CN103791116A

CN103791116A - Lng球阀

Info

Publication number: CN103791116A
Application number: CN201410060746.1A
Authority: CN
Inventors: 张周卫; 汪雅红; 张小卫; 薛佳幸; 李跃
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2014-05-14

Abstract

本发明涉及一种-162℃LNG球阀，根据LNG球阀需要双向密封、双向导通、开关均存在LNG盲区的特点，在球体处沿轴设置四个单向导通的压力调节阀门，可根据LNG管道流程的具体要求，进行设置并调节各自控制压力，能够自动双向导出盲区内的LNG，并有效控制阀门两侧的压力平衡，易于反流控制，起到即可双向开关，又可双向密封LNG的安全效用。同时，采用设置预应力弹簧的可收缩弹性阀杆技术、迷宫密封技术、多重泛塞密封技术的全焊接球阀技术等，可有效降低阀门设计压力及LNG输送系统的设计压力，阀门体积更小，安全性更高，加工制造成本更低。

Description

LNG球阀

技术领域

本发明涉及一种-162℃ LNG球阀，根据LNG球阀需要双向密封、双向开关、开关均存在盲区的特点，在球体处沿径向设置四个单向导通的压力调节阀门，可根据LNG管道流程的具体要求，进行设置并调节各自控制压力，能够自动双向导出盲区内的LNG，并有效控制阀门两侧的压力平衡，易于反流控制，起到即可双向截止，又可双向密封、双向导通LNG的安全效用。同时，采用设置预应力弹簧的可收缩弹性阀杆技术、迷宫密封技术及多重密封的全焊接阀门技术等，根据低温阀体的温差应力自由收缩以适应阀体的温度变化，维持阀门密封面所需预应力，防止温差应变引起的泄漏。可有效降低整体阀杆的高度，缩小LNG球阀的整体尺寸，具备LNG双向截止与双向安全双重功效；可有效降低阀门设计压力及LNG输送系统的设计压力，阀门体积更小，安全性更高，加工制造成本更低。

背景技术

在传统的流体控制领域，成套工艺流程中常用的过程控制阀门数量众多，球阀为主要通断阀门之一，具有流动阻力小，可输送气液固三相流，阀门不易堵塞，控制大流量，可双向密封，双向通断，控制方便等特点，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于管道中。由于传统的球阀存在控制密封面大，密封面多，存在盲区，易于泄漏等特点，不能应用于低温易燃流体等领域，尤其-162℃ LNG领域。首先，传统的球阀打开或关闭时都会形成双向密封，阀腔内都存在盲区。LNG为低温流体过热流体，盲区内的LNG在阀门打开或关闭后，由于存在环境热源，盲区内LNG逐渐汽化，温度逐渐上升，压力逐渐增大，上部多层密封及下部主密封面易于破坏，阀门存在爆破等更严重的隐患。为解决这一问题，传统的低温球阀用于低温领域时，通过在阀体外增加管道，连接盲区至球阀出口段，导出低温流体，但这种方法导致盲区与阀门一端连通，损坏了球阀主密封面双向密封、双向截止，双向控制的优势，球阀只能使用一个主密封面，不能起到双向密封的作用。另外，由于管道两端的LNG均极易汽化，两端压力往往与两相流控制有关，LNG流体易于反向流动等原因，要求LNG球阀起到双向截止，双向密封的作用，故外加导管连通一侧不能有效解决双向截止的问题。同时，外加导管由于强度等原因易于损坏泄漏，且存在阀体外侧不易于加装保温层，阀体外观不对称等缺点。本发明根据LNG球阀需要双向密封、双向截止的特点，在球体处沿径向设置四个单向导通的压力控制阀门，可根据LNG管道流程的具体要求，进行设置并调节各自控制压力，能够自动双向导出盲区内的LNG，并有效控制阀门两侧的压力平衡，易于反流控制，起到即可双向截止，又可双向密封、双向导通LNG的安全效用。其次，由于LNG汽化后为易燃易爆气体，主要成份为CH₄，传统的低温球阀由于存在大量的密封面，容易引起LNG泄漏，如双向主密封面、阀体与阀盖之间，管道连接处法兰及其它螺纹连接处等，尤其在-162℃低温工况下，密封垫片及密封面往往直接与LNG接触，密封材料容易出现低温脆断，密封面经常出现泄漏，存在很大安全隐患，尤其对于易燃易爆的天然气，泄漏造成的危险性更大。本发明根据LNG低温渗漏特点，按照迷宫密封的原理，在低温阀杆上部开有多个节流降压的环形齿槽，当阀门打开时，压力较高的LNG经多个环形齿槽连续节流降压后，迅速汽化形成高压气体，并密封于阀门上部，与底部的LNG压力达到平衡，以此抵制LNG直接向上渗透并接触上部密封面，以免冻坏密封面，延长了密封面的使用寿命。节流汽化后的气体，温度升高后，密封于阀门上部，可降低LNG与阀门内表面的传热速度，延缓冷量向上传递，以此降低阀杆及整个阀门的高度，缩小阀门体积。考虑到LNG低温属性，阀门顶部设置多重低温密封，并填充多重密封函，主密封面采用具有内置弹性弹簧的多重泛塞密封，延长密封面长度，增加密封强度，以满足低温密封面对NG及LNG的密封要求。同时，设置全焊型阀门，不再设置传统的阀盖，以下阀体对焊、上下阀体对焊的形式减少密封面，以最大限度的降低LNG泄漏。然后，由于LNG球阀上下温差较大，阀体与LNG接触，阀杆旋转执行器、上阀体及上部阀杆部件与外部大气环境接触，阀门两端存在200℃左右的温差，部件内部存在很大温差应力，尤其阀杆与上阀体之间。LNG阀体一般采用铸钢制造，传热速度较快，需要很长的上阀体及阀杆延迟传热，以防止阀杆旋转执行器等部件温度太低，以免造成低温冻伤。一般要求阀杆延长到不结霜为至。此外，由于阀体一般采用铸钢件，阀杆采用钢性锻件，两者热膨胀系数相差较大，低温工况下存在较大温差应力，相互接触后，低温应变容易导致阀体开裂，阀杆变形，主密封面破坏，LNG无法截止等问题。所以，传统的低温阀门用于LNG领域时，要求阀杆较长以减少局部温差应变，使整个阀门体积较大，以适应于冷收缩及解决较大温差应力等问题。本发明根据LNG低温阀门冷量由阀体向上传递的特点，可根据实际阀门的大小，在上阀体外设置传热系数较大的多重圆形散冷翅片，以阻止冷量向上传递，达到降低阀杆高度的要求。同时，由于采用了迷宫密封的多重节流降压及气化效应，阻止LNG向上渗漏，也可降低阀杆的高度。此外，采用设置预应力的可收缩的弹性阀杆技术，根据低温工况下阀体的温差应力，自由收缩以适应阀体的温度变化，保证密封面的所需的预应力，确保密封面不会因大温差变化而导致泄漏，还可有效降低整体阀杆的高度，缩小球阀的整体尺寸。最后，LNG为低温流体，管道输送压力一般低于0.2MPa，处于饱和状态或过热状态，输送时外界会源源不断通过阀门及管道给LNG提供热量，导致LNG持续汽化，出现两相流。两相流遇到球阀突然截止时，容易导致管道内剩余LNG压力聚增并过临界。当压力迅速超过临界压力4.6MPa后，温度超过临界温度-82.59℃后，会给整个输送系统完全造成极大隐患，所以，一般的LNG球阀或LNG系统的设计压力大于6 MPa，使整个LNG系统设计难度增大，设备笨重，体积庞大。本发明根据LNG易过临界的特性，在球阀设计过程中，采用采用盲区LNG导出技术、自增压安全平衡技术及弹性阀杆技术，设置控制LNG截止的预压力，当预压力超过LNG截止设定压力时可通过设置于球体上的压力调节阀导通LNG，起到球阀及安全阀的双重功效，可有效降低LNG球阀的设计压力及LNG输送系统的设计压力，使LNG球阀体积更小，安全性更高，加工制造成本更低。

