CN102454811B

CN102454811B - 低温系统管道内置减压节流阀

Info

Publication number: CN102454811B
Application number: CN 201110292879
Authority: CN
Inventors: 张周卫; 汪雅红; 张小卫; 吴金群; 庞凤皎; 李炎; 丁世文; 李建霞; 刘智勇; 杨惠君; 刘建林; 许凤
Original assignee: 张周卫
Priority date: 2011-10-06
Filing date: 2011-10-06
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2031-10-06
Also published as: CN102454811A

Abstract

本发明涉及一种-200℃低温系统管道内置减压节流阀技术，采用管道内置阀门即直接将阀门通过上下卡箍安装于管道内实现管道内低温流体的减压节流过程，无需法兰或螺纹连接，实现低温流体无密封无泄漏管道输运及过程控制目的。管道内置减压节流阀解决了管道内低温流体由于低温高压工况易突变引起密封面破坏从而造成管道泄漏的问题，适用于管道内低温流体的减压及节流制冷过程，有利于管道内低温流体压力及温度控制，使低温相变输运过程保持相对稳定。本发明也可用于解决变压、变温、变流量的管道内低温流体动态相变制冷带来的技术难题，提高管道内低温流体的相变制冷效率，实现管道内低温流体的有效管理。

Description

低温系统管道内置减压节流阀

技术领域

本发明涉及一种-200℃低温系统管道内置减压节流阀技术，采用管道内置阀门即直接将阀门通过上下卡箍安装于管道内实现管道内低温流体的减压节流过程，无需法兰或螺纹连接，实现低温流体无密封无泄漏管道输运及过程控制目的。管道内置减压节流阀解决了管道内低温流体由于低温高压工况易突变引起密封面破坏从而造成管道泄漏的问题，适用于管道内低温流体的减压及节流制冷过程，有利于管道内低温流体压力及温度控制，使低温相变输运过程保持相对稳定。本发明也可用于解决变压、变温、变流量的管道内低温流体动态相变制冷带来的技术难题，提高管道内低温流体的相变制冷效率，实现管道低温流体的有效管理。

背景技术

在液化天然气（LNG）、气体分离及液化等低温领域，成套工艺流程中常用的过程控制阀门数量众多，有压力控制阀、温度控制阀、制冷节流阀及大量的低温开关阀等，均为成套工艺设备中不可缺少的主要设备，且一般都采用法兰或螺纹连接，其中，传统的减压节流阀主要由垂直于管道的阀杆、阀座及阀体组成，由法兰连接于管道中，工作时高压低温流体压迫阀杆向下运动，流体经阀痤扩压腔节流膨胀后，温度降低，经阀体流向低温端。在低温工况下与管道连接的密封材料容易出现低温脆断，密封面经常出现泄漏，有很大的安全隐患，尤其对于易燃易爆气体，泄漏造成的危险性更大。过程控制装备在节流降压过程中会产生强烈的振动，极易造成连接件密封泄漏，如节流阀完全依靠振动才能产生制冷效应等。由于管道内输运的低温流体温度及压力极易引起过热沸腾并产生多相流，导致管道内温度及压力发生剧变，所以与管道连接的过程控制阀门须具备以下基本条件：能够承受剧烈的压力及温度瞬间变化过程；阀门连接件密封面尽可能少，流体泄漏尽可能少；管道能够承受剧烈的振动，连接件不脱落，不泄漏；用于节流制冷及低温液化的节流阀须产生节流制冷效应，可有效节流多相流；减压阀须稳定控制过程压力，在压力突变的情况下可起到安全阀的作用等。本发明针对管道内低温流体过程控制及输运过程中存在的密封泄漏问题，提出低温系统用管道内置减压节流阀，满足低温流体管道内输运时的压力控制及节流制冷问题，使低温流体在输运及制冷过程中无密封、无泄漏，减少了由于变压、变温出口及流体密度不稳定造成的系统压力突变问题，最终实现低温流体无泄漏输运及控制过程目的。管道内置减压节流阀在低温流体加注或系统起动过程中对过量制冷剂进一步气化膨胀制冷、进一步扩压并保持整体结构稳定、全局压力合理分布同样具有重要作用。

发明内容

本发明根据管道内低温流体多相流输运过程控制技术特点，发明了低温系统管道内置减压节流阀，用于解决变压、变温、变流量的管道制冷过程中的低温流体流动排放带来的技术难题，减少低温流体输运过程中的泄漏问题，提高管道内低温流体过程控制及相变制冷效率，实现低温流体管道内减压与节流制冷过程的相对稳定。

本发明的技术解决方案：

低温系统管道内置减压节流阀主要由销杆1、上卡箍2、弹簧3、阀座4、密封圈5、下卡箍6、管道7、阀杆8、阀体9、下垫片10、上垫片11、螺钉12、压盖13、销杆卡箍14组成。

