LNG接收站閥門工藝設(shè)計探討范文

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lng接收站主要包括LNG的接收、儲存、氣化、外輸，站內(nèi)主要介質(zhì)為－160℃的低溫流體［1］。國內(nèi)第一座接收站為廣東大鵬LNG，一期項目建成于2006年，至今運行只有7年時間。因此LNG接收站在國內(nèi)尚屬新興行業(yè)。而且，LNG接收站的工藝包、設(shè)計理念等均來自國外供貨商［2］，與國內(nèi)傳統(tǒng)化工設(shè)計有較大不同。本文主要針對接收站中閥門的工藝設(shè)計進行總結(jié)研究，為新建LNG接收站項目提供參考借鑒。

1LNG接收站調(diào)節(jié)閥設(shè)計

1．1調(diào)節(jié)閥工藝條件調(diào)節(jié)閥是工藝設(shè)計中至關(guān)重要的部分，一個選取合適的調(diào)節(jié)閥既利于工藝流程的運行也利于操作。正常情況下，調(diào)節(jié)閥是由工藝提出條件，進而由儀表專業(yè)計算選型。整個閥門選型中，工藝條件直接決定了調(diào)節(jié)閥的選取是否滿足工藝要求。在接收站設(shè)計中，有些重要調(diào)節(jié)閥的工藝條件比較精確，因此所選取的調(diào)節(jié)閥能更好的兼容不同運行工況。如圖1所示，為接收站中某調(diào)節(jié)閥的示意圖。潛液泵從儲罐A中送出液體經(jīng)由調(diào)節(jié)閥后，送入儲罐B。由于存在各種運行工況，那么調(diào)節(jié)閥的選擇就必須能夠囊括各種工況的要求。調(diào)節(jié)閥是根據(jù)工藝要求計算出其Cv值，然后進行選型。那么Cv值就直接決定了調(diào)節(jié)閥的尺寸、性能。所以工藝條件中就要至少提到三種工況:最大、正常和最小。此處三種工況所比較的不是流量的大小，而是每種工況所對應(yīng)Cv的大小比較。根據(jù)以上原則，結(jié)合調(diào)節(jié)閥Cv值的通用計算公式［3］，即可提出如圖1所示流程中調(diào)節(jié)閥的工藝條件。根據(jù)以上工藝條件計算選型后的調(diào)節(jié)閥，即可滿足最大流量工況，也可滿足最小流量工況。同時也可以在正常工況下良好運行。如果只是簡單規(guī)定一種工況，那么勢必影響調(diào)節(jié)閥的運行，無法滿足多變的各種工況。

1．2調(diào)節(jié)閥閥門類型在根據(jù)調(diào)節(jié)閥工藝條件計算Cv值完成后，即可對調(diào)節(jié)閥選型。此處涉及選型不僅是選擇尺寸，還包括選擇閥門類型。使用蝶閥、截止閥還是閘閥等，需要做更進一步的確定。在計算調(diào)節(jié)閥過程中需要涉及閥芯處的最低壓力，如果此壓力要低于介質(zhì)的飽和蒸氣壓，則出現(xiàn)閃蒸空化現(xiàn)象。對調(diào)節(jié)閥閥芯損害較大。為了避免此類情況發(fā)生，可以選擇“壓力恢復(fù)系數(shù)”較大的閥門類型，比如:截止閥等。在LNG接收站中，也有涉及到一些特殊的調(diào)節(jié)閥。比如:LNG接收站中低壓LNG總管上的調(diào)節(jié)閥，由于其流量大(站內(nèi)所有低壓LNG經(jīng)由此閥)，所產(chǎn)生力矩也大，因此可采用雙膜頭調(diào)節(jié)器(doublediaphragmactuator)，增強對此閥的調(diào)控能力。同時，在LNG接收站中也由高壓差的調(diào)節(jié)閥，比如:對再冷凝器、LNG儲罐補氣(covergas)的壓力調(diào)節(jié)閥。由于閥前為外輸氣壓力，通常為7～9MPaG，而閥后壓力最高位0．8MPaG。巨大壓差可能會引起調(diào)節(jié)閥閥芯的巨大損耗。因此可以選擇特殊閥門結(jié)構(gòu)，盡量降低對調(diào)節(jié)閥的損害，以延長其使用壽命。如圖2所示，此閥閥芯可制成多級套筒籠式結(jié)構(gòu)，可以滿足高壓差的要求，同時也可降低對閥芯的損害，又能夠滿足高壓差所產(chǎn)生的噪音要求。

