LNG接收站閥門工藝設計探討范文

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lng接收站主要包括LNG的接收、儲存、氣化、外輸，站內主要介質為－160℃的低溫流體［1］。國內第一座接收站為廣東大鵬LNG，一期項目建成于2006年，至今運行只有7年時間。因此LNG接收站在國內尚屬新興行業。而且，LNG接收站的工藝包、設計理念等均來自國外供貨商［2］，與國內傳統化工設計有較大不同。本文主要針對接收站中閥門的工藝設計進行總結研究，為新建LNG接收站項目提供參考借鑒。

1LNG接收站調節閥設計

1．1調節閥工藝條件調節閥是工藝設計中至關重要的部分，一個選取合適的調節閥既利于工藝流程的運行也利于操作。正常情況下，調節閥是由工藝提出條件，進而由儀表專業計算選型。整個閥門選型中，工藝條件直接決定了調節閥的選取是否滿足工藝要求。在接收站設計中，有些重要調節閥的工藝條件比較精確，因此所選取的調節閥能更好的兼容不同運行工況。如圖1所示，為接收站中某調節閥的示意圖。潛液泵從儲罐A中送出液體經由調節閥后，送入儲罐B。由于存在各種運行工況，那么調節閥的選擇就必須能夠囊括各種工況的要求。調節閥是根據工藝要求計算出其Cv值，然后進行選型。那么Cv值就直接決定了調節閥的尺寸、性能。所以工藝條件中就要至少提到三種工況:最大、正常和最小。此處三種工況所比較的不是流量的大小，而是每種工況所對應Cv的大小比較。根據以上原則，結合調節閥Cv值的通用計算公式［3］，即可提出如圖1所示流程中調節閥的工藝條件。根據以上工藝條件計算選型后的調節閥，即可滿足最大流量工況，也可滿足最小流量工況。同時也可以在正常工況下良好運行。如果只是簡單規定一種工況，那么勢必影響調節閥的運行，無法滿足多變的各種工況。

1．2調節閥閥門類型在根據調節閥工藝條件計算Cv值完成后，即可對調節閥選型。此處涉及選型不僅是選擇尺寸，還包括選擇閥門類型。使用蝶閥、截止閥還是閘閥等，需要做更進一步的確定。在計算調節閥過程中需要涉及閥芯處的最低壓力，如果此壓力要低于介質的飽和蒸氣壓，則出現閃蒸空化現象。對調節閥閥芯損害較大。為了避免此類情況發生，可以選擇“壓力恢復系數”較大的閥門類型，比如:截止閥等。在LNG接收站中，也有涉及到一些特殊的調節閥。比如:LNG接收站中低壓LNG總管上的調節閥，由于其流量大(站內所有低壓LNG經由此閥)，所產生力矩也大，因此可采用雙膜頭調節器(doublediaphragmactuator)，增強對此閥的調控能力。同時，在LNG接收站中也由高壓差的調節閥，比如:對再冷凝器、LNG儲罐補氣(covergas)的壓力調節閥。由于閥前為外輸氣壓力，通常為7～9MPaG，而閥后壓力最高位0．8MPaG。巨大壓差可能會引起調節閥閥芯的巨大損耗。因此可以選擇特殊閥門結構，盡量降低對調節閥的損害，以延長其使用壽命。如圖2所示，此閥閥芯可制成多級套筒籠式結構，可以滿足高壓差的要求，同時也可降低對閥芯的損害，又能夠滿足高壓差所產生的噪音要求。

1．3調節閥最大關閉壓差調節閥的最大關閉壓差直接關系到其執行機構的選擇，如果壓差要求太大，則成本高、執行機構過大;如果壓差要求過小，一旦出現緊急情況則無法實現關閉要求。因此，最大關閉壓差(max．shut－offdifferentialpressure)直接關系到調節閥的安全運行與否。在正常運行情況下，調節閥的關閉壓差并不大。以LNG接收站為例:低壓系統正常運行壓力約為1．0MPaG，高壓系統正常運行壓力約為9．0MPaG。如果按此壓差選擇執行機構，在緊急情況下，可能就無法滿足閥門關閉的要求。在LNG接收站中，低壓系統與高壓系統調節閥的最大關閉壓差一般選擇對應系統的設計壓力。例如:低壓系統設計壓力1．89MPaG，高壓系統設計壓力15MPaG。而系統設計壓力是在考慮充分發揮材料潛力條件下，又經過水錘計算后，才最終確定。因此，選擇設計壓力作為閥門最大關閉壓差安全可靠而又經濟實用。同時，在水錘計算工況中，LNG接收站中閥門的壓差確實要高于其正常最大壓差。因此，進一步說明利用正常情況下閥門的最大關閉壓差選擇執行機構不盡合理。

1．4調節閥的關閉時間在某些情況下，調節閥可與關斷閥一同執行關斷。那么閥門的關斷時間就是其重要的特性參數。正常情況下，通常采用閥門關閉時間為1s/inch，例如:8inch調節閥，其關閉時間即為8s。傳統的化工項目，多數也是依此規則。但實際上每個閥門的關閉時間不盡相同，即便其口徑一樣。在LNG接收站中，要設置水錘計算工況，然后分別設置所有閥門的預定關斷時間。之后檢查計算結果，是否出現系統超壓。如不滿足要求，修改關斷時間，抑或修改系統設計壓力等。一切滿足要求后，也要與廠家交流，是否可制造關斷時間下相應的執行機構。

