Lng低溫過程控制安全閥的製作方法

2023-05-13 05:50:56

專利名稱：Lng低溫過程控制安全閥的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種液化天然氣(LNG)低溫過程控制安全閥，主要由LNG導閥與LNG主閥兩部分組成，利用導閥控制主閥從而控制LNG低溫系統壓力，進一步控制成套LNG液化系統壓力，解決LNG生產過程中壓力控制問題，確保液化過程安全運行。本發明適用於LNG低溫系統安全生產及輸運過程控制，實現低溫高壓工況(_164°C、6. 4MPa)下LNG生產過程穩定。根據低溫高壓流體安全輸運技術特點，LNG安全閥可用於解決LNG多相流流動過程控制技術難題，提高LNG安全輸運效率，促進LNG生產輸運過程的有效管理，克服普通安全閥體積龐大、控壓點過高等缺點，提高LNG安全閥靈敏度及安全性能，使其結構更加精巧、運行更加靈活。
背景技術：
LNG安全生產技術一直是制約LNG發展的一個主要瓶頸，直到本世紀60年代以後， LNG安全生產技術才得以解決，大規模工業化過程才得以實現，LNG工業開始迅猛發展，究其原因，LNG液化溫度一般在-ierc以下，相對環境溫度有很大差別，液化及儲運系統具有複雜的傳熱工況，LNG 一般處於激烈的相變及多相流動狀態並伴隨有壓力及溫度的劇烈變化，不斷產生大量的飽和蒸汽、過熱蒸汽、過熱液體和汽液兩相流，在變壓變溫過程中不段發生相變並伴隨嚴重的安全問題，如果系統密閉，液化後的LNG很容易過臨界並引起爆炸。 LNG多相流極易引起過熱沸騰並產生多相流，導致管道內溫度及壓力發生劇變，過程控制裝備須具備控制多相流的能力，提高減壓與節流製冷過程效率及反應速度，所以與系統連接的過程控制安全閥門須具備以下基本條件能夠承受劇烈的壓力及溫度瞬間變化過程， 嚴格控制飽和壓力或過臨界壓力；閥門動密封儘可能少，能夠承受劇烈的振動，連接件不脫落，不洩漏；安全閥須穩定控制過程壓力，在壓力突變的情況下可有效降低並維持系統壓力；安裝維護方便。傳統的LNG安全閥沒有導閥，採用獨立主閥控制，由於承受系統壓力大， 安全閥體積龐大，維護操作困難，安裝很不方便，存在反應遲鈍，靈敏度差，控制範圍太寬等缺點，已經不能滿足日益發展的LNG工業生產過程控制需求。本發明針對LNG低溫流體過程控制及輸運過程中存在的減壓節流效率及動密封洩漏問題，提出LNG低溫過程控制安全閥技術，提高過程控制反應速度，滿足LNG生產及輸運壓力控制要求，減少了由於變壓、變溫出口及流體多相不穩定造成的系統壓力突變，最終實現LNG安全生產及輸運過程控制目的。本發明主要針對LNG系統低溫高壓流體的安全問題，提出LNG低溫過程控制安全閥技術，用以控制LNG壓力，進而控制LNG飽和溫度，減少由於系統變壓、變溫出口及表面熱流密度不穩定所造成的內部壓力突變問題，最終解決LNG安全生產及儲運問題。

發明內容
本發明根據LNG低溫高壓系統安全減壓技術特點，發明先導式LNG安全閥用於控制變壓、變溫、變流量的LNG生產過程，克服普通安全閥在低溫高壓下彈簧過粗、體積過大， 反應遲鈍等難題，提高過程控制靈敏度，使LNG安全裝置結構精巧、安全性高、反應更加靈敏。本發明的技術解決方案
