LNG(液化天然气)低温阀门知识
2024/06/01

天然气主要成份是甲烷,天然气在常压-162℃低温下由气体变为液态天然气,我们称为液化天然气,英文名简称LNGLNG其显著特点是1m3LNG体积是同等标准状态下气体天然气的625倍。人们利用LNG特点,使LNG的贮存,运输更加方便,并且在贮存和运输中会节约大量成本。

LNG低温阀门的种类


 天然气液化,LNG的贮存,运输设备配套,其必不可少的是LNG低温阀门。这类阀门包括:①切断或接通介质流的LNG低温截止阀。②防止介质倒流的LNG低温止回阀。③调节贮槽内压力的LNG低温调压阀(减压阀)。④用于超压安全保护的LNG低温安全阀。⑤用于发生灾情,阻止灾情进一步扩大化的LNG低温气动紧急切断阀等共五大类LNG低温阀门。

LNG着火和爆炸危险性



LNG是无色,无味的液体,由于它的低沸点(-162℃),当观察时,LNG常常有强烈的沸腾,当暴露到大气时,由于水蒸气的冷凝,它将产生大量的蒸气云,当蒸发时它将在一个相当狭窄的混合范围内和空气形成可燃混合物(5.3~14%LNG)在某些氧化剂存在时它是活性的物质。LNG在水中不溶解,它在许多有机化合物中以及氢和氧中是溶解的,因此,无论何时LNG蒸气逸出到大气就将存在着火的危险。在封闭的空间内,LNG蒸气也有爆炸的危险性,当LNG在环境温度下发生泄漏时,迅速的蒸发将产生大量甲烷气体,泄漏之后的瞬间可燃混合物扩散到一个可观的顺风距离,在封闭的场地内当天然气达到2~3%的最低爆炸极限时,规定所有工作人员必须撤离现场。LNG着火的燃烧率和辐射量与同样燃烧面积的汽油着火是大致相等的。所以在美国标准中LNG是以汽油级防火防爆物质处理,并加上LNG低温介质在泄漏时将会产生大量的蒸气云,使LNG就更加危险。

LNG低温阀与LO2、LN2、LAr低温阀的区


由于LNG的易着火性和易爆炸性,世界各国对LNG的贮存,运输的安全性都给予高度重视,同LO2、LN2、LAr贮存,运输的区别是指美国NFPA(防火协会)标准规定LNG贮存和运输设备主要液体进口,出口管道后必须设置低温气动紧急切断阀,放空必须集中放空,并在气相放空口设置阻火器,管口位置高出贮槽顶部之上。对阀门而言,在选材上,按美国材料试验协会推荐,见下表,针对金属材料


从以上表格中可以看出对LNG介质设备中用铜及铜合金未推荐。美国防火协会96年标准NFPA57对汽车用LNG供气系统中2-2.4中“所有材料的选用或安装应尽可能避免受到腐蚀侵害……,对于那些需防止因受外部环境影响,而导致金相退化加速的合金材料,应禁止选用铜锌合金或铜锡合金”。“2~2.5所有钎焊填料的熔点超过1000F(538℃)”,但在LO2、LN2、LAr低温阀门中大量使用铜及铜合金,而目前在LNG低温阀均用304不锈钢。

在结构上LNG低温阀门也是随着LNG逐步推广运用而不断改进。其改进的目的就是围绕更安全、更可靠不断进步发展到今天,以LNG低温截止阀为例。LNG系统设备中阀门虽然是配套,但它的作用却不容忽视。因为阀门对LNG设备的正常,安全可靠的运行具有极为重要的作用,阀门在LNG设备中占总投资百分之510左右,而在日常维修中却要占总维修费50%-80%以上,其中重要的低温截止阀,低温紧急切断阀,安全阀是LNG系统中十分关键的阀门,这些阀门的质量好坏都将直接关系到LNG系统的正常和安全运行。同样不允许出现任何差错。根据国际LNG设备事故案例反映,因阀门故障和失效造成的LNG泄漏,使整个设备停机,甚至燃烧和爆炸,造成大小严重事故的比重不小,因此必须引起足够的重视。

LNG低温阀门的技术要求


由于LNG着火和爆炸性,使LNG低温阀门需要更高的技术性能和要求。

4.1 强度和刚度

在设计上首先应考虑阀门的主要部件应能承受持久的或瞬间的很大的温度变化而引起的热应力是考虑材料能力的主要因素,在压力和温度交变下的各种载荷下的作用力,而不应出现明显的弹性塑性变形,除了对阀体、阀盖、阀杆进行常规的强度计算外,还应采用有限元应力分析和抗震分析等来确保阀门产品的可靠性,所上述LNG低温阀门材质均为低碳或超低碳奥氏体不锈钢作为主体材料,其强度,韧性和耐温、耐压、抗冲蚀等均优于其它材质。

4.2 密封性和安全可靠性

为防止LNG着火和爆炸,LNG系统不允许有任何泄漏发生。LNG阀门在结构设计、密封件(填料、垫片和密封圈等)选用材料和成品质量检测试验控制等方面,都需采取非常严格和有效的措施来保证。为此我们对各种密封结构和材质进行多次,反复低温试验,试验方法采用国际上通用的冷浸法,即将试验的产品整体浸入-196℃低温液氮中阀体内部通氦气,当显示仪表显示试验温度达-196℃时进行检测氦气的泄漏情况,经过测试结构方案和密封材料,最终确定优选的结构和材质。为此我们生产的LNG低温阀门,内外泄漏为零,性能优良,经检测后阀门达到标准要求,经高频率,加速度的振动试验,又重复进行低温试验,保证其优越的密封性和可靠性。