CN102537445B

CN102537445B - Lng低温过程控制安全阀

Info

Publication number: CN102537445B
Application number: CN 201110302781
Authority: CN
Inventors: 赵想平; 汪雅红; 张小卫; 张周卫; 任昱龙; 郭艳艳; 赵浩瑞; 韩帅; 张鹏; 罗崇来
Original assignee: 张周卫
Priority date: 2011-10-10
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2031-10-10
Also published as: CN102537445A

Abstract

本发明涉及一种液化天然气（LNG）低温过程控制安全阀，主要由LNG导阀与LNG主阀两部分组成，利用导阀将系统压力通过管路引入主阀背面，使主阀正面承受压力与背面承受压力达到平衡，降低主阀过程控制预紧力，从而使主阀体积缩小，结构精巧、控制灵敏度高、运行更加灵活，克服了传统安全阀体积庞大、控压点过高、反应迟钝等缺点。本发明应用导阀控制主阀进而控制LNG低温系统压力，适用于LNG低温系统安全生产及输运过程控制，确保-164℃、6.4MPa低温高压工况下LNG生产过程安全及稳定，也适用于LNG低温高压多相流流动控制过程，促进LNG生产储运过程的有效管理，提高LNG安全生产效率。

Description

LNG低温过程控制安全阀

技术领域

本发明涉及一种液化天然气（LNG）低温过程控制安全阀，主要由LNG导阀与LNG主阀两部分组成，利用导阀控制主阀从而控制LNG低温系统压力，进一步控制成套LNG液化系统压力，解决LNG生产过程中压力控制问题，确保液化过程安全运行。本发明适用于LNG低温系统安全生产及输运过程控制，实现低温高压工况（-164℃、6.4MPa）下LNG生产过程稳定。根据低温高压流体安全输运技术特点，LNG安全阀可用于解决LNG多相流流动过程控制技术难题，提高LNG安全输运效率，促进LNG生产输运过程的有效管理，克服普通安全阀体积庞大、控压点过高等缺点，提高LNG安全阀灵敏度及安全性能，使其结构更加精巧、运行更加灵活。

背景技术

LNG安全生产技术一直是制约LNG发展的一个主要瓶颈，直到本世纪60年代以后，LNG安全生产技术才得以解决，大规模工业化过程才得以实现，LNG工业开始迅猛发展，究其原因，LNG液化温度一般在-161℃以下，相对环境温度有很大差别，液化及储运系统具有复杂的传热工况，LNG一般处于激烈的相变及多相流动状态并伴随有压力及温度的剧烈变化，不断产生大量的饱和蒸汽、过热蒸汽、过热液体和汽液两相流，在变压变温过程中不段发生相变并伴随严重的安全问题，如果系统密闭，液化后的LNG很容易过临界并引起爆炸。LNG多相流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，过程控制装备须具备控制多相流的能力，提高减压与节流制冷过程效率及反应速度，所以与系统连接的过程控制安全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，严格控制饱和压力或过临界压力；阀门动密封尽可能少，能够承受剧烈的振动，连接件不脱落，不泄漏；安全阀须稳定控制过程压力，在压力突变的情况下可有效降低并维持系统压力；安装维护方便。传统的LNG安全阀没有导阀，采用独立主阀控制，由于承受系统压力大，安全阀体积庞大，维护操作困难，安装很不方便，存在反应迟钝，灵敏度差，控制范围太宽等缺点，已经不能满足日益发展的LNG工业生产过程控制需求。本发明针对LNG低温流体过程控制及输运过程中存在的减压节流效率及动密封泄漏问题，提出LNG低温过程控制安全阀技术，提高过程控制反应速度，满足LNG生产及输运压力控制要求，减少了由于变压、变温出口及流体多相不稳定造成的系统压力突变，最终实现LNG安全生产及输运过程控制目的。本发明主要针对LNG系统低温高压流体的安全问题，提出LNG低温过程控制安全阀技术，用以控制LNG压力，进而控制LNG饱和温度，减少由于系统变压、变温出口及表面热流密度不稳定所造成的内部压力突变问题，最终解决LNG安全生产及储运问题。

