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    LNG 球阀
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    摘要
    申请专利号:

    CN201410060746.1

    申请日:

    2014.02.24

    公开号:

    CN103791116A

    公开日:

    2014.05.14

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):F16K 5/06申请公布日:20140514|||实质审查的生效IPC(主分类):F16K 5/06申请日:20140224|||公开
    IPC分类号: F16K5/06; F16K5/08; F16K5/20; F16K41/02; F16K49/00 主分类号: F16K5/06
    申请人: 张周卫
    发明人: 张周卫; 汪雅红; 张小卫; 薛佳幸; 李跃
    地址: 730070 甘肃省兰州市安宁区安宁西路88号兰州交通大学环境工程学院建环系
    优先权:
    专利代理机构: 代理人:
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410060746.1

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.03.15|||2015.03.11|||2014.05.14

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明涉及一种-162℃LNG球阀,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,在球体处沿轴设置四个单向导通的压力调节阀门,可根据LNG管道流程的具体要求,进行设置并调节各自控制压力,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,起到即可双向开关,又可双向密封LNG的安全效用。同时,采用设置预应力弹簧的可收缩弹性阀杆技术、迷宫密封技术、多重泛塞密封技术的全焊接球阀技术等,可有效降低阀门设计压力及LNG输送系统的设计压力,阀门体积更小,安全性更高,加工制造成本更低。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  LNG球阀,由阀杆旋转执行器(1)、压紧螺母(2)、压紧螺杆(3)、第一密封圈(4)、压紧销(5)、第二密封圈(6)、第三密封圈(7)、第四密封圈(8)、弹性密封圈(9)、左散冷翅片(10)、上阀体(11)、第六密封挡圈(12)、下阀杆(13)、阀杆螺栓(14)、左下阀体(15)、球体(16)、第一压力调节阀(17)、第二压力调节阀(18)、左泛塞密封圈(19)、定位阀杆(20)、定位阀杆螺钉(21)、右泛塞密封圈(22)、第三压力调节阀(23)、第四压力调节阀(24)、右下阀体(25)、第七密封圈(26)、阀杆螺栓螺母(27)、阀杆弹簧(28)、第六密封圈(29)、上阀杆(30)、右散冷翅片(31)、弹性密封支撑圈(32)、第五密封圈(33)、第三填料函(34)、第二填料函(35)、第一填料函(36)、填料函压套(37)、填料函压盖(38)、压紧螺母弹簧垫(39)、执行器连接螺栓(40)组成,其中,压力调节阀由锥面第一密封圈(41)、锥面第二密封圈(42)、调节阀阀座(43)、调节阀弹簧(44)、卡箍(45)、销杆(46)、调节阀阀盖(47)、压紧螺钉(48)、弹簧第一垫圈(49)、弹簧第二垫圈(50)、调节阀阀杆(51)、调节阀阀体(52)组成,其特征在于:所述上阀杆(30)底部通过阀杆螺栓(14)连接下阀杆(13),下阀杆(13)与上阀杆(30)之间安装阀杆弹簧(28);下阀杆(13)底部安装于球体(16)上部槽内;球体(16)左侧接触左泛塞密封圈(19),左泛塞密封圈(19)安装于左下阀体(15)内,形成左侧主密封面;球体(16)右侧接触右泛塞密封圈(22),右泛塞密封圈(22)安装于右下阀体(25)内,形成右侧主密封面;球体(16)下部接触定位阀杆(20),定位阀杆(20)通过定位阀杆螺钉(21)固定安装于左下阀体(15)底部;左下阀体(15)与右下阀体(25)焊接并形成整个下阀体;球体(16)左侧上面安装第一压力调节阀(17),下面安装第二压力调节阀(18);球体(16)右侧上面安装第四压力调节阀(24),下面安装第三压力调节阀(23);上阀杆(30)外部安装上阀体(11),上阀体(11)中部外表面安装圆形左散冷翅片(10)及右散冷翅片(31),左散冷翅片(10)与右散冷翅片(31)对接形成整体多层圆环形外置散冷翅片;上阀体(11)底部与左下阀体(15)顶部对焊,下部内表面安装第六密封挡圈(12),第六密封挡圈(12)上部安装第六密封圈(29);上阀体(11)中部内表面安装弹性密封圈(9),弹性密封圈(9)底部安装弹性密封支撑圈(32);弹性密封圈(9)上部向上依次安装第五密封圈(33)、第四密封圈(8)、第三填料函(34)、第三密封圈(7)、第二填料函(35)、第二密封圈(6)、第一填料函(36)、第一密封圈(4);第一密封圈(4)上部安装填料函压套(37),填料函压套(37)顶部安装填料函压盖(38),填料函压盖(38)上安装压紧螺母弹簧垫(39)及压紧螺母(2);上阀体(11)上部通过执行器连接螺栓(40)连接阀杆旋转执行器(1);调节阀阀杆(51)右侧螺纹连接调节阀阀盖(47);调节阀阀盖(47)安装于调节阀阀座(43)内;调节阀阀座(43)通过压紧螺钉(48)连接调节阀阀体(52);销杆(46)穿过调节阀阀盖(47)及调节阀阀杆(51);卡箍(45)安装于调节阀阀盖(47)卡槽内;调节阀弹簧(44)安装于调节阀阀盖(47)与调节阀阀座(43)内,中心为调节阀阀杆(51),右侧与弹簧第一垫圈(49)接触,左侧与弹簧第二垫圈(50)接触;调节阀弹簧(44)预紧调节阀阀杆(51)左侧阀芯锥面与调节阀阀体(52)左侧扩压罩内表面形成密封面;锥面第一密封圈(41)、锥面第二密封圈(42)从左至右依次安装于调节阀阀杆(51)左侧阀芯锥面密封槽内。

