LNG Valve Challenges and Solutions

En el sector energético actual, el gas natural licuado (GNL) está recibiendo cada vez más atención como una fuente de energía eficiente y limpia. Con el rápido desarrollo de la industria del GNL,Válvulas criogénicasTambién está creciendo rápidamente. Sin embargo, la naturaleza única del GNL, inflamable, explosivo y de temperatura extremadamente baja, junto con el hecho de que las plantas de GNL a menudo se encuentran en entornos costeros de niebla salina, significa que la calidad de las válvulas criogénicas está directamente relacionada con el funcionamiento seguro del equipo. Por lo tanto, la selección y el diseñoVálvulas criogénicasSe ha incluido en el programa de prioridades más altas.

El gas natural licuado (GNL) es el producto de la licuefacción de gas natural a temperaturas extremadamente bajas (tan bajas como -160°C). En comparación con el gas natural gaseoso, el GNL tiene la ventaja significativa de ser más fácil de transportar y almacenar. Las válvulas criogénicas desempeñan un papel indispensable en la producción, el transporte, el almacenamiento y la regasificación de GNL. Estas válvulas incluyen válvulas de globo de GNL, válvulas de compuerta, válvulas de mariposa, válvulas de retención, válvulas de bola, válvulas de seguridad y válvulas de estrangulación, todas ellas forman parte de un equipo de control de flujo multifásico con cambio de fase a baja temperatura y alta presión. Estas válvulas varían en diseño y uso debido a las diferencias en los procesos de licuefacción y almacenamiento y transporte.

En el campo del control de fluidos criogénicos tradicional, se utilizan una gran cantidad de válvulas de control de proceso en el flujo de proceso completo, y las válvulas de globo, las válvulas de compuerta y las válvulas de bola son las principales válvulas de conmutación. Estas válvulas tienen las características de baja resistencia al flujo, capacidad para transportar flujo bifásico gas-líquido, bloqueo anti-válvula y gran control de flujo. Sin embargo, cuando se aplican al campo del GNL, las válvulas tradicionales enfrentan muchos desafíos.

Tomemos como ejemplo las válvulas de compuerta y las válvulas de bola. Las válvulas de compuerta y de bola convencionales forman un sello bidireccional cuando están abiertas o cerradas, creando un punto ciego dentro de la cámara de la válvula. El GNL es un líquido saturado a baja temperatura o un flujo bifásico gas-líquido. Después de que la válvula está en funcionamiento, debido a la presencia de la fuente de calor ambiental, el GNL en la zona ciega se vaporizará rápidamente, lo que provocará un fuerte aumento en la temperatura y la presión. Esto no solo hace que los sellos múltiples superiores y la superficie de sellado principal inferior se dañen fácilmente, sino que también puede causar riesgos de seguridad más graves, como la explosión de la válvula. Para resolver este problema, las válvulas de compuerta criogénicas tradicionales y las válvulas de bola para GNL generalmente agregan una tubería fuera del cuerpo de la válvula para conectar la zona ciega con la sección de salida de la válvula de bola y descargar el fluido criogénico. Sin embargo, este método destruye las ventajas del sellado bidireccional, el corte bidireccional y el control bidireccional de la superficie de sellado principal de la válvula de compuerta y la válvula de bola. Solo se puede utilizar una superficie de sellado principal y no se puede lograr el sellado bidireccional. Además, dado que el GNL en ambos extremos de la tubería es extremadamente fácil de vaporizar, el fluido de GNL es fácil de fluir hacia atrás, y la conexión externa de la tubería no puede resolver eficazmente el problema del corte bidireccional. Al mismo tiempo, el tubo exterior es fácil de dañar y fugar debido a problemas de resistencia, y también hay desventajas tales como la dificultad de agregar una capa de aislamiento en el exterior del cuerpo de la válvula y la apariencia de la válvula es asimétrica.

El GNL gasificado es un gas inflamable y explosivo compuesto principalmente de metano (CH₄). Las válvulas criogénicas tradicionales tienen muchos puntos de sellado, como sellos principales bidireccionales, sellos múltiples entre el cuerpo de la válvula y la tapa de la válvula y sellos de conexión de brida de la tubería, que son propensos a fugas de CH₄. En condiciones de baja temperatura de -162 ° C, la junta de sellado y la superficie de sellado a menudo están en contacto directo con el GNL, lo que hace que el material de sellado sea extremadamente propenso a la fragilidad y fugas a baja temperatura, lo que plantea importantes riesgos de seguridad.

