LNG Valve Challenges and Solutions

в современном энергетическом секторе сжиженный природный газ (LNG) все больше привлекает внимание как эффективный и чистый источник энергии. С быстрым развитием индустрии lng, спрос накриогенные клапанытакже быстро растет. однако уникальные свойства lng, его воспламеняемость, взрывоопасность и чрезвычайно низкая температура в сочетании с реальностью того, что заводы lng часто расположены в прибрежной среде с солевым распылением, означают, что качество криогенных клапанов напрямую связано с безопасной эксплуатацией оборудования. в результате выбор и дизайнкриогенные клапаныбыли поставлены в более приоритетную повестку дня.

Сжиженный природный газ (LNG) является продуктом природного газа, сжиженного при чрезвычайно низких температурах (до -160°C). по сравнению с газообразным природным газом lng обладает значительным преимуществом, заключающимся в том, что его легче транспортировать и хранить. В процессах производства, транспортировки, хранения и регазификации LNG криогенные клапаны играют неотъемлемую роль. Эти клапаны включают в себя запорные клапаны lng, задвижки, бабочные клапаны, обратные клапаны, шаровые клапаны, предохранительные клапаны и дроссельные клапаны, все они являются частью оборудования управления многофазным потоком с изменением фазы при низких температурах и высоком давлении. Из-за различий в процессах сжижения, хранения и транспортировки конструкция и назначение этих клапанов различны.

В традиционной области управления криогенной жидкостью большое количество клапанов управления процессом используется в полных технологических потоках, при этом запорные клапаны, задвижки и шаровые клапаны являются основными клапанами включения и выключения. эти клапаны обладают характеристиками низкого сопротивления потоку, способности транспортировать двухфазный газожидкостный поток, устойчивости к засорению клапана и большого контроля потока. Однако при применении в области lng традиционные клапаны сталкиваются со многими проблемами.

Возьмите в качестве примера задвижки и шаровые клапаны. традиционные задвижки и шаровые клапаны при открытии или закрытии образуют двустороннее уплотнение, создавая слепую зону в камере клапана. Lng представляет собой низкотемпературный насыщенный жидкий или двухфазный газожидкостный поток. После работы клапана lng в слепой зоне быстро испаряется из-за наличия источников окружающего тепла, вызывая резкое повышение температуры и давления. Это не только приводит к легкому повреждению верхних нескольких уплотнений и нижней основной поверхности уплотнения, но также может вызвать более серьезные угрозы безопасности, такие как взрыв клапана. Чтобы решить эту проблему, традиционные криогенные задвижки и шаровые клапаны, используемые для lng, обычно добавляют трубу за пределами корпуса клапана, чтобы соединить слепую зону с выходной секцией шарового клапана и сбросить низкотемпературную жидкость. Однако этот метод разрушает преимущества основной уплотнительной поверхности задвижки и шарового клапана, таких как двунаправленное уплотнение, двунаправленное отключение и двунаправленное управление, и может использовать только одну основную уплотнительную поверхность, не достигнув двунаправленного уплотнения. Кроме того, поскольку lng на обоих концах трубы очень подвержены испарению, а жидкость lng может легко течь обратно, внешнее соединение трубы не эффективно решает проблему двустороннего отключения. В то же время внешняя труба подвержена повреждению и утечке из-за проблем с прочностью, а также имеет такие недостатки, как трудность добавления изоляционного слоя снаружи корпуса клапана и асимметричный внешний вид клапана.

после испарения lng представляет собой легковоспламеняющийся и взрывоопасный газ, состоящий в основном из метана (CH₀). Традиционные криогенные клапаны с многочисленными точками уплотнения, такими как двунаправленное основное уплотнение, несколько уплотнений между корпусом клапана и крышкой клапана и уплотнения соединения фланца трубопровода, подвержены утечке. При низкотемпературных условиях -162℃ уплотнительные прокладки и уплотнительные поверхности часто находятся в прямом контакте с lng, что делает уплотнительные материалы очень восприимчивыми к низкотемпературной хрупкости и утечке, создавая значительные угрозы безопасности.

Когда клапан LNG работает, существует большая разница температур между верхней и нижней частями. Например, в запорных клапанах и задвижках корпус клапана контактирует с lng, в то время как вращающийся привод штока клапана, верхний корпус клапана и компоненты верхнего штока клапана контактируют с внешней атмосферной средой, что приводит к разнице температур около 200 ℃ между двумя концами клапана. эта разница температур приводит к значительному термическому напряжению внутри компонентов, особенно между штоком клапана и верхним корпусом клапана. Поскольку корпус клапана LNG обычно изготовлен из литой стали, которая имеет быструю скорость теплопередачи, для задержки теплопередачи требуется более длинный верхний корпус клапана и штокол клапана, предотвращая слишком холод вращающегося привода и других компонентов, чтобы должным образом функционировать или предотвращать обморожение персонала. Кроме того, поскольку корпус клапана изготовлен из литой стали, а штокол клапана изготовлен из жесткой ковки, они имеют значительно разные коэффициенты теплового расширения. В низкотемпературных условиях с большой разницей температур значительное термическое напряжение может привести к трещине корпуса клапана, деформации штока клапана и повреждению поверхности основного уплотнения. поэтому, когда традиционные криогенные клапаны используются в поле LNG, требуется более длинный стекол клапана для уменьшения локальной деформации теплового напряжения, что делает весь клапан более крупным по объему, чтобы приспособиться к холодной усадке и решить проблему значительного теплового напряжения.