阀杆8顶部螺纹连接压盖13；压盖13安装于阀座4内；阀座4通过螺钉12连接阀体9；阀体9通过上卡箍2和下卡箍6固定于管道7内；销杆1穿过压盖13及阀杆8预留孔；销杆卡箍14安装于压盖13顶部卡槽内；压盖13与阀座4中间安装弹簧3；弹簧3中心为阀杆8，顶部与上垫片11接触，底部与下垫片10接触；弹簧3预紧阀杆8底部阀芯锥面与阀体9底部扩压罩内表面形成密封面；密封圈5安装于阀杆8底部阀芯锥面密封槽内。

压盖13顶部为圆锥形，锥面有环形卡槽，卡槽内有水平预留孔，底部为圆柱形，中心开有螺孔，销杆1穿过压盖13及阀杆8预留孔后被环形销杆卡箍14固定在压盖13顶部卡槽内，使阀杆8与压盖13螺纹连接牢固。

阀座4为整体轴对称中空圆柱形结构，上边缘为法兰，法兰上平面与上卡箍2下平面接触，下平面与阀体9顶部水平圆环面接触；阀座4外圆柱面与阀体9上部内圆柱面形成中空的圆柱形空间；阀座4底平面开有圆孔，阀杆8可穿过圆孔并上下运动。

阀体9为整体轴对称中空圆柱形结构，外柱面与管道7内表面完全贴合，上水平圆环面开有螺孔，下水平面与下卡箍6上平面接触，中心留有进气通道，进气通道上部为圆柱形空间，圆柱形空间内安装阀座4，下部为渐扩形扩压腔，扩压腔中心为阀杆8阀芯。

管道7内壁开有环形上卡槽及下卡槽，卡槽之间安装阀体9，上卡槽及下卡槽内分别安装上卡箍2及下卡箍6，上卡箍2以上为流体高压区，下卡箍6以下为流体低温低压区。

当管道内高压流体压力大于弹簧3预紧力时，流体经阀座4进气孔进入阀座4与阀体9之间环形空间，并向下流动至阀座4底部，压迫阀杆8带动压盖13压缩弹簧3并向下运动，经阀杆8底部阀芯与阀体9扩压罩节流降压后离开阀门，实现低温流体管道7内节流制冷与降压功效。

方案所涉及的原理问题：

在-200℃低温工况下，由于大气环境不段提供热量，低温输运管道内低温流体处于饱和或过热状态，极易产生多相流，多相流极易引起过热沸腾或过冷沸腾，使低温流体处于激烈的相变过程并伴随有压力及温度突变，不断产生大量饱和蒸气、过热蒸气、饱和液体、过热液体等。低温流体在管道输运过程中，系统压力及温度难以控制，相变制冷过程复杂多变，管道内低温流体温度及压力剧烈变化，使管道与过程控制阀门的连接处法兰密封件或螺旋密封材料极易破坏，导致管道内低温流体泄漏，产生极大的安全隐患。本发明着重应用管道内置阀门原理、节流微分制冷效应、预应力平衡原理等实现低温流体的有效管理过程。首先，将阀门安装于管道内并实现低温过程控制阀门管道内置。由于低温阀门安装于管道内，外表无连接件、无密封、无泄漏，整体管道连续不中断，管道连接处无密封面，从而解决了低温流体管道连接件密封易破坏、系统易泄漏问题，同时，管道外为光滑管，无法看到管道内阀门的安装痕迹，使过程控制工艺流程更加简单，外部设备管理更加方便。其次，应用节流微分效应，通过管道内置节流阀控制管道低温系统温度，可产生节流制冷效应并输出冷量，使流体温度为所需控制温度。最后，应用预应力平衡原理，使弹簧在低温工况下的预应力与管道内工作压力达到平衡，当管道压力达到弹簧预应力时阀门打开并节流减压，管道压力降低后阀门自动关闭，以此实现低温流体在管道内无密封无泄漏节流制冷及降压目的。另外，可通过减压机构控制低温系统内低压压力为流体所需控制压力，当管道内压力达到系统许用压力时，减压阀可自动打开，小于许用压力时，阀门关闭，以此实现定压控制目的，此技术也可应用于常温下高压气体的减压过程以及低温液体的气化调峰增压过程。