    2.  根据权利要求1所述的LNG球阀,其特征在于:球体(16)沿径向开有可连接第一压力调节阀(17)、第二压力调节阀(18)、第三压力调节阀(23)、第四压力调节阀(24)的通孔,第一压力调节阀(17)、第二压力调节阀(18)、第三压力调节阀(23)、第四压力调节阀(24)通过调节阀阀体(52)焊接于球体(16)对应通孔内。

    3.  根据权利要求1所述的LNG球阀,其特征在于:球阀关闭时,第一压力调节阀(17)出口向左且进口与球阀盲区内LNG接通,第四压力调节阀(24)出口向右且进口与球阀盲区内LNG接通,用于导出盲区内LNG;球阀打开时,第一压力调节阀(17)与第四压力调节阀(24)出口均与盲区接通;LNG自球阀左侧向右侧流动时,第一压力调节阀(17)开启压力可根据阀腔盲区内LNG汽化压力设定,高于球阀输送压力,低于第四压力调节阀(24)设定调节压力。

    4.  根据权利要求1所述的LNG球阀,其特征在于:球阀关闭时,第二压力调节阀(18)进口向左且出口与球阀盲区内LNG接通,第三压力调节阀(23)进口向右且出口与球阀盲区内LNG接通,第二压力调节阀(18)用于球阀左侧管道安全控制,第三压力调节阀(23)用于球阀右侧管道安全控制;球阀打开时,第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)进口均与盲区LNG接通,当盲区LNG压力大于第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)控制压力时,盲区LNG通过第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)导入LNG主流;第二压力调节阀(18)开启压力根据左侧管道安全压力设定,第三压力调节阀(23)开启压力根据右侧管道安全压力设定,第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)开启压力均小于球阀设计压力,大于第一压力调节阀(17)与第四压力调节阀(24)开启压力。

    5.  根据权利要求1所述的LNG球阀,其特征在于:通过调节阀阀盖(47)与调节阀阀杆(51)之间的调节阀弹簧(44)预紧力调节,预紧力通过旋转调节阀阀盖(47)并改变调节阀弹簧(44)预紧高度调节,调节完成后,再根据调节阀阀杆(51)与调节阀阀盖(47)所在相对位置,开孔并安装销杆(46)及卡箍(45)。