Cuando la válvula de GNL está funcionando, la diferencia de temperatura entre la parte superior e inferior es grande. Por ejemplo, en las válvulas de globo y las válvulas de compuerta, el cuerpo de la válvula está en contacto con el GNL, mientras que el actuador giratorio del vástago de la válvula, el cuerpo superior de la válvula y los componentes del vástago superior de la válvula están en contacto con el ambiente atmosférico externo, lo que resulta en una diferencia de temperatura de aproximadamente 200 ° C entre ambos extremos de la válvula. Esta diferencia de temperatura da como resultado esfuerzos térmicos significativos dentro de los componentes, especialmente entre el vástago de la válvula y el cuerpo superior de la válvula. Dado que el cuerpo de la válvula de GNL está generalmente hecho de acero fundido y tiene una velocidad de transferencia de calor más rápida, se requiere un cuerpo superior y un vástago de la válvula más largos para retrasar la transferencia de calor, evitar que el actuador giratorio y otros componentes se vuelvan demasiado fríos para funcionar correctamente o evitar la congelación del personal. Además, dado que el cuerpo de la válvula está hecho de acero fundido, mientras que el vástago de la válvula está hecho de una pieza forjada rígida, ambos tienen coeficientes de expansión térmica significativamente diferentes. En condiciones de baja temperatura con grandes diferencias de temperatura, el estrés térmico significativo puede causar agrietamiento del cuerpo de la válvula, deformación del vástago de la válvula y daño a la superficie de sellado principal. Por lo tanto, cuando se utilizan válvulas criogénicas convencionales en el campo de GNL, se requiere un vástago de válvula más largo para reducir la tensión de tensión térmica local, hacer que el volumen de la válvula total sea mayor para acomodar la contracción en frío y resolver el problema de tensión térmica significativa.

El GNL es un fluido de baja temperatura y la presión de transporte por tubería es generalmente inferior a 0,2 MPa y se encuentra en un estado saturado o sobrecalentado. Durante el transporte, el calor se suministra continuamente al GNL desde el exterior a través de válvulas y tuberías, de modo que el GNL se vaporice continuamente para formar un flujo bifásico. Cuando el flujo bifásico encuentra un corte repentino, es fácil hacer que la presión del GNL restante en la tubería aumente bruscamente, excediendo el punto crítico. Cuando la presión excede rápidamente la presión crítica de 4,6 MPa y la temperatura excede la temperatura crítica de -82,59 ° C, representa un importante riesgo de seguridad para todo el sistema de transporte. Por lo tanto, la presión de diseño de la válvula general de GNL o el sistema de GNL es superior a 6 MPa, lo que aumenta la dificultad de diseño de todo el sistema de GNL, haciendo que el equipo sea voluminoso y voluminoso.

Ante muchos problemas en la aplicación de válvulas criogénicas tradicionales en el campo del GNL, los fabricantes e investigadores de válvulas continúan explorando e innovando y desarrollando una serie de nuevas tecnologías de válvulas de GNL para cumplir con los altos requisitos de la industria del GNL para válvulas criogénicas.

La válvula de empuje de temperatura ultrabaja de dos asientos es un nuevo tipo de válvula de GNL. Esta válvula tiene un diseño especial de asiento que puede garantizar la reducción de presión de la cavidad intermedia y mantener un buen rendimiento de sellado aguas abajo. A través de este diseño, el problema de la zona ciega de la válvula tradicional se puede resolver de manera efectiva, y se puede evitar el fuerte aumento de presión causado por la vaporización del GNL y el daño a la superficie de sellado.

Para superar las deficiencias de las válvulas criogénicas tradicionales en el sellado, las nuevas válvulas de GNL utilizan materiales de sellado de alto rendimiento. Estos materiales pueden mantener un buen rendimiento de sellado en condiciones de baja temperatura de -162°C y no son fáciles de producir fragilidad a baja temperatura. Al mismo tiempo, al optimizar la estructura de sellado y reducir el número de puntos de sellado, se reduce el riesgo de fuga de CH₄ y se mejora la seguridad de la válvula.