发明内容

本发明根据LNG低温高压系统安全减压技术特点，发明先导式LNG安全阀用于控制变压、变温、变流量的LNG生产过程，克服普通安全阀在低温高压下弹簧过粗、体积过大，反应迟钝等难题，提高过程控制灵敏度，使LNG安全装置结构精巧、安全性高、反应更加灵敏。

本发明的技术解决方案：

LNG低温过程控制安全阀主要由主阀压盖1、弹簧垫片2、主阀弹簧3、密封圈4、主阀阀杆5、弹簧垫片6、密封圈7、阀瓣8、密封圈9、高压管道10、法兰11、阀体12、低压管道13、法兰14、密封圈15、密封圈16、密封圈17、密封圈18、导阀阀芯19、密封圈20、密封圈21、导阀弹簧22、弹簧支座23、导阀压盖24组成。

LNG主阀与导阀并列安装于阀体12内，阀体12底部连接管道10及法兰11，右侧连接管道13及法兰14；主阀压盖1螺纹连接阀体12，连接处有端面密封圈4，主阀垫片2装于压盖1内，一端与压盖1接触，一端与弹簧2接触；主阀阀杆5螺纹连接阀瓣8，阀瓣8上部安装垫片6，下部与阀体12主阀进气通道形成锥形密封面，锥面密封槽内安装密封圈9，柱面密封槽内安装密封圈7；导阀压盖24螺纹连接阀体12，连接处有端面密封圈21；压盖24内安装“T”型弹簧支座23，支座23上安装弹簧22；弹簧22下部为导阀阀芯19，阀芯19安装于阀体12导阀气缸内。

阀体12内部自上而下有四条小直径水平气流控制通道，第一通道与导阀阀芯19上部气缸连接，为主阀高压泄气通道；第二通道位于导阀右侧，进口接通导阀阀芯19气缸泄气口，出口与低压管道13接通；第三通道与导阀阀芯19下部气缸连接，为主阀高压进气通道；第四通道为导阀高压进气通道，进气口与主阀底部高压管道10接通，出口与导阀气缸接通。

导阀阀芯19整体为圆柱形结构，柱面开有五道密封槽，分别安装密封圈15、密封圈16、密封圈17、密封圈18、密封圈20；导阀阀芯19沿轴向两端向内开两孔，沿径向开三孔，第一轴向孔与第一径向孔、第二径向孔连通，第二轴向孔与第三径向孔连通。

LNG安全阀正常工作时，导阀将系统压力通过管路引入主阀背面，使主阀承受正压力与承受背压力达到平衡，减轻弹簧3预紧力，使主阀弹簧3、阀杆5及阀瓣8等组件承受压力大大减小，整个主阀体积大大减小；系统压力增大时，气流沿阀体12第四水平通道进入导阀，推动阀芯19向上运动，使阀体12第一水平通道与导阀阀芯19第一径向孔连通，第二水平通道与第二径向孔连通，第三水平通道与第三径向孔脱离，主阀背部气流沿阀体12第一水平通道、阀芯19第一径向孔、阀芯19第一轴向孔、阀芯19第二径向孔、阀体12第二水平通道流至低压管道13，主阀背压降低，阀瓣8受向上正压力压缩弹簧3向上运动，系统气流沿高压管道10经阀体12主气流通道流向低压管道13，达到安全减压目的；系统压力降低后，弹簧22推动导阀阀芯19向下运动，使阀体12第一水平通道与阀芯19第一径向孔脱离，阀体12第二水平通道与第二径向孔脱离并与第一径向孔接通，第三水平通道与第三径向孔接通，气流沿阀体12第四通道向上进入导阀第二轴向孔，再经第三径向孔、阀体12第三水平通道进入主阀背部，主阀背压升高，阀瓣8在弹簧3作用下向下运动，安全阀关闭，系统压力达到稳定状态。

