LNG低溫閥門使用中的常見故障及處理

陳清兵 溫慶城 汪金峰

（中海福建天然氣有限責(zé)任公司，福建 莆田 351100）

0 引言

福建LNG（液化天然氣）站線項(xiàng)目是福建液化天然氣總體項(xiàng)目的牽頭項(xiàng)目。項(xiàng)目一期工程包括港口、接收站和輸氣干線3 部分，規(guī)模為年處理LNG 260 ×104t（年供氣能力為37×108m3）。隨著福建LNG站線項(xiàng)目的逐漸完工，自2008 年5 月福建LNG 接收站即開始進(jìn)行試車調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn)。在調(diào)試和試運(yùn)行期間，LNG 管道閥門多次出現(xiàn)不同的故障，對生產(chǎn)和運(yùn)行都產(chǎn)生了一定影響。按工作溫度分類，福建LNG 接收站的閥門可分為超低溫閥門、低溫閥門、常溫閥門3類。部分超低溫閥門以及低溫閥門由于機(jī)械結(jié)構(gòu)或儀表方面的原因而不能動(dòng)作，對此工藝操作人員是無法進(jìn)行處理的，但是從工藝操作角度來說對閥門又會(huì)有很大的影響。本文擬從工藝操作的角度對故障閥門的故障及其處理辦法進(jìn)行探析，以便為其他LNG項(xiàng)目提供借鑒。

1 現(xiàn)狀及問題

福建LNG 接收站生產(chǎn)運(yùn)行用的閥門大多數(shù)是低溫閥門，在操作中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)閥門開關(guān)時(shí)間過長的現(xiàn)象，該類低溫閥門在運(yùn)行過程中故障率相對較高。常見故障表現(xiàn)為閥門回轉(zhuǎn)時(shí)爬行嚴(yán)重、球體卡死導(dǎo)致閥門無法動(dòng)作等。自接收站裝置投用以來至今，累計(jì)維修閥門數(shù)量達(dá)8個(gè)，其中5個(gè)已更換閥門內(nèi)件，故障率接近30%。有的閥門在常態(tài)和低溫下都不動(dòng)作，有的閥門在常態(tài)下正常工作而低溫下不能正常工作。在接收站運(yùn)行初期，有較多閥門低溫關(guān)斷球閥不能正常開關(guān)，多次出現(xiàn)閥芯不能旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)不到位的現(xiàn)象，而且在動(dòng)作過程中出現(xiàn)過閥門外漏，并且檢查出比較多的閥門有內(nèi)漏的情況。這些問題和故障都給生產(chǎn)帶來了一定的影響。

2 故障原因及解決方案

在操作中導(dǎo)致閥門出現(xiàn)故障的原因比較多，情況也比較復(fù)雜。出現(xiàn)故障的閥門主要集中在低溫氣動(dòng)閥門。在操作過程中減少和避免閥門發(fā)生故障，這是工藝操作的基本要求。

2.1 低溫閥門的機(jī)械故障

在操作過程中對氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力的閥門來說，執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜片的老化破損，氣缸活塞磨損漏氣，閥門推桿變形、脫落，彈簧斷裂和長時(shí)間在疲勞強(qiáng)度下使用，儀表空氣管路不潔凈，閥座松動(dòng)，閥芯、工藝操作中所要求閥門的正常差壓以及填料及墊片磨損等，都會(huì)導(dǎo)致閥門出現(xiàn)故障。因此應(yīng)在正常開關(guān)范圍內(nèi)進(jìn)行操作，避免因壓差大、操作頻繁、閥體振動(dòng)過大以及機(jī)械損傷而損壞閥門。對低溫氣動(dòng)閥門要定期進(jìn)行測試。