1．3調(diào)節(jié)閥最大關(guān)閉壓差調(diào)節(jié)閥的最大關(guān)閉壓差直接關(guān)系到其執(zhí)行機構(gòu)的選擇，如果壓差要求太大，則成本高、執(zhí)行機構(gòu)過大;如果壓差要求過小，一旦出現(xiàn)緊急情況則無法實現(xiàn)關(guān)閉要求。因此，最大關(guān)閉壓差(max．shut－offdifferentialpressure)直接關(guān)系到調(diào)節(jié)閥的安全運行與否。在正常運行情況下，調(diào)節(jié)閥的關(guān)閉壓差并不大。以LNG接收站為例:低壓系統(tǒng)正常運行壓力約為1．0MPaG，高壓系統(tǒng)正常運行壓力約為9．0MPaG。如果按此壓差選擇執(zhí)行機構(gòu)，在緊急情況下，可能就無法滿足閥門關(guān)閉的要求。在LNG接收站中，低壓系統(tǒng)與高壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥的最大關(guān)閉壓差一般選擇對應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計壓力。例如:低壓系統(tǒng)設(shè)計壓力1．89MPaG，高壓系統(tǒng)設(shè)計壓力15MPaG。而系統(tǒng)設(shè)計壓力是在考慮充分發(fā)揮材料潛力條件下，又經(jīng)過水錘計算后，才最終確定。因此，選擇設(shè)計壓力作為閥門最大關(guān)閉壓差安全可靠而又經(jīng)濟實用。同時，在水錘計算工況中，LNG接收站中閥門的壓差確實要高于其正常最大壓差。因此，進一步說明利用正常情況下閥門的最大關(guān)閉壓差選擇執(zhí)行機構(gòu)不盡合理。

1．4調(diào)節(jié)閥的關(guān)閉時間在某些情況下，調(diào)節(jié)閥可與關(guān)斷閥一同執(zhí)行關(guān)斷。那么閥門的關(guān)斷時間就是其重要的特性參數(shù)。正常情況下，通常采用閥門關(guān)閉時間為1s/inch，例如:8inch調(diào)節(jié)閥，其關(guān)閉時間即為8s。傳統(tǒng)的化工項目，多數(shù)也是依此規(guī)則。但實際上每個閥門的關(guān)閉時間不盡相同，即便其口徑一樣。在LNG接收站中，要設(shè)置水錘計算工況，然后分別設(shè)置所有閥門的預(yù)定關(guān)斷時間。之后檢查計算結(jié)果，是否出現(xiàn)系統(tǒng)超壓。如不滿足要求，修改關(guān)斷時間，抑或修改系統(tǒng)設(shè)計壓力等。一切滿足要求后，也要與廠家交流，是否可制造關(guān)斷時間下相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)。

1．5調(diào)節(jié)閥的機械限位在選擇調(diào)節(jié)閥時，往往所選的調(diào)節(jié)閥流通能力Cv值要大于正常需求。因為調(diào)節(jié)閥尺寸與管道對應(yīng)，除非嚴格按照計算Cv值生產(chǎn)非標閥門。這樣就會產(chǎn)生問題，如果調(diào)節(jié)閥操作失誤使其全開(failopen)，就出現(xiàn)無法控制的工況。調(diào)節(jié)閥的機械限位就應(yīng)此而生。其主要作用就是利用機械部件，某種程度的限制調(diào)節(jié)閥的開度，實際上就是限制其Cv值。在LNG接收站中，也有此類閥門使用。比如:再冷凝器的補氣(covergas)閥門。根據(jù)項目經(jīng)驗，此閥尺寸約為3inch左右。由于閥前后壓差較大(9．0/0．8MPaG)會產(chǎn)生臨界流量(criticalflow)，一旦閥門失誤全開，就會有大量氣體進入再冷凝器。如此一來，再冷凝器安全閥口徑需要增大、安全閥出口管道口徑需要增大，這樣投資就會增加。如果采用機械限位，即可限制調(diào)節(jié)閥失誤“全開”的開度。在計算滿足的條件下，可人為要求其“全開”工況下的流量。這樣就可以降低安全閥和管道尺寸，也減少了投資。以上主要是考慮節(jié)省投資。在LNG接收站中也有涉及安全操作的機械限位。比如:火炬管線的壓力控制閥。如果操作失誤導(dǎo)致全開，閥門的通過量會大于火炬正常排放量，如此就可能產(chǎn)生火炬燃燒不充分、BOG總管壓力迅速下降、導(dǎo)致BOG壓縮機入口壓力低低停車等等。如增設(shè)機械限位，則可很好的避免此類風險。

