LNG超低溫閥門(mén)的設(shè)計(jì)及材料低溫物性的研究

孫寧

江蘇誠(chéng)功閥門(mén)科技有限公司 江蘇常州 213002

因?yàn)橐簯B(tài)天然氣的沸點(diǎn)極低，所以，對(duì)保溫材料進(jìn)行選用十分重要。另外，對(duì)保存其使用的閥門(mén)也要認(rèn)真選擇，閥門(mén)自身絕對(duì)的可依賴(lài)性以及安全性，能夠預(yù)防其出現(xiàn)泄漏問(wèn)題，還有就是由于泄漏事件造成的爆炸現(xiàn)象。

1 概念介紹

LNG超低溫閥門(mén)是和進(jìn)行液化之后的天然氣存在關(guān)聯(lián)的一種有著特殊作用的閥門(mén)，其大面積地使用在對(duì)液態(tài)天然氣的運(yùn)輸設(shè)備、開(kāi)展加工制作的工廠(chǎng)、氣化站以及接收站等區(qū)域。因?yàn)檫@類(lèi)天然氣本身的分子量以及粘度相對(duì)偏小，具備很大的浸透性，另外，存在極易發(fā)生燃燒、爆炸以及汽化等特點(diǎn)，而本文所述的閥門(mén)包括滴水板、自動(dòng)泄壓、長(zhǎng)頸閥蓋、防靜電、使用多層密封方式確保密封具備的可信賴(lài)性以及防火這六種結(jié)構(gòu)。在對(duì)此類(lèi)閥門(mén)進(jìn)行設(shè)計(jì)期間，首先需要對(duì)其密封性進(jìn)行考慮，其實(shí)質(zhì)為怎樣開(kāi)展設(shè)計(jì)工作能夠高效地降低LNG出現(xiàn)的泄漏問(wèn)題。第一，要減少裝置之間出現(xiàn)的耦合性，第二，要高效地對(duì)閥門(mén)盒容器之間出現(xiàn)的斜街區(qū)域進(jìn)行處理。在設(shè)計(jì)方式方面，常規(guī)意義上涉及到對(duì)止回閥、蝶閥、閘閥、截止閥以及球閥等開(kāi)展設(shè)計(jì)工作。注意：閥門(mén)類(lèi)型不同，其具備的特點(diǎn)同樣會(huì)存在差異，運(yùn)輸、LNG工廠(chǎng)、氣化站以及接收站等設(shè)備當(dāng)中應(yīng)用的超低溫閥門(mén)屬于LNG工程當(dāng)中的重點(diǎn)裝置?，F(xiàn)在，其大部分是依靠進(jìn)口，實(shí)現(xiàn)其國(guó)產(chǎn)化目前在技術(shù)方面有一部分難關(guān)尚未攻克[1]。

2 低溫物性分析

經(jīng)過(guò)液化之后的天然氣，其沸點(diǎn)是-162℃，因此，LNG閥門(mén)本身的正常溫度同樣要在-162℃。在此環(huán)境中，大多數(shù)金屬材料會(huì)發(fā)生冷脆問(wèn)題，這一情況說(shuō)明若是對(duì)常規(guī)材料進(jìn)行使用，會(huì)對(duì)閥門(mén)自身的穩(wěn)定性、安全性以及密封性等性能產(chǎn)生巨大的影響。為預(yù)防冷脆問(wèn)題的出現(xiàn)，在對(duì)材料進(jìn)行選用方面，必須棄用常規(guī)意義上的金屬材料，對(duì)具備耐低溫性能的材料進(jìn)行選用。奧氏不銹鋼屬于一類(lèi)立方結(jié)構(gòu)材料，其擁有相對(duì)優(yōu)質(zhì)的焊接性能、韌性以及強(qiáng)度，另外，還擁有耐腐蝕的特點(diǎn)。這類(lèi)材料處于溫度出現(xiàn)浮動(dòng)的環(huán)境中，其膨脹系數(shù)相對(duì)偏小，若是在-200℃時(shí)，同樣不會(huì)出現(xiàn)冷脆問(wèn)題，其中大約三分之一的物質(zhì)是Cr以及Ni,普遍使用的奧氏不銹鋼材料包括AISI304、AISI304L、AISI316 L等，其中，AISI316 L本身具備的穩(wěn)定性最優(yōu)，故頻繁將其當(dāng)作低溫材料進(jìn)行使用[2]。還有，三氟氯乙烯形成的聚合物PCTFE同樣屬于一類(lèi)頻繁使用的超低溫材料，這是一類(lèi)熱塑性的樹(shù)脂材料，具備相對(duì)優(yōu)質(zhì)的硬度耐磨性，另外，在處于超低溫環(huán)境下時(shí)，不易出現(xiàn)冷脆問(wèn)題、具備的穩(wěn)定性能以及可信賴(lài)性能較為優(yōu)良。此外，膨脹石墨同樣屬于一類(lèi)能夠抵御腐蝕、具備耐低溫性能、擁有相對(duì)優(yōu)質(zhì)密封性能的材料，在其處于超低溫環(huán)境中時(shí)，擁有的滲漏率以及熱膨脹率相對(duì)偏小，彈性相對(duì)優(yōu)質(zhì)。所以，在對(duì)超低溫閥門(mén)具體開(kāi)展設(shè)計(jì)工作時(shí)，通常會(huì)將其當(dāng)作填充材料進(jìn)行應(yīng)用，這是由于此類(lèi)材料可以讓閥門(mén)自身具備的氣密性得到顯著的增大。