2.2 低溫閥門的卡殼

在試車階段對管道進(jìn)行處理時(shí)，管道內(nèi)存在未吹掃干凈的塵埃、沙粒、焊渣；在水壓試驗(yàn)過程中，水分殘留在管道或閥腔內(nèi)，造成結(jié)銹、結(jié)冰，這此都可能導(dǎo)致閥門卡死。在福建LNG 接收站就發(fā)生過很多次閥門卡澀、動(dòng)作緩慢、閥門卡死的情況，甚至有些閥門由于閥座結(jié)冰在低溫下就不能動(dòng)作。如該站的高壓返回2號儲(chǔ)罐管線上的閥門04-ESDV-0004就出現(xiàn)過這種情況，后經(jīng)廠商檢查后發(fā)現(xiàn)閥座和閥腔內(nèi)都有水，而且在閥腔里還有比較多的渣屑，閥門密封面有一定損傷，廠家將水分和雜質(zhì)清理后進(jìn)行測試，閥門在常溫和低溫情況下都能正常工作。分析認(rèn)為，這些水分是由于在調(diào)試階段沒有干燥好而留下的，所以在吹掃時(shí)一定要充分將管道內(nèi)的水分、雜質(zhì)吹掃干凈，干燥時(shí)一定要多開關(guān)幾次，將閥座與閥腔內(nèi)的水分都吹出，也可以將閥門堵頭拆下進(jìn)行吹掃、干燥，在做保溫工作前要對閥門進(jìn)行投產(chǎn)前的維護(hù)。另外，初次預(yù)冷也非常重要，預(yù)冷控制不均，會(huì)使閥體變形進(jìn)而損傷閥門，一旦損傷，嚴(yán)重的會(huì)使閥門卡澀，輕微的也會(huì)造成內(nèi)漏，對以后的操作都會(huì)有一定影響。

當(dāng)介質(zhì)溫度下降到使材料產(chǎn)生相變時(shí)會(huì)造成體積變化，會(huì)使原本研磨精度很高的密封面產(chǎn)生翹曲變形，致使閥門在低溫環(huán)境下密封不良。

閥座是一個(gè)斜圓錐橢圓密封面，與嵌裝在蝶板上的正圓形彈性密封環(huán)組成密封系統(tǒng)。密封環(huán)可在蝶板槽內(nèi)徑向浮動(dòng)。當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，彈性密封環(huán)首先和橢圓密封面的短軸接觸，隨著閥桿的轉(zhuǎn)動(dòng)逐漸將密封環(huán)向內(nèi)推，迫使彈性環(huán)再和斜圓錐面的長軸接觸，最終形成彈性密封環(huán)與橢圓密封面全部接觸。它的密封是依靠彈性環(huán)產(chǎn)生變形而達(dá)到的。因此當(dāng)閥體或蝶板在低溫下產(chǎn)生變形時(shí)，都會(huì)被彈性密封環(huán)吸收補(bǔ)償，不會(huì)產(chǎn)生泄漏和卡死現(xiàn)象。當(dāng)閥門打開時(shí)這一彈性變形立即消失，在啟閉過程中基本沒有相對磨擦，故使用壽命長。所以要檢查閥芯各部分是否被破壞是很重要的。閥座結(jié)合面是保證閥門關(guān)閉的關(guān)鍵,它受沖擊的情況也比較嚴(yán)重。而且介質(zhì)的沖擊常常會(huì)使固定閥座的螺紋連接受到振動(dòng)而松動(dòng)。要檢查閥桿與閥芯、推桿的連接有無松動(dòng),是否產(chǎn)生過大的變形、裂紋和腐蝕；要檢查聚四氟乙烯或其他填料是否老化、缺油、變質(zhì)，填料是否壓緊；要檢查墊片及O 形圈是否老化、裂痕、磨損、變形和斷裂。

