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摘要：近几年,随着化工项目的发展,越来越多的工艺过程在低温下进行。如石油化工、煤化工、LNG、制冷和低温工程等行业。这些装置上输送的低温介质通常是液化石油气、液化天然气、液化烃等易燃易爆介质。而且这些介质在温度升高时,体积迅速膨胀或者气化,易造成泄露和爆炸。故低温工况对于阀门的要求非常高。
关键词：低温阀门；泄压；措施
1常用低温阀门类型
低温阀门应用部位不同,功能也不同,所以其类型有多种,如用来调节压力的减压阀,有减少流量的节流阀,还有止回阀以及截止阀等。这些阀门应用广泛性不同,在化工生产中,低温闸阀、截止阀、蝶阀等的应用次数较多。这些阀门对MSSSP-134及GB/T24925标准的适应性比较强。
低温阀门材料选择多参考传输介质以及传输环境要求,阀门材料要具备极强的耐腐蚀性,如此有毒介质才不会对其造成腐蚀影响。材料还要具备防燃防爆功能,在传输中,还要适应各种温度的环境。有些材料的性能在常温和低温状态下的表现不同,相关人员要保证材料性能满足低温状态要求。在选择材料时,还要考虑材料不会受到低温影响,低温阀门会应用低温冲击韧性较强的材料。低温阀门由阀体、阀盖等部分构成,每部分对材料的要求也不同,这些材料不仅要具有耐压性能,还要具有低温韧性、焊接性以及稳定性。不同低温等级选择的材料不同,相关人员还要了解低温阀门常用材料的使用温度,然后从中筛选最适合化工生产低温阀门的材料。可供选择的材料有低温碳钢铸件、低温碳钢锻件、低温不锈钢铸件以及低温不锈钢锻件,这些材料的类型不止一种,每种类型都对应相关的最低温度,相关人员还要做好筛选工作。
2低温阀门检测标准概论
目前国内对低温阀门的检测主要是标准依据是GB/24925-2010和BS6364：1984（R1991、R1997、R1998），由于JB/T7749-1995已经作废，不在标准讨论内。GB/24925-2010和BS6364：1984（R1991、R1997、R1998）中最主要的区别在于：1、非冷箱用阀门其填料压套加长部分的最小长度和冷箱用填料压套的加长部分的最小长度；2、低温试验时要求的不同；3、对软密封阀门的检验标准不同。BS6364：1984（R1991、R1997、R1998）中对非冷箱用填料压套加长部分的最小长度和冷箱用填料压套的加长部分的最小长度有了明确的规定。除冷箱用阀门外，其他用途的阀门其填料压套加长部分的最小长度应为250mm（参见图1）。对于冷箱用阀门，应适于在地面上与地面成等于大于15°的方向上操作阀杆，此外，如图所示的填料压套加长部分的最小长度应按表1的规定（除买方对填料压套的长度有特殊要求除外）。而GB24925-2010中只要求低温闸阀、截止阀、球阀、蝶阀的阀盖应根据不同的使用温度要求设计成便于保冷的长颈阀盖结构，以保证填料函底部的温度保持在0℃以上，没有给出具体的尺寸要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆从中看出国标是以实际测试温度来评定填料压盖的加长部分是否满足标准要求。虽然我们可以从设计时材料的导热系数、导热免洗及表面散热系数、散热面积等因素计算得出填料压盖的长度，而实际测试温度容易受到试验设备、试验安装及操作等影响，从而影响到对填料压盖加长部分是否满足标准的要求的判定。所以在按国标设计的低温阀门图纸审核中，我们还是建议参考BS6364：1984（R1991、R1997、R1998）对填料压套加长部分的最小长度的设计。
3泄压孔简介