3 研究結(jié)論

（1）由于LNG具備極易發(fā)生燃燒、爆炸以及溫度低等這些特性，因此，在對(duì)其超低溫閥門(mén)開(kāi)展具體的設(shè)計(jì)工作時(shí)，必須對(duì)防靜電、長(zhǎng)頸閥蓋、三重密封、滴水板、防火以及泄壓等這類(lèi)特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。（2）開(kāi)展深冷處理能夠讓AISI304處于低溫環(huán)境下的穩(wěn)定性得到強(qiáng)化，在-196℃環(huán)境中，此材料在圓棒的長(zhǎng)度尺寸方向出現(xiàn)收縮現(xiàn)象的頻率是0.05%，其直徑法相出現(xiàn)收縮現(xiàn)象的頻率是0.79%。此材料處于低溫環(huán)境中，仍舊存在極大的塑韌性，其處于低溫以及常溫這兩種環(huán)境中，沖擊斷口全部屬于韌性斷口，溫度減小，材料斷口部位的韌窩會(huì)出現(xiàn)變淺及變小的情況；進(jìn)行深冷處理以后，其硬度會(huì)有一定的加大，微觀形態(tài)下的形貌并未發(fā)生顯著的變化[3]。（3）AISI304表面區(qū)域?qū)i40這一硬質(zhì)合金進(jìn)行堆焊操作，低溫環(huán)境中，木材和堆焊層之間的聯(lián)系完整，另外，熔合線(xiàn)的位置為出現(xiàn)裂縫等情況；Ni40的硬度由于深冷溫度的減小，會(huì)出現(xiàn)一定的加大趨勢(shì)；在母材以及堆焊層的各個(gè)區(qū)域的開(kāi)口位置上，開(kāi)展沖擊測(cè)試，測(cè)試樣品使用的沖擊功存在差異；低溫環(huán)境中，堆焊層和母材整體的沖擊韌性，和常溫狀態(tài)下的沖擊韌性出現(xiàn)的轉(zhuǎn)變??；處于常溫以及低溫環(huán)境中時(shí)，Ni40的斷口位置全部呈現(xiàn)出準(zhǔn)解理斷裂現(xiàn)象；進(jìn)行深冷處理以后，堆焊層部位晶間組織當(dāng)中存在少量的析出物，晶間部位的細(xì)碎顆粒含量降低。（4）AISI304表面區(qū)域?qū)i60這一硬質(zhì)合金進(jìn)行堆焊操作，處于低溫環(huán)境中，堆焊層和母材二者之間的結(jié)合完整。另外，熔合線(xiàn)的位置為出現(xiàn)裂縫等情況；Ni60自身的硬度由于深冷溫度的減小，先出現(xiàn)升高的情況，隨后減??；進(jìn)行堆焊測(cè)試的樣品，處于低溫以及常溫環(huán)境中，沖擊韌性出現(xiàn)的變化普遍不大；另外，在低溫以及常溫環(huán)境中，Ni60端口位置全部呈現(xiàn)出解理斷裂現(xiàn)象；進(jìn)行深冷處理以后，堆焊層組織當(dāng)中出現(xiàn)了極少數(shù)的析出物質(zhì)，晶間部位的細(xì)碎顆粒含量降低[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，民眾日常生活對(duì)天然氣的依賴(lài)性不斷提升，尤其是經(jīng)過(guò)液化處理之后的天然氣，因此，對(duì)LNG超低溫閥門(mén)的實(shí)際需求數(shù)量會(huì)不斷增加。所以，其在穩(wěn)定性、安全性和可信賴(lài)性等方面十分重要。針對(duì)這一情況，在對(duì)其開(kāi)展設(shè)計(jì)工作和對(duì)耐低溫材料進(jìn)行選用方面，必須要引起足夠的關(guān)注。