方案所涉及的原理问题：

LNG低温液化系统（-164℃、6.4MPa）表面接受太阳能辐射、空气对流换热、环境热辐射或管内摩擦热以后，系统内部流体尤其在接受瞬时高热流密度热量加热后会产生大量的过热蒸气，过热蒸气导致系统压力剧烈变化，如果不能有效排出过热蒸气可能会造成一定的安全问题。如果系统压力过低，低于三相点压力时，则会出现严重的阶段性液泛现象，导致系统压力剧增。本发明着重描述通过先导式LNG安全阀控制低温系统压力，实现LNG低温流体的有效管理。LNG低温过程控制安全阀的工作原理是：导阀将系统压力通过管路引入主阀背面，使主阀正面承受压力与背面承受压力达到平衡，从而大大降低主阀弹簧3的预应力，从理论上可使主阀弹簧3预应力为零，所以，只要主阀承受很小的正压力，即可实现控制系统压力要求，这样可使主阀弹簧3的体积大大减小，即使整个LNG安全阀体积大大减小；由于主阀承受压力很小，而导阀承受压力很大，通过减小导阀阀杆（阀芯19）直径可使导阀承受的正压力减小，因此，导阀只需很小的弹簧22预应力便可灵活控制主阀，导阀弹簧22直径很小，导阀体积也很小；为了解决动密封引起的密封问题，将导阀与主阀同时安装于同一阀体12内，连接导阀与主阀的管道全部设置于阀体12内，使导阀及主阀在运动过程中不存在动密封泄漏问题；由于整体结构紧凑，除了连接管路的法兰、导阀端盖、主阀端盖存在静密封以外，与外界再无密封，使整个阀门在工作过程的密封面大大减少，控制过程更加安全。

本发明的技术特点：

LNG安全阀由导阀与主阀两部分组成，利用导阀控制主阀从而控制LNG液化低温系统压力，可实现-164℃、6.4MPa低温高压工况下LNG安全生产及储运过程控制需求；主阀预紧力小，导阀控制压力点高；可用于控制LNG多相流，提高LNG生产及储运效率；能够承受剧烈的压力及温度瞬间变化过程，可严格控制饱和压力或过临界压力；主阀与导阀拥有同一阀体，所有连接管路内置于阀体内，静密封大大减少；动密封内置于阀体，能够承受剧烈的振动，连接件不脱落，不泄漏；在压力突变的情况下可有效降低并维持系统压力；LNG安全阀解决了普通安全阀在低温高压下弹簧过粗、体积过大、灵敏度低等难题，具备体积小、灵敏度高、结构精巧、运行灵活、安装维护方便等优点。

附图说明：

图1所示为LNG低温过程控制安全阀的主要部件及安装位置关系。

具体实施方式：

设置导阀弹簧预应力并使其与被控系统压力一致，主阀开启压力小于系统压力；将LNG安全阀安装于系统中，控制系统额定工作压力为6.4MPa；系统压力增大时，气流沿阀体12第四水平通道进入导阀，推动阀芯19向上运动，使阀体12第一水平通道与导阀阀芯19第一径向孔连通，第二水平通道与第二径向孔连通，第三水平通道与第三径向孔脱离，主阀背部气流沿阀体12第一水平通道、阀芯19第一径向孔、阀芯19第一轴向孔、阀芯19第二径向孔、阀体12第二水平通道流至低压管道13，主阀背压降低，阀瓣8受向上正压力压缩弹簧3向上运动，系统气流沿高压管道10经阀体12主气流通道流向低压管道13，达到安全减压目的；系统压力降低后，弹簧22推动导阀阀芯19向下运动，使阀体12第一水平通道与阀芯19第一径向孔脱离，阀体12第二水平通道与第二径向孔脱离并与第一径向孔接通，第三水平通道与第三径向孔接通，气流沿阀体12第四通道向上进入导阀第二轴向孔，再经第三径向孔、阀体12第三水平通道进入主阀背部，主阀背压升高，阀瓣8在弹簧3作用下向下运动，安全阀关闭，系统压力达到稳定状态。