低温工况中使用的阀门结构与厂家设计有关,有些存在泄压孔。通常来说,有两个密封阀座的阀门,中间形成密闭阀腔结构。常见的有低温球阀、低温闸阀等。阀门关闭时阀腔内将充满低温介质。随着介质的不断升温,阀腔内压力也不断上升,从而造成一定风险。根据GBT2495《低温阀门技术条件》,对进出口侧均能密封的低温阀门应采取防止阀体中腔异常升压的措施,可设置降压孔、降压通道或采取其他泄压方式。可见阀门泄压措施是非常必要也是国家标准要求的,但具体泄压方式则由制造厂确定。例如球阀的泄压孔,对于浮动球阀,通常通过开在球体上的泄压孔泄压。而对于固定球阀,则通常通过阀座泄压[5]。
4泄压孔方向
对于设置泄压孔的低温阀门,阀体上都会标识箭头。箭头方向并非介质的流向,而是泄压孔的开孔方向,即阀门关闭时由于温升导致密封腔内介质泄放的方向。由此理解,该方向必须是阀门关闭时相对安全的一侧,与上下游、高低压侧并无直接关系。通常而言,阀门关闭时的高压侧是阀门关闭时相对安全的一侧。在工程设计阶段,设计人应该判断低温阀门关闭时的安全侧,并将泄压方向标注在管道及仪表流程图中,以指导下一步的施工安装。标注方式会在项目首页图中进行统一规定。
4.1安全阀系统
典型的安全阀系统设进出口手阀、旁路阀及导淋阀,如图二所示。阀门关闭时由于温升导致密封腔内介质泄放方向的考虑如下:(1)进出口手阀。当校验等情况需要拆除、维护安全阀时,需关闭安全阀入口及出口阀门以进行隔离。此时工艺介质侧为相对安全一侧。故安全阀入口手阀泄压方向为工艺介质侧,安全阀出口手阀泄压方向为排放气总管侧。(2)旁路手阀。旁路手阀在装置正常运行时即为关闭状态,上游侧为工艺介质侧,下游侧为排放气总管侧。如仅考虑正常运行工况,此阀泄向上游或下游皆可。考虑装置停车检修工况时,应视具体安全阀设置位置进行分析。当安全阀入口设置手阀且泄压方向为上游时,旁路阀可与入口手阀保持一致也泄向上游工艺侧。(3)导淋阀。所有对空的导淋阀泄压方向均应为工艺侧。
4.2调节阀系统
调节阀系统通常设进出口切断阀及旁路具调节功能的手阀。调节阀故障时需对调节阀进行隔离维护,故前后切断阀的泄压方向均应背向调节阀,以保证安全。由于旁路通常为截止阀,没有密闭阀腔结构,故无须标泄压方向。
4.3泵系统
主要分析泵进、出口手阀(V1、V2)、泵冷备线手阀(V3)和泵体导淋管线手阀(V4)。此处泄压方向的分析需基于具体项目上系统的设置情况。(1)泵进、出口手阀(V1、V2)。泵的进、出口手阀通常在泵隔离检修时关闭,故安全泄压方向为入口阀上游、出口阀下游,均是阀门关闭时的高压侧。(2)泵冷备线手阀(V3)。低温泵通常设置冷备管线,以便能随时开启。图示即为冷备线的一种设置方式。该冷备线手阀正常运行时是开启的,在泵隔离检修时需要关闭。故泄压方向也应为阀门关闭时的高压侧。(3)泵体导淋管线手阀(V4)。图四泵系统中泵体导淋排放到地下液体收集罐。该手阀正常工况时即为关闭状态。此时泄压向任何一侧均是安全的。泵隔离检修时,在泵体排净之后此阀也需要关闭。该工况下密封腔泄压向液体收集系统则更为安全。故在本系统中,该阀的泄压方向为液体收集系统,严格意义上并非阀门关闭时的高压侧。
结论
本文从工艺系统专业角度解析了常见系统中的低温阀门泄压方向,以供参考。泄压方向的本质为安全方向,无法一概而论,每个工程项目每个系统都可能有自己的特点,应综合项目实际情况进行分析。浮动球阀和固定球阀泄压方向还需要考虑阀门本身结构,看阀门厂家的要求。如因泄压孔方向对装置检修维护提出要求,应在设计文件中提出,以降低运维风险。
参考文献：
[1]閤享平,郑益丰,陈长奔.液化天然气用超低温阀门的设计与研究[J].中国新技术新产品,2018,(14):66-67.
[2]张晶,李明,林娜.LNG低温阀门的安全性设计[J].液压气动与密封,2018,38(06):45-47.
论文作者:王奇
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第03期
论文发表时间:2019/5/27
标签：低温论文; 阀门论文; 方向论文; 填料论文; 介质论文; 材料论文; 安全阀论文; 《工程管理前沿》2019年第03期论文;