使用用途分类 截断阀：闸阀、截止阀、止回阀、旋塞阀、蝶阀、球阀 调节阀 呼吸阀 按工作温度分类： 常温阀门 低温阀

3、门 超低温阀门,7,介绍内容,1、LNG产业链概况 2、LNG领域应用低温阀门种类 天然气液化工厂 LNG接收站 3、LNG领域阀门常用标准 4、LNG领域低温阀门选型要求 5、特殊阀门选型要求,8,天然气液化工厂建设现状,国内天然气液化工厂规模 国内天然气液化工厂以小型为主 截止2010年，我国已经运营的小型LNG装置有30多座 在建和拟建的LNG液化项目还有30座左右，近一两年将陆续投入运行，而且单座容量都有增大的趋势,9,天然气液化工厂工艺流程,10,天然气液化工厂低温阀门种类,工况条件 主要低温介质：天然气、LNG、混合制冷剂（混合烃）、重烃、乙烯等 介质温度范围：-165 -39 介

4、质最高压力：4.2MPaG 常用的低温阀门种类 调节阀（单座直通阀、多级降压调节阀）、球阀、截止阀、止回阀、呼吸阀等,11,天然气液化工厂低温阀门使用情况统计,12,介绍内容,1、LNG产业链概况 2、LNG领域应用低温阀门种类 天然气液化工厂 LNG接收站 3、LNG领域阀门常用标准 4、LNG领域低温阀门选型要求 5、特殊阀门选型要求,13,LNG接收站工艺流程,14,LNG接收站建设现状,中海油目前建成投产的接收站及接收能力 广东大鹏：680万吨/年 福建LNG：一期260万吨/年，二期500万吨/年 上海LNG：300万吨/年 “十二五” 期间建成或计划建设 9-12个大型接收站（宁波

5、、珠海等），3-4个浮式接收站，4-5个小型接收站（中小储备站） LNG年接收能力将超过6000万吨/年,15,LNG接收站阀门种类,工况条件 主要低温介质：天然气、LNG 介质温度范围：-165 -130 介质最高压力：10 MPaG LNG接收站常用低温阀门种类 调节阀（单座直通阀）、球阀、截止阀、止回阀、呼吸阀等,16,LNG接收站低温阀门使用情况统计,17,介绍内容,1、LNG产业链概况 2、LNG领域应用低温阀门种类 天然气液化工厂 LNG接收站 3、LNG领域阀门常用标准 4、LNG领域低温阀门选型要求 5、特殊阀门选型要求,18,LNG领域阀门常用标准,LNG领域阀门常用标准 美

6、国石油学会 （API） 美国机械工程师学会（ASME） 美国阀门与管件工业制造商标准化学会（MSS） 英国国家标准（BS）,19,LNG领域阀门常用标准,美国石油学会 （API） API 594 法兰、凸耳式、对夹式以及对焊式止回阀 API 598 阀门检验及试验 API 600法兰和对焊连接钢制闸阀 API 602紧凑型钢制闸阀 API 607 软阀座阀门防火试验 API 608 法兰端、螺纹端和焊接端金属球阀 API 609 双法兰式、凸耳式和对夹式蝶阀 API 6D 管线阀门 API6FA 阀门耐火试验规范,20,LNG领域阀门常用标准,美国机械工程师学会（ASME） ASME B16.

7、5 管法兰与法兰管件 ASME B16.10 阀门面至面和端面至端面尺寸 ASME B16.11承插焊和螺纹锻造管件 ASME B16.25 对焊端 ASME B16.34法兰、螺纹及对焊连接阀门 ASME 16.47大直径管钢制法兰 ASME B31.1 动力管道 ASME B31.3 工艺管道 ASME B31.5 制冷管道和传热部件,21,LNG领域阀门常用标准,美国阀门与管件工业制造商标准化学会（MSS） MSS SP-67蝶阀 MSS SP-80 青铜闸阀、截止阀、角阀和止回阀 MSS SP-134 低温阀门及其阀体、阀盖加长体的要求 英国国家标准（BS） BS 1868 石油化工法