2LNG接收站中帶泄放孔球閥設(shè)計

LNG為低溫流體，接收站中LNG正常溫度一般為－150℃左右。對于普通球閥而言，如果有LNG被密封在其球體內(nèi)很危險，隨著LNG不斷升溫膨脹會有爆破發(fā)生。因此在LNG接收站中，適用于低溫的球閥都帶有泄放孔。

2．1帶泄放功能球閥結(jié)構(gòu)及原理如圖3所示，對于浮動球閥(通常1/2‘～8’，單面密封)，其泄放功能是在球體上開孔(約3mm)，當閥門關(guān)閉時被阻塞的低溫流體可與管道連通，不致超壓。大尺寸的球閥(通常1/2‘～36’)一般為固定球閥雙面密封，其泄放方式與浮動球閥不同。對于固定球閥，其泄放方式不是在閥體開孔，而是通過閥座泄放。當被封閉低溫流體不斷膨脹，足以推開彈簧時，即可泄放至管道內(nèi)。如圖4所示。在LNG接收站中，基于經(jīng)濟考慮，一般小口徑的低溫球閥均為浮動型式單面密封，而大口徑球閥均為固定型式雙面密封。

2．2泄放方向?qū)τ诠潭ㄇ蜷y，由于其雙面密封，泄放方向按照工藝考慮即可。主要泄放至安全、不阻塞的一方。而浮動球閥，其單面密封，泄放方向一般為高壓一側(cè)。如上圖3左圖所示，當球閥關(guān)斷，上游會對球體施加推力，使得球體與下游密封面緊密貼合。此時泄放孔只能設(shè)置在上游。如果泄放孔在下游，由于上游無密封，那么實際上球閥就無法實現(xiàn)關(guān)斷功能。

3LNG接收站中手閥組的機械聯(lián)鎖

在有些流程中，需要打開此閥后關(guān)閉另外一個閥。這種情況可在操作手冊中詳細說明，但人為操作畢竟存在失誤的風險。所以，手動閥門的互相機械聯(lián)鎖功能就可以極大降低這種風險。

3．1機械聯(lián)鎖原理如上圖5所示，在手閥閥桿上設(shè)置一個機械鎖定裝置，只有當2把鑰匙同時插入時方可操作閥門。如果幾個閥門作為一組設(shè)置機械聯(lián)鎖，就可以實現(xiàn)按照既定順序開關(guān)閥門的目的。

3．2LNG接收站中的使用為了增強安全性，減少人為失誤操作。LNG接收站中也設(shè)置了機械互鎖裝置。如圖6所示，當有2個安全閥互為備用時，如果一個安全閥需要校驗，另外一個需要開啟。那么，安全閥上/下游手閥就可以設(shè)置機械聯(lián)鎖，從而保證不可能出現(xiàn)2個安全閥同時被隔離的情況。如圖7所示，如果需要排凈TS－PV－0302內(nèi)的液體，則需要嚴格按照程序?qū)﹂y門V1～V4進行操作。上述即可對此四閥組進行機械聯(lián)鎖，按照操作程序設(shè)置邏輯關(guān)系，就可達到防止人為失誤的目的。此類機械聯(lián)鎖設(shè)置在傳統(tǒng)化工中可能使用較少，或許更多的是在操作手冊中予以規(guī)定說明。但總是存在人為失誤的可能，而設(shè)置機械聯(lián)鎖就可以極大降低人為失誤，提高運行的可靠性。

4結(jié)論

由于LNG接收站在國內(nèi)尚屬新興產(chǎn)業(yè)，其工程技術(shù)均引自國外，設(shè)計理念思路與國內(nèi)傳統(tǒng)項目有較大差異。本文主要分析了LNG接收站中閥門的工藝設(shè)計，目的是讓大家對LNG接收站中閥門使用有深入的理解。進而對新建LNG接收站項目提供參考借鑒意義。

作者：張華偉 單位：中海油山東化學(xué)工程有限責任公司