本发明的技术特点：

针对管道内低温流体过程控制问题，管道内置减压节流阀能够满足管道低温流体压力及温度控制要求，实现低温流体管道内无密封、无泄漏输运过程，可充分利用管道内节流冷量，实现管道内低温流体高低压控制目的，以及减压与节流制冷双重效用；管道内置减压节流阀能够有效节流饱和蒸汽、饱和流体、过冷液体、过冷蒸汽及多相流，使系统能够安全减压并节流制冷，最终实现管道低温流体的有效管理；管道内置减压节流阀采用管道内置阀门设计方式，安装方便，克服了以往法兰式或螺纹连接式阀门的密封泄漏缺点，即节省材料又减少了繁琐的安装过程，有效节约了工艺流程空间，为现场工艺流程管理带来了方便。

附图说明

图1所示为低温系统管道内置减压节流阀的主要部件及安装位置关系。

具体实施方式

在低温工况下校正弹簧3预应力，使弹道3预应力与管道工作压力一致；截取部分安装管道7并在管道7内加工上下两道卡槽，将加工制造好的阀门安装于管道7中，再安装上卡箍2及下卡箍6；将已经安装好的管道7焊接到工艺管道中；调整管道低压控制压力为对应流体工作压力，如果内部压力超过工作压力，则减压节流阀低压端自动打开以节流方式泄压并产生节流制冷效应，当系统压力低于工作压力时，减压节流阀自动关闭。

具体过程如下所述：

缓慢打开低温管道7主开关阀门，应用少量低温流体预冷减压节流阀主要部件，预冷完成后，系统压力增大，低温流体进入减压节流阀阀座4与阀体12的腔室内，压力达到并大于弹簧3预紧力时，压迫阀杆8带动压盖13压缩弹簧3并向下运动，经阀杆8底部阀芯与阀体9扩压罩节流降压后离开阀门，实现低温流体管道7内无密封无泄漏降压及节流制冷功效。

Claims

1.一种低温系统管道内置减压节流阀，包括销杆（1）、上卡箍（2）、弹簧（3）、阀座（4）、密封圈（5）、下卡箍（6）、管道（7）、阀杆（8）、阀体（9）、下垫片（10）、上垫片（11）、螺钉（12）、压盖（13）、销杆卡箍（14），其特征在于：阀杆（8）顶部螺纹连接压盖（13）；压盖（13）安装于阀座（4）内；阀座（4）通过螺钉（12）连接阀体（9）；阀体（9）通过上卡箍（2）和下卡箍（6）固定于管道（7）内；销杆（1）穿过压盖（13）及阀杆（8）预留孔；销杆卡箍（14）安装于压盖（13）顶部卡槽内；压盖（13）与阀座（4）中间安装弹簧（3）；弹簧（3）中心为阀杆（8），顶部与上垫片（11）接触，底部与下垫片（10）接触；弹簧（3）预紧阀杆（8）底部阀芯锥面与阀体（9）底部扩压罩内表面形成密封面；密封圈（5）安装于阀杆（8）底部阀芯锥面密封槽内；压盖（13）顶部为圆锥形，锥面有环形卡槽，卡槽内有水平预留孔，底部为圆柱形，中心开有螺孔，销杆（1）穿过压盖（13）及阀杆（8）预留孔后被环形销杆卡箍（14）固定在压盖（13）顶部卡槽内，使阀杆（8）与压盖（13）螺纹连接牢固；阀座（4）为整体轴对称中空圆柱形结构，上边缘为法兰，法兰上平面与上卡箍（2）下平面接触，下平面与阀体（9）顶部水平圆环面接触；阀座（4）外圆柱面与阀体（9）上部内圆柱面形成中空的圆柱形空间；阀座（4）底平面开有圆孔，阀杆（8）可穿过圆孔并上下运动；阀体（9）为整体轴对称中空圆柱形结构，外柱面与管道（7）内表面完全贴合，上水平圆环面开有螺孔，下水平面与下卡箍（6）上平面接触，中心留有进气通道，进气通道上部为圆柱形空间，圆柱形空间内安装阀座（4），下部为渐扩形扩压腔，扩压腔中心为阀杆（8）阀芯。

2.根据权利要求1所述的低温系统管道内置减压节流阀，其特征在于：管道（7）内壁开有环形上卡槽及下卡槽，卡槽之间安装阀体（9），上卡槽及下卡槽内分别安装上卡箍（2）及下卡箍（6），上卡箍（2）以上为流体高压区，下卡箍（6）以下为流体低温低压区。

3.根据权利要求1所述的低温系统管道内置减压节流阀，其特征在于：当管道内高压流体压力大于弹簧（3）预紧力时，流体经阀座（4）进气孔进入阀座（4）与阀体（9）之间环形空间，并向下流动至阀座（4）底部，压迫阀杆（8）带动压盖（13）压缩弹簧（3）并向下运动，经阀杆（8）底部阀芯与阀体（9）扩压罩节流降压后离开阀门，实现低温流体管道（7）内节流制冷与降压功效。