8、兰和对焊钢制止回阀 BS 1873 石油化工法兰和对焊钢制截止阀和截止止回阀 BS 6364 低温阀门 BS 6755 阀门试验,22,介绍内容,1、LNG产业链概况 2、LNG领域应用低温阀门种类 天然气液化工厂 LNG接收站 3、LNG领域阀门常用标准 4、LNG领域低温阀门选型要求 5、特殊阀门选型要求,23,LNG领域低温阀门选型要求,LNG低温阀门常用结构型式 应用阀门主要供应商 LNG低温阀门通用选型要求 密封性能要求 材料设计要求 材料检验要求 生产检验及测试,24,选型要求常用结构型式,25,选型要求主要供应商,调节阀：Fisher、Flowserve、Samson、Mason

9、eilan 蝶阀：Orton、Tyco 球阀：Poyam、Perar、Tyco 截止阀： Poyam 、Mascot、ADAMS、Tyco等 止回阀： Poyam 安全阀： TAI MILANO、Tyco、Faris,26,选型要求通用选型要求,长颈型阀盖设计 阀盖通常采用螺栓连接 阀内件配置应易于拆卸，尤其是阀座易于更换，内件和密封能够快速从阀顶部拆卸，可在线维修 对焊阀门和用于低温的阀门应便于整体组装 上阀盖和阀体不应有焊接或螺纹连接的部件 关闭时需要的回转力超过245N时需提供齿轮驱动装置,27,选型要求通用选型要求,采用防火设计，厂家具有API 607测试认证 采用防超压结构设计，球阀

10、、截止阀需设置泄压孔，避免中腔压力在温度变化时升高 采用防吹出阀杆设计（anti-blow out） LNG介质具有易燃易爆性，需采取防静电设计，考虑设置导通装置，对于金属密封阀门，阀杆阀体、关闭件与阀体之间电阻值满足规范要求,28,选型要求密封性能要求,LNG用超低温阀门介质分子量小，粘度低，浸透性强，容易泄漏，具有易燃易爆的特性 内漏要求：希望通过阀板泄漏（即内漏）越少越好，甚至阀门介质的泄漏要求为零 外漏要求：指阀杆填料和阀盖垫片处的介质外泄漏，直接泄入大气，会直接引起事故或造成人身伤害，对于这种情况，有时需采用波纹管密封阀 泄漏等级一般要求:调节阀要求ANSI IV，关断阀要求ANSI

11、 VI 评判标准：API598、BS6364、 ANSI B16.104、 ZBJ16006， JB/T 9092- 99等,29,选型要求材料设计要求,30,材料质量是衡量阀门强度可靠性和使用寿命的一个重要指标,选型要求材料设计要求,材料设计要求承压零部件（阀体、阀盖、阀瓣）材料选择 奥氏体不锈钢 具体牌号 阀体： A351 Gr.CF3M、 A182 Gr.F316L、 A182 Gr.F304L 阀瓣： A351 Gr.CF8M 、 A182 Gr.F316 、A182 Gr.F304,31,选型要求材料设计要求,材料设计要求密封面材料选择 一般采用硬密封，球阀、蝶阀采用弹性软密封 对不

12、锈钢阀，一般阀内件与阀体材料相同。CL300以下的阀门，在阀座上堆焊STL合金，或阀板、阀座上均堆焊 STL合金；CL600以上阀门，阀板和阀座上均堆焊STL合金 软密封采用聚三氟氯乙烯PTFCE、聚氯代三氟乙烯（ PCTFE ）+唇式密封 具体确定应根据工艺介质条件来确定，API及BS标准都规定了内件号(Trim No.),可以按照相应的标准执行,32,选型要求材料设计要求,材料设计要求填料选择 填料是阀杆滑动密封的填充材料 一般采用柔性石墨、聚四氟乙烯 材料设计要求垫片材料选择 用于中法兰密封和法兰连接式阀门的外部连接 保证弹性及足够强度，根据不同介质、压力等因素选取,33,选型要求材料设

