LNG接收站阀门工艺设计探讨范文

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lng接收站主要包括LNG的接收、储存、气化、外输，站内主要介质为－160℃的低温流体［1］。国内第一座接收站为广东大鹏LNG，一期项目建成于2006年，至今运行只有7年时间。因此LNG接收站在国内尚属新兴行业。而且，LNG接收站的工艺包、设计理念等均来自国外供货商［2］，与国内传统化工设计有较大不同。本文主要针对接收站中阀门的工艺设计进行总结研究，为新建LNG接收站项目提供参考借鉴。

1LNG接收站调节阀设计

1．1调节阀工艺条件调节阀是工艺设计中至关重要的部分，一个选取合适的调节阀既利于工艺流程的运行也利于操作。正常情况下，调节阀是由工艺提出条件，进而由仪表专业计算选型。整个阀门选型中，工艺条件直接决定了调节阀的选取是否满足工艺要求。在接收站设计中，有些重要调节阀的工艺条件比较精确，因此所选取的调节阀能更好的兼容不同运行工况。如图1所示，为接收站中某调节阀的示意图。潜液泵从储罐A中送出液体经由调节阀后，送入储罐B。由于存在各种运行工况，那么调节阀的选择就必须能够囊括各种工况的要求。调节阀是根据工艺要求计算出其Cv值，然后进行选型。那么Cv值就直接决定了调节阀的尺寸、性能。所以工艺条件中就要至少提到三种工况:最大、正常和最小。此处三种工况所比较的不是流量的大小，而是每种工况所对应Cv的大小比较。根据以上原则，结合调节阀Cv值的通用计算公式［3］，即可提出如图1所示流程中调节阀的工艺条件。根据以上工艺条件计算选型后的调节阀，即可满足最大流量工况，也可满足最小流量工况。同时也可以在正常工况下良好运行。如果只是简单规定一种工况，那么势必影响调节阀的运行，无法满足多变的各种工况。

1．2调节阀阀门类型在根据调节阀工艺条件计算Cv值完成后，即可对调节阀选型。此处涉及选型不仅是选择尺寸，还包括选择阀门类型。使用蝶阀、截止阀还是闸阀等，需要做更进一步的确定。在计算调节阀过程中需要涉及阀芯处的最低压力，如果此压力要低于介质的饱和蒸气压，则出现闪蒸空化现象。对调节阀阀芯损害较大。为了避免此类情况发生，可以选择“压力恢复系数”较大的阀门类型，比如:截止阀等。在LNG接收站中，也有涉及到一些特殊的调节阀。比如:LNG接收站中低压LNG总管上的调节阀，由于其流量大(站内所有低压LNG经由此阀)，所产生力矩也大，因此可采用双膜头调节器(doublediaphragmactuator)，增强对此阀的调控能力。同时，在LNG接收站中也由高压差的调节阀，比如:对再冷凝器、LNG储罐补气(covergas)的压力调节阀。由于阀前为外输气压力，通常为7～9MPaG，而阀后压力最高位0．8MPaG。巨大压差可能会引起调节阀阀芯的巨大损耗。因此可以选择特殊阀门结构，尽量降低对调节阀的损害，以延长其使用寿命。如图2所示，此阀阀芯可制成多级套筒笼式结构，可以满足高压差的要求，同时也可降低对阀芯的损害，又能够满足高压差所产生的噪音要求。

1．3调节阀最大关闭压差调节阀的最大关闭压差直接关系到其执行机构的选择，如果压差要求太大，则成本高、执行机构过大;如果压差要求过小，一旦出现紧急情况则无法实现关闭要求。因此，最大关闭压差(max．shut－offdifferentialpressure)直接关系到调节阀的安全运行与否。在正常运行情况下，调节阀的关闭压差并不大。以LNG接收站为例:低压系统正常运行压力约为1．0MPaG，高压系统正常运行压力约为9．0MPaG。如果按此压差选择执行机构，在紧急情况下，可能就无法满足阀门关闭的要求。在LNG接收站中，低压系统与高压系统调节阀的最大关闭压差一般选择对应系统的设计压力。例如:低压系统设计压力1．89MPaG，高压系统设计压力15MPaG。而系统设计压力是在考虑充分发挥材料潜力条件下，又经过水锤计算后，才最终确定。因此，选择设计压力作为阀门最大关闭压差安全可靠而又经济实用。同时，在水锤计算工况中，LNG接收站中阀门的压差确实要高于其正常最大压差。因此，进一步说明利用正常情况下阀门的最大关闭压差选择执行机构不尽合理。

1．4调节阀的关闭时间在某些情况下，调节阀可与关断阀一同执行关断。那么阀门的关断时间就是其重要的特性参数。正常情况下，通常采用阀门关闭时间为1s/inch，例如:8inch调节阀，其关闭时间即为8s。传统的化工项目，多数也是依此规则。但实际上每个阀门的关闭时间不尽相同，即便其口径一样。在LNG接收站中，要设置水锤计算工况，然后分别设置所有阀门的预定关断时间。之后检查计算结果，是否出现系统超压。如不满足要求，修改关断时间，抑或修改系统设计压力等。一切满足要求后，也要与厂家交流，是否可制造关断时间下相应的执行机构。