    说明书

    说明书LNG球阀
    技术领域
    本发明涉及一种-162℃ LNG球阀,根据LNG球阀需要双向密封、双向开关、开关均存在盲区的特点,在球体处沿径向设置四个单向导通的压力调节阀门,可根据LNG管道流程的具体要求,进行设置并调节各自控制压力,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,起到即可双向截止,又可双向密封、双向导通LNG的安全效用。同时,采用设置预应力弹簧的可收缩弹性阀杆技术、迷宫密封技术及多重密封的全焊接阀门技术等,根据低温阀体的温差应力自由收缩以适应阀体的温度变化,维持阀门密封面所需预应力,防止温差应变引起的泄漏??捎行Ы档驼宸Ц说母叨?,缩小LNG球阀的整体尺寸,具备LNG双向截止与双向安全双重功效;可有效降低阀门设计压力及LNG输送系统的设计压力,阀门体积更小,安全性更高,加工制造成本更低。
    背景技术
    在传统的流体控制领域,成套工艺流程中常用的过程控制阀门数量众多,球阀为主要通断阀门之一,具有流动阻力小,可输送气液固三相流,阀门不易堵塞,控制大流量,可双向密封,双向通断,控制方便等特点,为成套工艺设备中不可缺少的主要设备,且一般都采用法兰或螺纹连接于管道中。由于传统的球阀存在控制密封面大,密封面多,存在盲区,易于泄漏等特点,不能应用于低温易燃流体等领域,尤其-162℃ LNG领域。首先,传统的球阀打开或关闭时都会形成双向密封,阀腔内都存在盲区。LNG为低温流体过热流体,盲区内的LNG在阀门打开或关闭后,由于存在环境热源,盲区内LNG逐渐汽化,温度逐渐上升,压力逐渐增大,上部多层密封及下部主密封面易于破坏,阀门存在爆破等更严重的隐患。为解决这一问题,传统的低温球阀用于低温领域时,通过在阀体外增加管道,连接盲区至球阀出口段,导出低温流体,但这种方法导致盲区与阀门一端连通,损坏了球阀主密封面双向密封、双向截止,双向控制的优势,球阀只能使用一个主密封面,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,两端压力往往与两相流控制有关,LNG流体易于反向流动等原因,要求LNG球阀起到双向截止,双向密封的作用,故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易于损坏泄漏,且存在阀体外侧不易于加装保温层,阀体外观不对称等缺点。本发明根据LNG球阀需要双向密封、双向截止的特点,在球体处沿径向设置四个单向导通的压力控制阀门,可根据LNG管道流程的具体要求,进行设置并调节各自控制压力,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,起到即可双向截止,又可双向密封、双向导通LNG的安全效用。其次,由于LNG汽化后为易燃易爆气体,主要成份为CH4,传统的低温球阀由于存在大量的密封面,容易引起LNG泄漏,如双向主密封面、阀体与阀盖之间,管道连接处法兰及其它螺纹连接处等,尤其在-162℃低温工况下,密封垫片及密封面往往直接与LNG接触,密封材料容易出现低温脆断,密封面经常出现泄漏,存在很大安全隐患,尤其对于易燃易爆的天然气,泄漏造成的危险性更大。本发明根据LNG低温渗漏特点,按照迷宫密封的原理,在低温阀杆上部开有多个节流降压的环形齿槽,当阀门打开时,压力较高的LNG经多个环形齿槽连续节流降压后,迅速汽化形成高压气体,并密封于阀门上部,与底部的LNG压力达到平衡,以此抵制LNG直接向上渗透并接触上部密封面,以免冻坏密封面,延长了密封面的使用寿命。节流汽化后的气体,温度升高后,密封于阀门上部,可降低LNG与阀门内表面的传热速度,延缓冷量向上传递,以此降低阀杆及整个阀门的高度,缩小阀门体积??悸堑絃NG低温属性,阀门顶部设置多重低温密封,并填充多重密封函,主密封面采用具有内置弹性弹簧的多重泛塞密封,延长密封面长度,增加密封强度,以满足低温密封面对NG及LNG的密封要求。同时,设置全焊型阀门,不再设置传统的阀盖,以下阀体对焊、上下阀体对焊的形式减少密封面,以最大限度的降低LNG泄漏。然后,由于LNG球阀上下温差较大,阀体与LNG接触,阀杆旋转执行器、上阀体及上部阀杆部件与外部大气环境接触,阀门两端存在200℃左右的温差,部件内部存在很大温差应力,尤其阀杆与上阀体之间。LNG阀体一般采用铸钢制造,传热速度较快,需要很长的上阀体及阀杆延迟传热,以防止阀杆旋转执行器等部件温度太低,以免造成低温冻伤。一般要求阀杆延长到不结霜为至。此外,由于阀体一般采用铸钢件,阀杆采用钢性锻件,两者热膨胀系数相差较大,低温工况下存在较大温差应力,相互接触后,低温应变容易导致阀体开裂,阀杆变形,主密封面破坏,LNG无法截止等问题。所以,传统的低温阀门用于LNG领域时,要求阀杆较长以减少局部温差应变,使整个阀门体积较大,以适应于冷收缩及解决较大温差应力等问题。