13、计要求,材料设计要求紧固件材料选择 一般采用奥氏体不锈钢，要求回弹性能好，线膨胀系数小，需进行硬化，防止咬死 参考标准：ASTM A320/ASTM A 194( 螺栓Gr. B8M 2、螺母Gr. 8M）,34,选型要求材料检验要求,射线或超声波无损探伤试验 表面着色无损探伤试验 焊接结构处要进行无损探伤 铸件要进行低温韧性冲击试验 各零部件在加工过程中必须进行低温深冷处理，使材料相变充分,35,我国材料标准通常情况下要求比较低，国内产品应要求做好相关试验检测项目,选型要求生产检验及测试,主要试验项目 外壳测试：所有压力部件均应在1.5倍于ASME B16.34规定的压力下测试，测试持续时间

14、应符合API 598，并不小于60秒 高压关闭和紧固泄漏测试：所有关闭部件和密封部件应符合ASME B16.34规定在周围环境温度下1.1倍的压力等级进行测试，测试持续时间应符合API 598，并不小于60秒，接受的标准为“无泄漏” 低温泄漏测试：参考BS6364或认可的相应标准规范。阀体温度-196，浸泡在液氮里。测试内容包括：逐步增大到额定压力的低温泄露试验、低温启闭试验（扭矩测试）、密封处的泄漏试验、阀座低温性能试验等,36,介绍内容,1、LNG产业链概况 2、LNG领域应用低温阀门种类 天然气液化工厂 LNG接收站 3、LNG领域阀门常用标准 4、LNG领域低温阀门选型要求 5、特殊阀

15、门选型要求,37,特殊阀门选型要求,38,J-T阀工况条件,J-T阀是天然气液化工厂用的调节阀 利用焦耳-汤姆逊效应实现节流降温 最苛刻工况之一：超低温、高压差 介质温度：-150 -155 入口压力：4.2MPaG 压差：34MPa,高压差工况所产生的影响,易产生气蚀：闪蒸产生的气泡迅速破裂，冲撞在阀芯、阀座和阀体上，损害表面 阀芯受损关不严，阀门在全关位置会出现泄漏、结霜现象 产生噪声和振动 介质高流速影响使用寿命,40,J-T阀工艺性能要求,需保证阀两端压差，以达到制冷效果 装置变负荷时需进行精确调节 阀差压、出口温度等参数要求性能稳定 具有较长使用寿命,J-T阀选型要求,结构要求多级降

16、压结构 多级减压：曲折通道或多孔，扩大流动区域，使高速流体在通过阀芯、阀座时每一点的压力都高于在该温度下的饱和蒸汽压，减小气蚀 两种结构：多孔套筒式和迷宫式,多孔套筒纵截面,迷宫阀横截面,通过节流孔，使液体在平衡室内相互冲击，消耗静压能量，降低噪声，避免运动,由盘片叠加而成，每个盘片都有一定量的通道，每个通道有一定量的转弯数。介质通过曲折流道降压、降流速,J-T阀选性要求,流速控制 阀内件应尽量使高速流体撞击，造成动能的消耗，进而减小气蚀、振动对阀门的磨损 按照ISA调节阀标准要求，单相介质流速 30m/s、多相介质流速 23m/s,J-T阀选型要求,防止堵塞 冰堵：介质中存在水蒸气和CO2导致冰堵 脏堵：管线吹扫不干净残留焊渣、铜屑等杂质 尽量选择光滑平稳的流路，流道逐渐放大,工艺介质为两相流时，流体流态良好，不产生紊流和阻塞流 不会在阀内件内产生堵塞,国外知名供货商及其产品介绍,苛刻工况调节阀国外知名供货商：美国,同类产品只是在流道设计上略有差别,国外知名供货商及其产品介