1．5调节阀的机械限位在选择调节阀时，往往所选的调节阀流通能力Cv值要大于正常需求。因为调节阀尺寸与管道对应，除非严格按照计算Cv值生产非标阀门。这样就会产生问题，如果调节阀操作失误使其全开(failopen)，就出现无法控制的工况。调节阀的机械限位就应此而生。其主要作用就是利用机械部件，某种程度的限制调节阀的开度，实际上就是限制其Cv值。在LNG接收站中，也有此类阀门使用。比如:再冷凝器的补气(covergas)阀门。根据项目经验，此阀尺寸约为3inch左右。由于阀前后压差较大(9．0/0．8MPaG)会产生临界流量(criticalflow)，一旦阀门失误全开，就会有大量气体进入再冷凝器。如此一来，再冷凝器安全阀口径需要增大、安全阀出口管道口径需要增大，这样投资就会增加。如果采用机械限位，即可限制调节阀失误“全开”的开度。在计算满足的条件下，可人为要求其“全开”工况下的流量。这样就可以降低安全阀和管道尺寸，也减少了投资。以上主要是考虑节省投资。在LNG接收站中也有涉及安全操作的机械限位。比如:火炬管线的压力控制阀。如果操作失误导致全开，阀门的通过量会大于火炬正常排放量，如此就可能产生火炬燃烧不充分、BOG总管压力迅速下降、导致BOG压缩机入口压力低低停车等等。如增设机械限位，则可很好的避免此类风险。

2LNG接收站中带泄放孔球阀设计

LNG为低温流体，接收站中LNG正常温度一般为－150℃左右。对于普通球阀而言，如果有LNG被密封在其球体内很危险，随着LNG不断升温膨胀会有爆破发生。因此在LNG接收站中，适用于低温的球阀都带有泄放孔。

2．1带泄放功能球阀结构及原理如图3所示，对于浮动球阀(通常1/2‘～8’，单面密封)，其泄放功能是在球体上开孔(约3mm)，当阀门关闭时被阻塞的低温流体可与管道连通，不致超压。大尺寸的球阀(通常1/2‘～36’)一般为固定球阀双面密封，其泄放方式与浮动球阀不同。对于固定球阀，其泄放方式不是在阀体开孔，而是通过阀座泄放。当被封闭低温流体不断膨胀，足以推开弹簧时，即可泄放至管道内。如图4所示。在LNG接收站中，基于经济考虑，一般小口径的低温球阀均为浮动型式单面密封，而大口径球阀均为固定型式双面密封。

2．2泄放方向对于固定球阀，由于其双面密封，泄放方向按照工艺考虑即可。主要泄放至安全、不阻塞的一方。而浮动球阀，其单面密封，泄放方向一般为高压一侧。如上图3左图所示，当球阀关断，上游会对球体施加推力，使得球体与下游密封面紧密贴合。此时泄放孔只能设置在上游。如果泄放孔在下游，由于上游无密封，那么实际上球阀就无法实现关断功能。

3LNG接收站中手阀组的机械联锁

在有些流程中，需要打开此阀后关闭另外一个阀。这种情况可在操作手册中详细说明，但人为操作毕竟存在失误的风险。所以，手动阀门的互相机械联锁功能就可以极大降低这种风险。

3．1机械联锁原理如上图5所示，在手阀阀杆上设置一个机械锁定装置，只有当2把钥匙同时插入时方可操作阀门。如果几个阀门作为一组设置机械联锁，就可以实现按照既定顺序开关阀门的目的。

3．2LNG接收站中的使用为了增强安全性，减少人为失误操作。LNG接收站中也设置了机械互锁装置。如图6所示，当有2个安全阀互为备用时，如果一个安全阀需要校验，另外一个需要开启。那么，安全阀上/下游手阀就可以设置机械联锁，从而保证不可能出现2个安全阀同时被隔离的情况。如图7所示，如果需要排净TS－PV－0302内的液体，则需要严格按照程序对阀门V1～V4进行操作。上述即可对此四阀组进行机械联锁，按照操作程序设置逻辑关系，就可达到防止人为失误的目的。此类机械联锁设置在传统化工中可能使用较少，或许更多的是在操作手册中予以规定说明。但总是存在人为失误的可能，而设置机械联锁就可以极大降低人为失误，提高运行的可靠性。

4结论

由于LNG接收站在国内尚属新兴产业，其工程技术均引自国外，设计理念思路与国内传统项目有较大差异。本文主要分析了LNG接收站中阀门的工艺设计，目的是让大家对LNG接收站中阀门使用有深入的理解。进而对新建LNG接收站项目提供参考借鉴意义。

作者：张华伟 单位：中海油山东化学工程有限责任公司