LNG低溫過程控制安全閥主要由主閥壓蓋1、彈簧墊片2、主閥彈簧3、密封圈4、主閥閥杆5、彈簧墊片6、密封圈7、閥瓣8、密封圈9、高壓管道10、法蘭11、閥體12、低壓管道13、法蘭14、密封圈15、密封圈16、密封圈17、密封圈18、導閥閥芯19、密封圈20、密封圈21、導閥彈簧22、彈簧支座23、導閥壓蓋M組成。LNG主閥與導閥並列安裝於閥體12內，閥體12底部連接管道10及法蘭11，右側連接管道13及法蘭14 ；主閥壓蓋1螺紋連接閥體12，連接處有端面密封圈4，主閥墊片2裝於壓蓋1內，一端與壓蓋1接觸，一端與彈簧2接觸；主閥閥杆5螺紋連接閥瓣8，閥瓣8上部安裝墊片6，下部與閥體12主閥進氣通道形成錐形密封面，錐面密封槽內安裝密封圈9， 柱面密封槽內安裝密封圈7 ；導閥壓蓋M螺紋連接閥體12，連接處有端面密封圈21 ；壓蓋 24內安裝「T」型彈簧支座23，支座23上安裝彈簧22 ；彈簧22下部為導閥閥芯19，閥芯19 安裝於閥體12導閥氣缸內。閥體12內部自上而下有四條小直徑水平氣流控制通道，第一通道與導閥閥芯19 上部氣缸連接，為主閥高壓洩氣通道；第二通道位於導閥右側，進口接通導閥閥芯19氣缸洩氣口，出口與低壓管道13接通；第三通道與導閥閥芯19下部氣缸連接，為主閥高壓進氣通道；第四通道為導閥高壓進氣通道，進氣口與主閥底部高壓管道10接通，出口與導閥氣缸接通。導閥閥芯19整體為圓柱形結構，柱面開有五道密封槽，分別安裝密封圈15、密封圈16、密封圈17、密封圈18、密封圈20 ；導閥閥芯19沿軸向兩端向內開兩孔，沿徑向開三孔，第一軸向孔與第一徑向孔、第二徑向孔連通，第二軸向孔與第三徑向孔連通。LNG安全閥正常工作時，導閥將系統壓力通過管路引入主閥背面，使主閥承受正壓力與承受背壓力達到平衡，減輕彈簧3預緊力，使主閥彈簧3、閥杆5及閥瓣8等組件承受壓力大大減小，整個主閥體積大大減小；系統壓力增大時，氣流沿閥體12第四水平通道進入導閥，推動閥芯19向上運動，使閥體12第一水平通道與導閥閥芯19第一徑向孔連通，第二水平通道與第二徑向孔連通，第三水平通道與第三徑向孔脫離，主閥背部氣流沿閥體12第一水平通道、閥芯19第一徑向孔、閥芯19第一軸向孔、閥芯19第二徑向孔、閥體12第二水平通道流至低壓管道13，主閥背壓降低，閥瓣8受向上正壓力壓縮彈簧3向上運動，系統氣流沿高壓管道10經閥體12主氣流通道流向低壓管道13，達到安全減壓目的；系統壓力降低後，彈簧22推動導閥閥芯19向下運動，使閥體12第一水平通道與閥芯19第一徑向孔脫離，閥體12第二水平通道與第二徑向孔脫離並與第一徑向孔接通，第三水平通道與第三徑向孔接通，氣流沿閥體12第四通道向上進入導閥第二軸向孔，再經第三徑向孔、閥體12第三水平通道進入主閥背部，主閥背壓升高，閥瓣8在彈簧3作用下向下運動，安全閥關閉，系統壓力達到穩定狀態。方案所涉及的原理問題
LNG低溫液化系統(_164°C、6. 4MPa)表面接受太陽能輻射、空氣對流換熱、環境熱輻射或管內摩擦熱以後，系統內部流體尤其在接受瞬時高熱流密度熱量加熱後會產生大量的過熱蒸氣，過熱蒸氣導致系統壓力劇烈變化，如果不能有效排出過熱蒸氣可能會造成一定的安全問題。如果系統壓力過低，低於三相點壓力時，則會出現嚴重的階段性液泛現象，導致系統壓力劇增。本發明著重描述通過先導式LNG安全閥控制低溫系統壓力，實現LNG低溫流體的有效管理。LNG低溫過程控制安全閥的工作原理是導閥將系統壓力通過管路引入主閥背面，使主閥正面承受壓力與背面承受壓力達到平衡，從而大大降低主閥彈簧3的預應力，從理論上可使主閥彈簧3預應力為零，所以，只要主閥承受很小的正壓力，即可實現控制系統壓力要求，這樣可使主閥彈簧3的體積大大減小，即使整個LNG安全閥體積大大減小；由於主閥承受壓力很小，而導閥承受壓力很大，通過減小導閥閥杆(閥芯19)直徑可使導閥承受的正壓力減小，因此，導閥只需很小的彈簧22預應力便可靈活控制主閥，導閥彈簧22直徑很小，導閥體積也很小；為了解決動密封引起的密封問題，將導閥與主閥同時安裝於同一閥體12內，連接導閥與主閥的管道全部設置於閥體12內，使導閥及主閥在運動過程中不存在動密封洩漏問題；由於整體結構緊湊，除了連接管路的法蘭、導閥端蓋、主閥端蓋存在靜密封以外，與外界再無密封，使整個閥門在工作過程的密封面大大減少，控制過程更加安全。本發明的技術特點