2.3 低溫閥門的內(nèi)漏

閥門產(chǎn)生內(nèi)漏主要是由密封圈的磨損或變形造成的。在調(diào)試階段，由于管道內(nèi)存在塵埃、沙粒以及焊渣，從而造成對閥門密封面的磨損。閥體存在的少量水氣遇低溫介質(zhì)結(jié)冰后使閥門關(guān)閉不嚴(yán)，閥體在預(yù)冷過程中，由于預(yù)冷控制不均導(dǎo)致閥體變形損傷，以及長時(shí)間壓差大對密封面的磨損等都會(huì)造成閥門的內(nèi)漏。所以不管是蝶閥還是球閥，在安裝階段的吹掃和干燥都非常重要，這些都是在施工階段可以控制的因素。只要在施工期嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)，對以后閥門維護(hù)就十分有利。另外，在預(yù)冷時(shí)對速率的控制也非常關(guān)鍵，因?yàn)檫@些都會(huì)影響閥門的正常工作，是保證閥門長期穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。閥門打壓吹掃后，如果閥腔內(nèi)存有大量的污水及雜質(zhì)，閥門的密封面上就有可能嵌有雜質(zhì)，此時(shí)如果不對閥門進(jìn)行清洗以及注脂維護(hù)，就有可能造成閥門內(nèi)漏。

2.4 低溫閥門的外漏

低溫閥門的外漏，其原因一是閥門本身的質(zhì)量缺陷；二是閥門與管路采用法蘭連接時(shí)，由于連接墊片、連接螺栓以及連接件因材質(zhì)不同，在低溫環(huán)境下收縮不相同，從而產(chǎn)生松弛所導(dǎo)致；三是安裝方法錯(cuò)誤；四是閥桿與填料處的泄漏。對于工藝來講，控制閥門初次預(yù)冷的時(shí)間，使閥門整體能夠充分冷卻是很關(guān)鍵的。要經(jīng)常檢查閥體內(nèi)壁是否有裂紋、變形和外表面腐蝕等情況出現(xiàn)，特別是用于低溫介質(zhì)的閥門，更易產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象。對處于空化作用等惡劣條件下的閥門,必須保證其耐壓強(qiáng)度、低溫和耐磨性能。例如在初次卸料過程中，碼頭38 in 卸料總管上ESDV 閥門底座有少量甲烷氣體泄漏，卸料完畢后經(jīng)處理拆開閥門下端蓋，發(fā)現(xiàn)其墊片上有約5 mm寬的凹陷缺口，經(jīng)更換墊片復(fù)位后泄漏問題解決（如圖1）。在新建的LNG 項(xiàng)目初次卸料時(shí)，各種設(shè)備都是首次投用，由于熱脹冷縮或設(shè)備本身有一定的質(zhì)量缺陷，一般都會(huì)出現(xiàn)一些泄漏或其他事故。

另外，在高壓外輸中還會(huì)出現(xiàn)高壓泵出口止逆閥閥蓋泄漏的情況。分析認(rèn)為，高壓泵系間歇進(jìn)行高壓外輸，高壓泵出口止逆閥蓋是螺栓連接，由于出口閥要經(jīng)歷間歇低溫、常溫的過程，會(huì)產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象，而墊片、連接螺栓以及連接件在低溫下又因材料之間收縮不相同而產(chǎn)生松弛，從而導(dǎo)致泄漏，所以在操作中一定要注意預(yù)冷的同步性。

3 結(jié)語

在接收站調(diào)試階段，閥門出現(xiàn)的很多問題都是安裝期間由于管道內(nèi)存在的雜質(zhì)、閥體或閥腔內(nèi)存在的水分遇低溫介質(zhì)后使閥門不能正常動(dòng)作所致，因此采取以下措施是十分必要的。

1）在閥門安裝前一定要做好管道的清潔工作，確保閥門在安裝之前管道和閥體內(nèi)不存有塵埃、焊渣、沙粒和水氣，否則閥門會(huì)長時(shí)間不開關(guān)動(dòng)作，并導(dǎo)致閥門生銹影響其動(dòng)作。

2）由于在施工過程中或多或少地會(huì)有人為因素導(dǎo)致閥門損壞的情況出現(xiàn)，所以跟蹤安裝是十分必要的。

3）盡量不采用水壓測試，若采用水壓試驗(yàn)后一定要將閥體內(nèi)的污水及雜質(zhì)排除干凈，并對閥門進(jìn)行充分干燥與必要維護(hù)。

4）在調(diào)試時(shí)要保證預(yù)冷速率符合要求，不能進(jìn)行得太快，以免對閥門造成損壞。

5）工藝操作人員要定期對低溫氣動(dòng)閥門進(jìn)行測試。