Lng является низкотемпературной жидкостью, давление транспортировки трубопровода обычно ниже 0,2 МПа, в насыщенном или перегретом состоянии. во время транспортировки тепло непрерывно подается в LNG через клапаны и трубопроводы снаружи, вызывая непрерывное испарение LNG и образование двухфазного потока. Когда двухфазный поток сталкивается с внезапным отключением, это может легко привести к резкому увеличению давления оставшегося lng в трубопроводе и превышению критической точки. когда давление быстро превышает критическое давление 4,6 МПа, а температура превышает критическую температуру -82,59 °C, это создает значительную угрозу безопасности для всей транспортной системы. Таким образом, проектное давление обычных клапанов LNG или систем LNG превышает 6 МПа, что увеличивает сложность проектирования всей системы LNG, делая оборудование громоздким и большим объемом.

Столкнувшись со многими проблемами традиционных криогенных клапанов в применении в области LNG, производители клапанов и исследователи постоянно исследовали и вводили новшества, разрабатывая ряд новых технологий клапанов LNG для удовлетворения высоких требований индустрии LNG к криогенным клапанам.

Двухместный сверхнизкотемпературный верхний входной клапан представляет собой новый тип клапана LNG. этот клапан имеет специальную конструкцию сиденья, которая может обеспечить снижение давления в средней полости и поддерживать хорошие герметичные характеристики ниже по течению. Благодаря этой конструкции проблема слепых зон традиционных клапанов может быть эффективно решена, избегая резкого увеличения давления и повреждения поверхности уплотнения, вызванного испарением lng.

Чтобы преодолеть недостатки традиционных криогенных клапанов в уплотнении, новые клапаны LNG используют высокопроизводительные уплотнительные материалы. эти материалы могут поддерживать хорошие герметичные характеристики в низкотемпературных условиях -162°C и не подвержены низкотемпературной хрупкости. В то же время, оптимизируя структуру уплотнения и уменьшая количество точек уплотнения, риск утечки ch₀ снижается, а безопасность клапана улучшается.

Для решения проблемы теплового напряжения клапанов LNG новые клапаны приняли конструкцию тепловой компенсации и изоляции. путем добавления изолирующих материалов между штоком клапана и верхним корпусом клапана уменьшается теплопередача и уменьшается тепловое напряжение. В то же время используются гибкие соединения или расширительные соединения для эффективного снижения напряжения, вызванного различными коэффициентами теплового расширения, что повышает надежность и срок службы клапана.

Структура новых клапанов LNG была оптимизирована для адаптации к особым свойствам LNG. например, за счет сокращения длины штока клапана и уменьшения объема клапана используются передовые материалы и производственные процессы для обеспечения характеристик клапана в низкотемпературных условиях. Кроме того, новые клапаны приняли более рациональную конструкцию пути потока для снижения сопротивления потока и повышения эффективности транспортировки.

С непрерывным прогрессом технологий интеллектуальная технология управления также была внедрена в клапаны LNG. Установка датчиков и контроллеров позволяет контролировать состояние клапана, такое как параметры температуры, давления и расхода, в режиме реального времени, а открытие клапана может автоматически регулироваться в соответствии с заданной программой для достижения точного управления. интеллектуальное управление не только повышает удобство работы клапана и точность управления, но также позволяет своевременно обнаруживать потенциальные опасности неисправностей, повышая безопасность системы.

В системах LNG правильный выбор клапанов LNG является ключом к обеспечению безопасной работы системы. вот несколько предложений по выбору клапанов LNG.

Разные этапы процесса LNG предъявляют разные требования к клапанам. Например, во время процесса сжижения lng для контроля расхода и давления может потребоваться дроссельный клапан; На этапах транспортировки и хранения для управления включением и выключением требуются задвижки или шаровые клапаны. поэтому подходящий тип клапана следует выбрать в зависимости от конкретных условий работы.

Материал клапана lng должен выдерживать низкотемпературную среду и обладать хорошей коррозионной стойкостью. Как правило, корпус клапана изготовлен из литой или нержавеющей стали, а шток клапана изготовлен из жесткой ковки. Для компонентов, находящихся в прямом контакте с lng, следует выбирать материалы, устойчивые к низким температурам и коррозии, такие как низкотемпературная сталь или сплавы на основе никеля.

Из-за легковоспламеняющегося и взрывоопасного характера lng герметичность клапанов имеет решающее значение. Следует выбрать клапаны с надежными и долговечными герметичными характеристиками и минимизировать количество точек герметичности. новые технологии уплотнения и конструкция без слепых зон могут эффективно улучшить характеристики уплотнения клапана.

Клапаны LNG имеют различные методы работы, включая ручные, электрические и пневматические. Подходящий метод работы должен быть выбран в зависимости от фактических условий эксплуатации и требуемой степени автоматизации. Например, в ситуациях, требующих дистанционного управления, следует выбрать электрический или пневматический клапан.

Являясь ключевым оборудованием в отрасли LNG, развитие технологии клапанов LNG имеет большое значение для обеспечения безопасной и эффективной транспортировки и хранения LNG. Хотя традиционные криогенные клапаны сталкиваются со многими проблемами при применении в области LNG, новые технологии клапанов LNG добились значительного прогресса благодаря постоянным инновациям и разработкам. В будущем, с непрерывным прогрессом технологий и постоянно меняющимся спросом на рынке, технология клапанов lng будет продолжать развиваться в направлении более высокой безопасности, более эффективной, меньшего размера и веса, более сильного интеллекта и более широкой применимости, обеспечивая мощную поддержку для устойчивого развития промышленности lng.