LNG安全閥由導閥與主閥兩部分組成，利用導閥控制主閥從而控制LNG液化低溫系統壓力，可實現_164°C、6. 低溫高壓工況下LNG安全生產及儲運過程控制需求；主閥預緊力小，導閥控制壓力點高；可用於控制LNG多相流，提高LNG生產及儲運效率；能夠承受劇烈的壓力及溫度瞬間變化過程，可嚴格控制飽和壓力或過臨界壓力；主閥與導閥擁有同一閥體，所有連接管路內置於閥體內，靜密封大大減少；動密封內置於閥體，能夠承受劇烈的振動，連接件不脫落，不洩漏；在壓力突變的情況下可有效降低並維持系統壓力；LNG安全閥解決了普通安全閥在低溫高壓下彈簧過粗、體積過大、靈敏度低等難題，具備體積小、靈敏度高、結構精巧、運行靈活、安裝維護方便等優點。


圖ι所示為LNG低溫過程控制安全閥的主要部件及安裝位置關係。
具體實施例方式
設置導閥彈簧預應力並使其與被控系統壓力一致，主閥開啟壓力小於系統壓力；將 LNG安全閥安裝於系統中，控制系統額定工作壓力為6. 4MPa ；系統壓力增大時，氣流沿閥體 12第四水平通道進入導閥，推動閥芯19向上運動，使閥體12第一水平通道與導閥閥芯19 第一徑向孔連通，第二水平通道與第二徑向孔連通，第三水平通道與第三徑向孔脫離，主閥背部氣流沿閥體12第一水平通道、閥芯19第一徑向孔、閥芯19第一軸向孔、閥芯19第二徑向孔、閥體12第二水平通道流至低壓管道13，主閥背壓降低，閥瓣8受向上正壓力壓縮彈簧3向上運動，系統氣流沿高壓管道10經閥體12主氣流通道流向低壓管道13，達到安全減壓目的；系統壓力降低後，彈簧22推動導閥閥芯19向下運動，使閥體12第一水平通道與閥芯19第一徑向孔脫離，閥體12第二水平通道與第二徑向孔脫離並與第一徑向孔接通，第三水平通道與第三徑向孔接通，氣流沿閥體12第四通道向上進入導閥第二軸向孔，再經第三徑向孔、閥體12第三水平通道進入主閥背部，主閥背壓升高，閥瓣8在彈簧3作用下向下運動，安全閥關閉，系統壓力達到穩定狀態。
權利要求
1.LNG低溫過程控制安全閥，包括主閥壓蓋(1)、彈簧墊片(2)、主閥彈簧(3)、密封圈 (4)、主閥閥杆(5)、彈簧墊片(6)、密封圈(7)、閥瓣(8)、密封圈(9)、高壓管道(10)、法蘭 (11)、閥體(12)、低壓管道(13)、法蘭(14)、密封圈(15)、密封圈(16)、密封圈(17)、密封圈 (18)、導閥閥芯(19)、密封圈(20)、密封圈(21)、導閥彈簧(22)、彈簧支座(23)、導閥壓蓋 (M)，其特徵在於閥體(12)底部連接管道(10)及法蘭(11)，右側連接管道(13)及法蘭 (14)；主閥壓蓋(1)螺紋連接閥體(12)，連接處有端面密封圈(4)，主閥墊片(2)裝於壓蓋 (1)內，一端與壓蓋(1)接觸，一端與彈簧(2)接觸；主閥閥杆(5)螺紋連接閥瓣(8)，閥瓣 (8)上部安裝墊片(6)，下部與閥體(12)主閥進氣通道形成錐形密封面，錐面密封槽內安裝密封圈(9)，柱面密封槽內安裝密封圈(7);導閥壓蓋(24)螺紋連接閥體(12)，連接處有端面密封圈(21)；壓蓋(24)內安裝「T」型彈簧支座(23)，支座(23)上安裝彈簧(22)；彈簧 (22)下部為導閥閥芯(19)，閥芯(19)安裝於閥體(12)導閥氣缸內。