1．5調節閥的機械限位在選擇調節閥時，往往所選的調節閥流通能力Cv值要大于正常需求。因為調節閥尺寸與管道對應，除非嚴格按照計算Cv值生產非標閥門。這樣就會產生問題，如果調節閥操作失誤使其全開(failopen)，就出現無法控制的工況。調節閥的機械限位就應此而生。其主要作用就是利用機械部件，某種程度的限制調節閥的開度，實際上就是限制其Cv值。在LNG接收站中，也有此類閥門使用。比如:再冷凝器的補氣(covergas)閥門。根據項目經驗，此閥尺寸約為3inch左右。由于閥前后壓差較大(9．0/0．8MPaG)會產生臨界流量(criticalflow)，一旦閥門失誤全開，就會有大量氣體進入再冷凝器。如此一來，再冷凝器安全閥口徑需要增大、安全閥出口管道口徑需要增大，這樣投資就會增加。如果采用機械限位，即可限制調節閥失誤“全開”的開度。在計算滿足的條件下，可人為要求其“全開”工況下的流量。這樣就可以降低安全閥和管道尺寸，也減少了投資。以上主要是考慮節省投資。在LNG接收站中也有涉及安全操作的機械限位。比如:火炬管線的壓力控制閥。如果操作失誤導致全開，閥門的通過量會大于火炬正常排放量，如此就可能產生火炬燃燒不充分、BOG總管壓力迅速下降、導致BOG壓縮機入口壓力低低停車等等。如增設機械限位，則可很好的避免此類風險。

2LNG接收站中帶泄放孔球閥設計

LNG為低溫流體，接收站中LNG正常溫度一般為－150℃左右。對于普通球閥而言，如果有LNG被密封在其球體內很危險，隨著LNG不斷升溫膨脹會有爆破發生。因此在LNG接收站中，適用于低溫的球閥都帶有泄放孔。

2．1帶泄放功能球閥結構及原理如圖3所示，對于浮動球閥(通常1/2‘～8’，單面密封)，其泄放功能是在球體上開孔(約3mm)，當閥門關閉時被阻塞的低溫流體可與管道連通，不致超壓。大尺寸的球閥(通常1/2‘～36’)一般為固定球閥雙面密封，其泄放方式與浮動球閥不同。對于固定球閥，其泄放方式不是在閥體開孔，而是通過閥座泄放。當被封閉低溫流體不斷膨脹，足以推開彈簧時，即可泄放至管道內。如圖4所示。在LNG接收站中，基于經濟考慮，一般小口徑的低溫球閥均為浮動型式單面密封，而大口徑球閥均為固定型式雙面密封。

2．2泄放方向對于固定球閥，由于其雙面密封，泄放方向按照工藝考慮即可。主要泄放至安全、不阻塞的一方。而浮動球閥，其單面密封，泄放方向一般為高壓一側。如上圖3左圖所示，當球閥關斷，上游會對球體施加推力，使得球體與下游密封面緊密貼合。此時泄放孔只能設置在上游。如果泄放孔在下游，由于上游無密封，那么實際上球閥就無法實現關斷功能。

3LNG接收站中手閥組的機械聯鎖

在有些流程中，需要打開此閥后關閉另外一個閥。這種情況可在操作手冊中詳細說明，但人為操作畢竟存在失誤的風險。所以，手動閥門的互相機械聯鎖功能就可以極大降低這種風險。

3．1機械聯鎖原理如上圖5所示，在手閥閥桿上設置一個機械鎖定裝置，只有當2把鑰匙同時插入時方可操作閥門。如果幾個閥門作為一組設置機械聯鎖，就可以實現按照既定順序開關閥門的目的。

3．2LNG接收站中的使用為了增強安全性，減少人為失誤操作。LNG接收站中也設置了機械互鎖裝置。如圖6所示，當有2個安全閥互為備用時，如果一個安全閥需要校驗，另外一個需要開啟。那么，安全閥上/下游手閥就可以設置機械聯鎖，從而保證不可能出現2個安全閥同時被隔離的情況。如圖7所示，如果需要排凈TS－PV－0302內的液體，則需要嚴格按照程序對閥門V1～V4進行操作。上述即可對此四閥組進行機械聯鎖，按照操作程序設置邏輯關系，就可達到防止人為失誤的目的。此類機械聯鎖設置在傳統化工中可能使用較少，或許更多的是在操作手冊中予以規定說明。但總是存在人為失誤的可能，而設置機械聯鎖就可以極大降低人為失誤，提高運行的可靠性。

4結論

由于LNG接收站在國內尚屬新興產業，其工程技術均引自國外，設計理念思路與國內傳統項目有較大差異。本文主要分析了LNG接收站中閥門的工藝設計，目的是讓大家對LNG接收站中閥門使用有深入的理解。進而對新建LNG接收站項目提供參考借鑒意義。

作者：張華偉 單位：中海油山東化學工程有限責任公司