本发明根据LNG低温阀门冷量由阀体向上传递的特点,可根据实际阀门的大小,在上阀体外设置传热系数较大的多重圆形散冷翅片,以阻止冷量向上传递,达到降低阀杆高度的要求。同时,由于采用了迷宫密封的多重节流降压及气化效应,阻止LNG向上渗漏,也可降低阀杆的高度。此外,采用设置预应力的可收缩的弹性阀杆技术,根据低温工况下阀体的温差应力,自由收缩以适应阀体的温度变化,保证密封面的所需的预应力,确保密封面不会因大温差变化而导致泄漏,还可有效降低整体阀杆的高度,缩小球阀的整体尺寸。最后,LNG为低温流体,管道输送压力一般低于0.2MPa,处于饱和状态或过热状态,输送时外界会源源不断通过阀门及管道给LNG提供热量,导致LNG持续汽化,出现两相流。两相流遇到球阀突然截止时,容易导致管道内剩余LNG压力聚增并过临界。当压力迅速超过临界压力4.6MPa后,温度超过临界温度-82.59℃后,会给整个输送系统完全造成极大隐患,所以,一般的LNG球阀或LNG系统的设计压力大于6 MPa,使整个LNG系统设计难度增大,设备笨重,体积庞大。本发明根据LNG易过临界的特性,在球阀设计过程中,采用采用盲区LNG导出技术、自增压安全平衡技术及弹性阀杆技术,设置控制LNG截止的预压力,当预压力超过LNG截止设定压力时可通过设置于球体上的压力调节阀导通LNG,起到球阀及安全阀的双重功效,可有效降低LNG球阀的设计压力及LNG输送系统的设计压力,使LNG球阀体积更小,安全性更高,加工制造成本更低。
    发明内容
    本发明根据-162℃ LNG低温输运的特点,发明了LNG球阀,用于解决传统的在输送LNG时存在的不能双向密封、不能双向导通、密封泄漏、不易安全控制、体积较大、设计笨重、阀杆太长等问题,可提高管道内LNG过程控制效率,降低系统设计压力,缩小阀门体积,提高LNG系统的安全性等。
    本发明的技术解决方案:
    LNG球阀,由阀杆旋转执行器(1)、压紧螺母(2)、压紧螺杆(3)、第一密封圈(4)、压紧销(5)、第二密封圈(6)、第三密封圈(7)、第四密封圈(8)、弹性密封圈(9)、左散冷翅片(10)、上阀体(11)、第六密封挡圈(12)、下阀杆(13)、阀杆螺栓(14)、左下阀体(15)、球体(16)、第一压力调节阀(17)、第二压力调节阀(18)、左泛塞密封圈(19)、定位阀杆(20)、定位阀杆螺钉(21)、右泛塞密封圈(22)、第三压力调节阀(23)、第四压力调节阀(24)、右下阀体(25)、第七密封圈(26)、阀杆螺栓螺母(27)、阀杆弹簧(28)、第六密封圈(29)、上阀杆(30)、右散冷翅片(31)、弹性密封支撑圈(32)、第五密封圈(33)、第三填料函(34)、第二填料函(35)、第一填料函(36)、填料函压套(37)、填料函压盖(38)、压紧螺母弹簧垫(39)、执行器连接螺栓(40)组成,其中,压力调节阀由锥面第一密封圈(41)、锥面第二密封圈(42)、调节阀阀座(43)、调节阀弹簧(44)、卡箍(45)、销杆(46)、调节阀阀盖(47)、压紧螺钉(48)、弹簧第一垫圈(49)、弹簧第二垫圈(50)、调节阀阀杆(51)、调节阀阀体(52)组成,所述上阀杆(30)底部通过阀杆螺栓(14)连接下阀杆(13),下阀杆(13)与上阀杆(30)之间安装阀杆弹簧(28);下阀杆(13)底部安装于球体(16)上部槽内;球体(16)左侧接触左泛塞密封圈(19),左泛塞密封圈(19)安装于左下阀体(15)内,形成左侧主密封面;球体(16)右侧接触右泛塞密封圈(22),右泛塞密封圈(22)安装于右下阀体(25)内,形成右侧主密封面;球体(16)下部接触定位阀杆(20),定位阀杆(20)通过定位阀杆螺钉(21)固定安装于左下阀体(15)底部;左下阀体(15)与右下阀体(25)焊接并形成整个下阀体;球体(16)左侧上面安装第一压力调节阀(17),下面安装第二压力调节阀(18);球体(16)右侧上面安装第四压力调节阀(24),下面安装第三压力调节阀(23);上阀杆(30)外部安装上阀体(11),上阀体(11)中部外表面安装圆形左散冷翅片(10)及右散冷翅片(31),左散冷翅片(10)与右散冷翅片(31)对接形成整体多层圆环形外置散冷翅片;上阀体(11)底部与左下阀体(15)顶部对焊,下部内表面安装第六密封挡圈(12),第六密封挡圈(12)上部安装第六密封圈(29);上阀体(11)中部内表面安装弹性密封圈(9),弹性密封圈(9)底部安装弹性密封支撑圈(32);弹性密封圈(9)上部向上依次安装第五密封圈(33)、第四密封圈(8)、第三填料函(34)、第三密封圈(7)、第二填料函(35)、第二密封圈(6)、第一填料函(36)、第一密封圈(4);第一密封圈(4)上部安装填料函压套(37),填料函压套(37)顶部安装填料函压盖(38