Claims

1.LNG低温过程控制安全阀，包括主阀压盖（1）、弹簧垫片（2）、主阀弹簧（3）、密封圈（4）、主阀阀杆（5）、弹簧垫片（6）、密封圈（7）、阀瓣（8）、密封圈（9）、高压管道（10）、法兰（11）、阀体（12）、低压管道（13）、法兰（14）、密封圈（15）、密封圈（16）、密封圈（17）、密封圈（18）、导阀阀芯（19）、密封圈（20）、密封圈（21）、导阀弹簧（22）、弹簧支座（23）、导阀压盖（24），其特征在于：阀体（12）内部并行设置主阀及导阀，导阀与主阀之间通过气流通道连接，气流通过控制导阀阀芯（19）在导阀气缸内上下运行，控制主阀阀瓣（8）上下运动并实现安全控制；阀体（12）内部自上而下有四条小直径水平气流控制通道，第一通道与导阀阀芯（19）上部气缸连接，为主阀高压泄气通道；第二通道位于导阀右侧，进口接通导阀阀芯（19）气缸泄气口，出口与低压管道（13）接通；第三通道与导阀阀芯（19）下部气缸连接，为主阀高压进气通道；第四通道为导阀高压进气通道，进气口与主阀底部高压管道（10）接通，出口与导阀气缸接通；导阀阀芯（19）整体为圆柱形结构，柱面开有五道密封槽，分别安装密封圈（15）、密封圈（16）、密封圈（17）、密封圈（18）、密封圈（20）；导阀阀芯（19）沿轴向两端向内开两孔，沿径向开三孔，第一轴向孔与第一径向孔、第二径向孔连通，第二轴向孔与第三径向孔连通；阀体（12）底部连接管道（10）及法兰（11），右侧连接管道（13）及法兰（14）；主阀压盖（1）螺纹连接阀体（12），连接处有端面密封圈（4），主阀垫片（2）装于压盖（1）内，一端与压盖（1）接触，一端与弹簧（2）接触；主阀阀杆（5）螺纹连接阀瓣（8），阀瓣（8）上部安装垫片（6），下部与阀体（12）主阀进气通道形成锥形密封面，锥面密封槽内安装密封圈（9），柱面密封槽内安装密封圈（7）；导阀压盖（24）螺纹连接阀体（12），连接处有端面密封圈（21）；压盖（24）内安装“T”型弹簧支座（23），支座（23）上安装弹簧（22）；弹簧（22）下部为导阀阀芯（19），阀芯（19）安装于阀体（12）导阀气缸内。

2.根据权利要求1所述的LNG低温过程控制安全阀，其特征在于：LNG安全阀正常工作时，导阀将系统压力通过管路引入主阀背面，使主阀承受正压力与承受背压力达到平衡，减轻弹簧（3）预紧力，使主阀弹簧（3）、阀杆（5）及阀瓣（8）组件承受压力大大减小，整个主阀体积大大减小；系统压力增大时，气流沿阀体（12）第四水平通道进入导阀，推动阀芯（19）向上运动，使阀体（12）第一水平通道与导阀阀芯（19）第一径向孔连通，第二水平通道与第二径向孔连通，第三水平通道与第三径向孔脱离，主阀背部气流沿阀体（12）第一水平通道、阀芯（19）第一径向孔、阀芯（19）第一轴向孔、阀芯（19）第二径向孔、阀体（12）第二水平通道流至低压管道（13），主阀背压降低，阀瓣（8）受向上正压力压缩弹簧（3）向上运动，系统气流沿高压管道（10）经阀体（12）主气流通道流向低压管道（13），达到安全减压目的；系统压力降低后，弹簧（22）推动导阀阀芯（19）向下运动，使阀体（12）第一水平通道与阀芯（19）第一径向孔脱离，阀体（12）第二水平通道与第二径向孔脱离并与第一径向孔接通，第三水平通道与第三径向孔接通，气流沿阀体（12）第四通道向上进入导阀第二轴向孔，再经第三径向孔、阀体（12）第三水平通道进入主阀背部，主阀背压升高，阀瓣（8）在弹簧（3）作用下向下运动，安全阀关闭，系统压力达到稳定状态。