液化天然氣用超低溫增壓調節(jié)閥密封結構設計

　　介紹了一種液化天然氣用超低溫增壓調節(jié)閥的工作原理、材料選用、密封結構改進和加工處理工藝。

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，超低溫增壓調節(jié)閥(簡稱調節(jié)閥-下同) 有著重要的作用。目前，進口的調節(jié)閥供貨周期長，價格昂貴，配件短缺，使國內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℃的調節(jié)閥。

2、液化天然氣用超低溫增壓調節(jié)閥的工作原理

　　調節(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)內的壓力保持在設定值范圍內，處于常閉狀態(tài)。當LNG 儲存罐內隨著介質消耗，罐內壓力逐漸降低到某一設定值時，調節(jié)閥開啟，介質通過調節(jié)閥進入儲存罐內使壓力升高。當壓力升高至設定值時，調節(jié)閥關閉，增壓停止。

圖1 超低溫增壓調節(jié)閥

　　調節(jié)閥通過調節(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達到平衡。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)內的介質壓力增高。當系統(tǒng)內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節(jié)閥的結構特性

　　3.1、工藝與選材

　　調節(jié)閥內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，零件加工過程中避免尖角出現(xiàn)，棱邊需進行圓滑倒鈍。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進行深冷處理，浸泡在液氮中，待零件溫度達到- 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、密封結構改進

　　調節(jié)閥密封常用平端面結構。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別，導致零件收縮量存在差別。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節(jié)閥泄漏問題，對其端面密封結構做了改進。

　　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，密封結構可靠性能高(圖2) 。

圖2 端面密封

　　通過改進密封結構和零件加工工藝優(yōu)化，取得了很好的密封效果，通過30 000 次的壽命試驗，調節(jié)閥的漏率滿足產(chǎn)品密封性能要求。

4、結語

　　LNG 超低溫增壓調節(jié)閥門在低溫工況環(huán)境下密封可靠，漏率滿足要求。經(jīng)過壽命試驗，驗證了改進結構和工藝優(yōu)化的合理性，保證了產(chǎn)品在特殊工況下使用的可靠性。