),填料函压盖(38)上安装压紧螺母弹簧垫(39)及压紧螺母(2);上阀体(11)上部通过执行器连接螺栓(40)连接阀杆旋转执行器(1);调节阀阀杆(51)右侧螺纹连接调节阀阀盖(47);调节阀阀盖(47)安装于调节阀阀座(43)内;调节阀阀座(43)通过压紧螺钉(48)连接调节阀阀体(52);销杆(46)穿过调节阀阀盖(47)及调节阀阀杆(51);卡箍(45)安装于调节阀阀盖(47)卡槽内;调节阀弹簧(44)安装于调节阀阀盖(47)与调节阀阀座(43)内,中心为调节阀阀杆(51),右侧与弹簧第一垫圈(49)接触,左侧与弹簧第二垫圈(50)接触;调节阀弹簧(44)预紧调节阀阀杆(51)左侧阀芯锥面与调节阀阀体(52)左侧扩压罩内表面形成密封面;锥面第一密封圈(41)、锥面第二密封圈(42)从左至右依次安装于调节阀阀杆(51)左侧阀芯锥面密封槽内。
    第一压力调节阀(17)与第四压力调节阀(24)沿球体(16)径向安装于球体(16)上半球。球阀关闭时,第一压力调节阀(17)出口向左且进口与球阀盲区内LNG接通,第四压力调节阀(24)出口向右且进口与球阀盲区内LNG接通,用于导出盲区内LNG;球阀打开时,第一压力调节阀(17)与第四压力调节阀(24)出口均与盲区接通;LNG自球阀左侧向右侧流动时,第一压力调节阀(17)开启压力可根据阀腔盲区内LNG汽化压力设定,高于球阀输送压力,低于第四压力调节阀(24)设定调节压力。
    第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)沿球体(16)径向安装于球体(16)下半球。球阀关闭时,第二压力调节阀(18)进口向左且出口与球阀盲区内LNG接通,第三压力调节阀(23)进口向右且出口与球阀盲区内LNG接通,第二压力调节阀(18)用于球阀左侧管道安全控制,第三压力调节阀(23)用于球阀右侧管道安全控制;球阀打开时,第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)进口均与盲区LNG接通,当盲区LNG压力大于第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)控制压力时,盲区LNG通过第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)导入LNG主流;第二压力调节阀(18)开启压力根据左侧管道安全压力设定,第三压力调节阀(23)开启压力根据右侧管道安全压力设定,第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)开启压力均小于球阀设计压力,大于第一压力调节阀(17)与第四压力调节阀(24)开启压力。
    压力调节阀工作时,LNG自右侧调节阀阀座(43)顶部通孔进入调节阀阀座(43)与调节阀阀体(52)之间环形通道,并作用于调节阀阀杆(51)锥形密封面,当压力大于调节阀弹簧(44)设定预紧压力时,推动调节阀阀杆(51),带动调节阀阀盖(47)向左运动,调节阀打开并泄放LNG,以此调节压力。四个调节阀设定压力可根据系统设计压力设定,通过调节阀阀盖(47)与调节阀阀杆(51)之间的调节阀弹簧(44)预紧力调节,预紧力通过旋转调节阀阀盖(47)并改变调节阀弹簧(44)预紧高度的方法实现。
    球体(16)沿径向开有可连接第一压力调节阀(17)、第二压力调节阀(18)、第三压力调节阀(23)、第四压力调节阀(24)的通孔,第一压力调节阀(17)、第二压力调节阀(18)、第三压力调节阀(23)、第四压力调节阀(24)通过调节阀阀体(52)焊接于球体(16)对应通孔内。
    上阀杆(30)中部外表面连续开有多个环形齿槽,齿槽可根据实际节流需要工况,设计成矩形齿或螺纹形齿,起到迷宫密封作用。
    上阀杆(30)底部沿径向开有通孔,通孔沿上阀杆(30)轴向向上扩展,并有两条直边;阀杆螺栓(14)中部穿过上阀杆(30)底部长通孔,两端穿透下阀杆(13)外壁并固定;阀杆螺栓(14)可沿上阀杆(30)底部通孔沿上阀杆(30)轴向上下运动。
    上阀杆(30)底部设有圆形凸台,凸台以下上阀杆(30)直径缩小后深入至下阀杆(13)中部,下阀杆(13)为圆形中空结构,中部设置圆形凸台。
    阀杆弹簧(28)预紧后安装于下阀杆(13)外表面,顶部与上阀杆(30)底部凸台下表面接触,底部与下阀杆(13)中部凸台上表面接触。
    左泛塞密封圈(19)与右泛塞密封圈(22)内并列设置多个不锈钢弹簧,延长密封面长度,增加密封强度。
    方案所涉及的原理问题:
    首先,应用LNG自增压原理,导出球阀盲区内LNG。球阀无论打开或关闭,都存在盲区,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,饱和温度升高,对应饱和压力升高,自增压开始并很快超过管道内部压力,然后,盲区内的LNG自增压后打开安装于球体(16)上的第一压力调节阀(17)并反流LNG。当盲区LNG自增压压力低于左侧LNG设定主流压力时,第一压力调节阀(17)关闭,盲区LNG继续自增压,压力达到第四压力调节阀(24)开启压力时,第四压力调节阀(24)打开,盲区内LNG通过球阀右侧排出,可保证球阀安全,不至于主密封面破坏,阀门爆炸。反之,当LNG自球阀右侧向左侧流动时,可调换第一压力调节阀(17)与第四压力调节阀(24)的安装位置,原理与上相同。第一压力调节阀(17)与第四压力调节阀(24)沿球体(16)径向安装于球体(16)上半球。球阀关闭时,第一压力调节阀(17)出口向左且进口与球阀盲区内LNG接通,第四压力调节阀(24)出口向右且进口与球阀盲区内LNG接通,用于导出盲区内LNG;球阀打开时,第一压力调节阀(17)与第四压力调节阀(24)出口均与盲区接通;LNG自球阀左侧向右侧流动时,第一压力调节阀(17)开启压力可根据阀腔盲区内LNG汽化压力设定,高于球阀输送压力,低于第四压力调节阀(24)设定调节压力。第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)沿球体(16)径向安装于球体(16)下半球,球阀关闭时,第二压力调节阀(18)进口向左且出口与球阀盲区内LNG接通,第三压力调节阀(23)进口向右且出口与球阀盲区内LNG接通,第二压力调节阀(18)用于球阀左侧管道安全控制,第三压力调节阀(23)用于球阀右侧管道安全控制;当管道左侧压力由于左侧LNG自增压增高,并达到第二压力调节阀(18)控制压力时,第二压力调节阀(18)打开,LNG进入盲区,再打开第四压力调节阀(24),LNG排入球阀右侧,管道两侧压力迅速达到平衡。当管道右侧压力由于右侧LNG自增压增高,并达到第三压力调节阀(23)控制压力时,第三压力调节阀(23)打开,LNG进入盲区,再打开第一压力调节阀(17),LNG排入球阀左侧,两侧压力迅速达到平衡。两侧压力平衡并导通后,可有效解决LNG由于非正常操作等原因引起的LNG管道内自增压造成的危害。球阀打开时,第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)进口均与盲区LNG接通,当盲区LNG压力大于第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)控制压力时,盲区LNG通过第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)导入LNG主流;第二压力调节阀(18)开启压力根据左侧管道安全压力设定,第三压力调节阀(23)开启压力根据右侧管道安全压力设定,第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)开启压力均小于球阀设计压力,大于第一压力调节阀(17)与第四压力调节阀(24)开启压力。然后,应用迷宫密封节流降压的原理,将阀门上部设置为NG段,下部为LNG段,以此?;し派喜棵芊?。在-162℃低温工况下,由于大气环境不段提供热量,管道内LNG处于饱和或过热状态,采用球阀后,极易产生多相流,多相流极易引起过热沸腾,使LNG处于激烈的相变过程并伴随有压力及温度突变,不断产生大量过热蒸气及过热液体等。LNG在管道输运过程中,系统压力及温度难以控制,相变过程复杂多变,管道内LNG温度及压力剧烈变化,使管道与阀门的连接处法兰密封件或螺旋密封材料极易破坏,导致管道内LNG泄漏,产生极大的安全隐患。本发明根据LNG低温渗漏特点,按照迷宫密封的原理,在低温阀杆上部开有多个节流降压的环形齿槽,当阀门打开时,压力较高的LNG经多个环形齿槽节流降压后,迅速汽化形成高压气体,并密封于阀门上部,与底部的LNG压力达到平衡,以此抵制LNG直接向上渗透并接触上部密封面,以免冻坏密封面。节流汽化后的气体,温度升高后,密封于阀门上部,可延缓冷量向上传递,即可降低阀杆及整个阀门的高度??悸堑絃NG低温属性,阀门顶部设置多重低温密封,并填充多重密封函,主密封面采用具有内置弹性弹簧的多重泛塞密封,延长密封面长度,增加密封强度,以满足低温密封NG及LNG的要求,同时,设置全焊型阀门,不再设置阀盖,以上阀体与下阀体对焊的形式减少密封面数量。其次,应用可变长度的弹性阀杆,解决不同材料低温应变的问题。由于LNG球阀上下温差较大,阀体与LNG接触,阀杆旋转执行器等部件与外部大气环境接触,阀门两端存在200℃左右的温差,部件内部存在很大温差应力,尤其阀杆与上阀体之间,而LNG阀体一般采用铸钢制造,传热速度较快,所以要求较长的阀杆,保证阀杆旋转执行器等部件温度不能太低,以免造成低温冻伤,一般要求阀杆长到不结霜为至。