Para el problema de estrés térmico de las válvulas de GNL, la nueva válvula adopta compensación térmica y diseño de aislamiento térmico. Mediante la adición de aislamiento térmico entre el vástago y el cuerpo superior de la válvula, se reduce la transferencia de calor y se reduce el estrés térmico. Al mismo tiempo, se utilizan conexiones flexibles o juntas de expansión para aliviar eficazmente el estrés causado por diferentes coeficientes de expansión térmica y mejorar la confiabilidad y la vida útil de la válvula.

La nueva estructura de la válvula de GNL está optimizada para adaptarse a las propiedades especiales del GNL. Por ejemplo, al acortar la longitud del vástago de la válvula y reducir el volumen de la válvula, se utilizan materiales avanzados y procesos de fabricación para garantizar el rendimiento de la válvula en condiciones de baja temperatura. Además, la nueva válvula adopta un diseño de trayectoria de flujo más razonable, reduciendo la resistencia al flujo y mejorando la eficiencia de transporte.

Con el avance continuo de la tecnología, la tecnología de control inteligente también se ha introducido en las válvulas de GNL. Mediante la instalación de sensores y controladores, el estado de la válvula, como la temperatura, la presión, los parámetros de flujo, se puede monitorear en tiempo real, y la apertura de la válvula se ajusta automáticamente de acuerdo con el programa preestablecido para lograr un control preciso. El control inteligente no solo mejora la conveniencia y la precisión de control de la operación de la válvula, sino que también encuentra posibles fallas ocultas a tiempo y mejora la seguridad del sistema.

En los sistemas de GNL, la selección correcta de las válvulas de GNL es la clave para garantizar el funcionamiento seguro del sistema. Aquí hay algunas recomendaciones para elegir una válvula de GNL.

Las diferentes etapas del proceso de GNL tienen diferentes requisitos para las válvulas. Por ejemplo, durante la licuefacción de GNL, puede ser necesaria una válvula de estrangulamiento para controlar el flujo y la presión; Durante las fases de transporte y almacenamiento, se requiere una válvula de compuerta o válvula de bola para el control de encendido y apagado. Por lo tanto, el tipo de válvula adecuado debe seleccionarse de acuerdo con las condiciones de trabajo específicas.

El material de la válvula de GNL debe ser capaz de soportar ambientes de baja temperatura y tener buena resistencia a la corrosión. Típicamente, el cuerpo de la válvula está hecho de acero fundido o acero inoxidable y el vástago está hecho de piezas forjadas rígidas. Para las piezas en contacto directo con el GNL, se deben seleccionar materiales resistentes a bajas temperaturas y a la corrosión, como acero a baja temperatura o aleaciones a base de níquel.

Debido a las características inflamables y explosivas del GNL, el rendimiento de sellado de la válvula es crucial. Se debe seleccionar una válvula con un rendimiento de sellado confiable y duradero y minimizar el número de puntos de sellado. La nueva tecnología de sellado y el diseño sin ángulo muerto pueden mejorar efectivamente el rendimiento de sellado de la válvula.

Las válvulas de GNL están disponibles en una variedad de modos de operación, incluyendo manual, eléctrico y neumático. El método de operación apropiado debe seleccionarse de acuerdo con las condiciones de operación reales y el grado de automatización requerido. Por ejemplo, cuando se requiere un control remoto, se debe elegir una válvula eléctrica o neumática.

Como equipo clave en la industria del GNL, el desarrollo de la tecnología de válvulas de GNL es de gran importancia para garantizar el transporte y almacenamiento seguros y eficientes del GNL. Aunque las válvulas criogénicas tradicionales enfrentan muchos problemas en el campo del GNL, a través de la innovación y el desarrollo continuos, la nueva tecnología de válvulas de GNL ha logrado avances significativos. En el futuro, con el avance continuo de la tecnología y los cambios en la demanda del mercado, la tecnología de válvulas de GNL seguirá desarrollándose hacia una mayor seguridad, una mayor eficiencia, un tamaño y peso más pequeños, una mayor inteligencia y una aplicabilidad más amplia, proporcionando una base para el desarrollo sostenible de la industria del GNL. Proporcionar un fuerte apoyo para el desarrollo sostenible.