2.根據權利要求1所述的LNG低溫過程控制安全閥，其特徵在於閥體(12)內部自上而下有四條小直徑水平氣流控制通道，第一通道與導閥閥芯(19)上部氣缸連接，為主閥高壓洩氣通道；第二通道位於導閥右側，進口接通導閥閥芯(19)氣缸洩氣口，出口與低壓管道(13)接通；第三通道與導閥閥芯(19)下部氣缸連接，為主閥高壓進氣通道；第四通道為導閥高壓進氣通道，進氣口與主閥底部高壓管道(10)接通，出口與導閥氣缸接通。
3.根據權利要求1所述的LNG低溫過程控制安全閥，其特徵在於導閥閥芯(19)整體為圓柱形結構，柱面開有五道密封槽，分別安裝密封圈(15)、密封圈(16)、密封圈(17)、密封圈(18)、密封圈(20);導閥閥芯(19)沿軸向兩端向內開兩孔，沿徑向開三孔，第一軸向孔與第一徑向孔、第二徑向孔連通，第二軸向孔與第三徑向孔連通。
4.根據權利要求1、2、3所述的LNG低溫過程控制安全閥，其特徵在於LNG安全閥正常工作時，導閥將系統壓力通過管路引入主閥背面，使主閥承受正壓力與承受背壓力達到平衡，減輕彈簧(3)預緊力，使主閥彈簧(3)、閥杆(5)及閥瓣(8)等組件承受壓力大大減小， 整個主閥體積大大減小；系統壓力增大時，氣流沿閥體(12)第四水平通道進入導閥，推動閥芯(19)向上運動，使閥體(12)第一水平通道與導閥閥芯(19)第一徑向孔連通，第二水平通道與第二徑向孔連通，第三水平通道與第三徑向孔脫離，主閥背部氣流沿閥體(12)第一水平通道、閥芯(19)第一徑向孔、閥芯(19)第一軸向孔、閥芯(19)第二徑向孔、閥體(12) 第二水平通道流至低壓管道(13)，主閥背壓降低，閥瓣(8)受向上正壓力壓縮彈簧(3)向上運動，系統氣流沿高壓管道(10)經閥體(12)主氣流通道流向低壓管道(13)，達到安全減壓目的；系統壓力降低後，彈簧(22)推動導閥閥芯(19)向下運動，使閥體(12)第一水平通道與閥芯(19)第一徑向孔脫離，閥體(12)第二水平通道與第二徑向孔脫離並與第一徑向孔接通，第三水平通道與第三徑向孔接通，氣流沿閥體(12)第四通道向上進入導閥第二軸向孔，再經第三徑向孔、閥體(12)第三水平通道進入主閥背部，主閥背壓升高，閥瓣(8)在彈簧(3)作用下向下運動，安全閥關閉，系統壓力達到穩定狀態。
全文摘要
本發明涉及一種液化天然氣(LNG)低溫過程控制安全閥，主要由LNG導閥與LNG主閥兩部分組成，利用導閥將系統壓力通過管路引入主閥背面，使主閥正面承受壓力與背面承受壓力達到平衡，降低主閥過程控制預緊力，從而使主閥體積縮小，結構精巧、控制靈敏度高、運行更加靈活，克服了傳統安全閥體積龐大、控壓點過高、反應遲鈍等缺點。本發明應用導閥控制主閥進而控制LNG低溫系統壓力，適用於LNG低溫系統安全生產及輸運過程控制，確保-164℃、6.4MPa低溫高壓工況下LNG生產過程安全及穩定，也適用於LNG低溫高壓多相流流動控制過程，促進LNG生產儲運過程的有效管理，提高LNG安全生產效率。
文檔編號F16K17/10GK102537445SQ20111030278
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月10日 優先權日2011年10月10日
發明者任昱龍, 張周衛, 張小衛, 張鵬, 汪雅紅, 羅崇來, 趙想平, 趙浩瑞, 郭豔豔, 韓帥 申請人:張周衛