此外,由于阀体一般采用铸钢件,阀杆采用钢性锻件,两者热膨胀系数相差较大,低温工况下存在较大温差应力,相互接触后容易导致阀体开裂,阀杆变形,主密封面破坏,LNG无法截止等问题。所以,传统的低温阀门用于LNG领域时,要求阀杆较长,整个阀门体积较大,以适应于冷收缩及解决较大温差应变等问题。本发明根据LNG低温阀门冷量由阀体向上传递的特点,可根据实际阀门的大小,在上阀体外设置传热系数较大的多重圆形散冷翅片,以阻止冷量向上传递,达到降低阀杆高度的要求。同时,由于采用了迷宫密封的多重节流降压及气化效应,阻止LNG向上渗漏,降低传热速度,也可有效降低阀门的高度。此外,采用设置预应力弹簧的可收缩的弹性阀杆技术,可根据低温工况下阀体的温差应力自由收缩以适应阀体的温度变化,同时保证密封面的所需的预应力,确保主密封面不会因大温差应变而导致泄漏,即可有效降低整体阀门的高度,缩小LNG球阀的整体尺寸。最后,应用低温预紧应力与输送压力匹配的原理,解决LNG球阀低温工况下的完全问题,降低阀门及系统设计压力。LNG为低温流体,管道输送压力一般低于0.2MPa,总处于饱和状态或过热状态,输送时外界会源源不断通过阀门及管道提供热量,导致LNG不段汽化,易出现两相流。两相流遇到球阀突然截时,环境热源不段加热,容易导致管道内剩余LNG压力聚增并过临界,压力迅速超过临界压力4.6MPa,温度超过临界温度-82.59℃,给整个输送系统的完全造成极大隐患。所以,一般的低温球阀或LNG系统的设计压力将超过6 MPa,使整个LNG系统设计难度增大,设备笨重,体积庞大。本发明根据LNG易过临界的特性,在球阀设计过程中,采用盲区LNG导出技术,自增压安全平衡技术,弹性阀杆技术,设置控制LNG截止的预压力,当预压力超过LNG截止设定压力时,可导通LNG,起到球阀及安全阀的双重功效,可有大大降低LNG球阀的设计压力及LNG输送系统的设计压力,阀门体积更小,安全性更高,加工制造的成本更低。
    本发明的技术特点:
    首先,本发明根据LNG球阀需要双向密封、双向截止的特点,在球体处沿轴设置四个单向导通的压力控制阀门,可根据LNG管道流程的具体要求,进行设置并调节各自控制压力,在球阀打开或关闭时,均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,起到即可双向截止,又可双向密封、双向导通LNG的安全效用。然后,本发明根据LNG低温渗漏特点,按照迷宫密封的原理,在低温阀杆上部开有多个节流降压的环形齿槽,当阀门打开时,压力较高的LNG经多个环形齿槽节流连续降压后,迅速汽化形成高压气体,并密封于阀门上部,与底部的LNG压力达到平衡,以此抵制LNG直接向上渗透并接触上部密封面,以免密封面冻坏,延长了密封面的寿命。节流汽化后的气体,温度升高后,密封于阀门上部,可降低LNG与阀门内表面的传热速度,延缓冷量向上传递,以此,可降低阀杆及整个阀门的高度,缩小阀门体积,便于阀门管理??悸堑絃NG低温属性,阀门顶部设置多重低温密封,并填充多重密封函,主密封面采用具有内置弹性弹簧的多重泛塞密封,延长密封面长度,增加密封强度,以满足低温密封面对NG及LNG的密封要求。同时,设置全焊型阀门,不再设置传统的阀盖,以上阀体与下阀体对焊的形式减少密封面,以最大限度的降低LNG泄漏。其次,本发明根据LNG低温阀门冷量由阀体向上传递的特点,可根据实际阀门的大小,在上阀体外设置传热系数较大的多重圆形散冷翅片,以阻止冷量向上传递,达到降低阀杆高度的要求。同时,由于采用了迷宫密封的多重节流降压及气化效应,阻止LNG向上渗漏,也可降低阀杆的高度。采用设置预应力的可收缩的弹性阀杆技术,可根据低温工况下阀体的温差应力,自由收缩以适应阀体的温度变化,保证密封面的所需的预应力,确保密封面不会因大温差变化而导致泄漏,还可有效降低整体阀杆的高度,缩小球阀的整体尺寸。最后,本发明根据LNG易过临界的特性,在球阀设计过程中,采用盲区LNG导出技术,自增压安全平衡技术,弹性阀杆技术,可有效降低LNG球阀的设计压力及LNG输送系统的设计压力,使LNG球阀体积更小,安全性更高,加工制造成本更低。
    附图说明
    图1所示为LNG球阀关闭时的主要部件及安装位置关系。
    图2所示为LNG球阀打开时的主要部件及安装位置关系。
    图3所示为压力调节阀的主要部件及安装位置关系。
    具体实施方式
    加工制造LNG球阀主要部件,包括阀杆旋转执行器(1)、压紧螺母(2)、压紧螺杆(3)、第一密封圈(4)、压紧销(5)、第二密封圈(6)、第三密封圈(7)、第四密封圈(8)、弹性密封圈(9)、左散冷翅片(10)、上阀体(11)、第六密封挡圈(12)、下阀杆(13)、阀杆螺栓(14)、左下阀体(15)、球体(16)、第一压力调节阀(17)、第二压力调节阀(18)、左泛塞密封圈(19)、定位阀杆(20)、定位阀杆螺钉(21)、右泛塞密封圈(22)、第三压力调节阀(23)、第四压力调节阀(24)、右下阀体(25)、第七密封圈(26)、阀杆螺栓螺母(27)、阀杆弹簧(28)、第六密封圈(29)、上阀杆(30)、右散冷翅片(31)、弹性密封支撑圈(32)、第五密封圈(33)、第三填料函(34)、第二填料函(35)、第一填料函(36)、填料函压套(37)、填料函压盖(38)、压紧螺母弹簧垫(39)、执行器连接螺栓(40),其中,压力调节阀包括锥面第一密封圈(41)、锥面第二密封圈(42)、调节阀阀座(43)、调节阀弹簧(44)、卡箍(45)、销杆(46)、调节阀阀盖(47)、压紧螺钉(48)、弹簧第一垫圈(49)、弹簧第二垫圈(50)、调节阀阀杆(51)、调节阀阀体(52)等部件,在-162℃低温工况下,根据系统要求,调节并校正阀杆弹簧(28)预应力,并在预紧状态下安装于阀杆,使阀杆弹簧(28)预应力大于LNG管道内工作压力。然后,在低温工况下,调节并校正第一压力调节阀(17)、第二压力调节阀(18)、第三压力调节阀(23)、第四压力调节阀(24)的设定控制压力,旋转调节阀阀盖(47)并改变调节阀弹簧(44)预紧高度,调节阀阀盖(47)与调节阀阀杆(51)之间的调节阀弹簧(44)预紧力,调节完成后,再根据调节阀阀杆(51)与调节阀阀盖(47)所在相对位置,开孔并安装销杆(46)及卡箍(45),调节校正完成后,安装于球体(16)上。然后,安装主要部件,焊接上阀体(11)与左下阀体(15),再焊接左下阀体(15)与右下阀体(25)。最后,将LNG球阀下阀体两端焊接于LNG管道中,并加装保温层。
    当需要阀门关闭时,通过阀杆旋转执行器(1)旋转上阀杆(30)顶部,上阀杆(30)带动下阀杆(13)旋转,下阀杆(13)带动球体(16)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,饱和温度升高,对应饱和压力升高,自增压开始并很快超过管道内部压力,然后,盲区内的LNG自增压后打开安装于球体(16)上的第一压力调节阀(17)并反流LNG。当盲区LNG自增压压力低于左侧设定主流压力时,第一压力调节阀(17)关闭,并继续自增压,压力达到第四压力调节阀(24)开启压力时,第四压力调节阀(24)打开,盲区LNG通过球阀右侧排出。当球阀关闭后,主管道内的LNG自增压后,管道压力迅速增大,可通过第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)排出LNG,以达到管道高压端泄压并保持压力平衡。当管道左侧压力由于左侧LNG自增压增高,并达到第二压力调节阀(18)控制压力时,第二压力调节阀(18)打开,LNG进入盲区,再打开第四压力调节阀(24),LNG排入球阀右侧,两侧压力迅速达到平衡。当管道右侧压力由于右侧LNG自增压增高,并达到第三压力调节阀(23)控制压力时,第三压力调节阀(23)打开,LNG进入盲区,再打开第一压力调节阀(17),LNG排入球阀左侧,两侧压力迅速达到平衡。球阀关闭时,冷量通过下阀体向上传递,经上阀体(11)中部安装的左散冷翅片(10)及右散冷翅片(31)散入大气环境,以确保阀门上端不结霜。上阀杆(30)及下阀杆(13)与上阀体(11)之间由于温差应力产生的相互作用力可通过阀杆弹簧(28)改变整体阀杆长度的方式自适应调节。
    当阀门需要打开时,通过阀杆旋转执行器(1)旋转上阀杆(30),上阀杆(30)带动下阀杆(13)旋转,下阀杆(13)带动球体(16)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,盲区内充满LNG。当盲区LNG压力大于第二压力调节阀(18)或第三压力调节阀(23)控制压力时,盲区LNG通过第二压力调节阀(18)或第三压力调节阀(23)打开并进入主流LNG。盲区内LNG有一少部分通过第六密封圈(32)沿上阀杆(30)外表面向上渗透运动,经上阀杆(30)中部的环形迷宫密封节流降压并汽化,汽化后温度升高,并经上部弹性密封圈(9)、第五密封圈(33)、第四密封圈(8)、第三填料函(34)、第三密封圈(7)、第二填料函(35)、第二密封圈(6)、第一填料函(36)、第一密封圈(4)等密封于阀体上部。阀门主要通过上阀体(11)内的LNG向上传递冷量,主要冷量经上阀体(11)中部安装的左散冷翅片(10)及右散冷翅片(31)散入大气环境,少部冷量通过上阀杆(30)向上传递,经迷宫密封内的气体散冷后,再传递至阀门顶部。上阀杆(30)及下阀杆(13)与上阀体(11)之间产生的温差应变可通过阀杆弹簧(28)自动调节。

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