发明内容

本发明根据-162℃ LNG低温输运的特点，发明了LNG球阀，用于解决传统的在输送LNG时存在的不能双向密封、不能双向导通、密封泄漏、不易安全控制、体积较大、设计笨重、阀杆太长等问题，可提高管道内LNG过程控制效率，降低系统设计压力，缩小阀门体积，提高LNG系统的安全性等。

本发明的技术解决方案：

LNG球阀，由阀杆旋转执行器（1）、压紧螺母（2）、压紧螺杆（3）、第一密封圈（4）、压紧销（5）、第二密封圈（6）、第三密封圈（7）、第四密封圈（8）、弹性密封圈（9）、左散冷翅片（10）、上阀体（11）、第六密封挡圈（12）、下阀杆（13）、阀杆螺栓（14）、左下阀体（15）、球体（16）、第一压力调节阀（17）、第二压力调节阀（18）、左泛塞密封圈（19）、定位阀杆（20）、定位阀杆螺钉（21）、右泛塞密封圈（22）、第三压力调节阀（23）、第四压力调节阀（24）、右下阀体（25）、第七密封圈（26）、阀杆螺栓螺母（27）、阀杆弹簧（28）、第六密封圈（29）、上阀杆（30）、右散冷翅片（31）、弹性密封支撑圈（32）、第五密封圈（33）、第三填料函（34）、第二填料函（35）、第一填料函（36）、填料函压套（37）、填料函压盖（38）、压紧螺母弹簧垫（39）、执行器连接螺栓（40）组成，其中，压力调节阀由锥面第一密封圈（41）、锥面第二密封圈（42）、调节阀阀座（43）、调节阀弹簧（44）、卡箍（45）、销杆（46）、调节阀阀盖（47）、压紧螺钉（48）、弹簧第一垫圈（49）、弹簧第二垫圈（50）、调节阀阀杆（51）、调节阀阀体（52）组成，所述上阀杆（30）底部通过阀杆螺栓（14）连接下阀杆（13），下阀杆（13）与上阀杆（30）之间安装阀杆弹簧（28）；下阀杆（13）底部安装于球体（16）上部槽内；球体（16）左侧接触左泛塞密封圈（19），左泛塞密封圈（19）安装于左下阀体（15）内，形成左侧主密封面；球体（16）右侧接触右泛塞密封圈（22），右泛塞密封圈（22）安装于右下阀体（25）内，形成右侧主密封面；球体（16）下部接触定位阀杆（20），定位阀杆（20）通过定位阀杆螺钉（21）固定安装于左下阀体（15）底部；左下阀体（15）与右下阀体（25）焊接并形成整个下阀体；球体（16）左侧上面安装第一压力调节阀（17），下面安装第二压力调节阀（18）；球体（16）右侧上面安装第四压力调节阀（24），下面安装第三压力调节阀（23）；上阀杆（30）外部安装上阀体（11），上阀体（11）中部外表面安装圆形左散冷翅片（10）及右散冷翅片（31），左散冷翅片（10）与右散冷翅片（31）对接形成整体多层圆环形外置散冷翅片；上阀体（11）底部与左下阀体（15）顶部对焊，下部内表面安装第六密封挡圈（12），第六密封挡圈（12）上部安装第六密封圈（29）；上阀体（11）中部内表面安装弹性密封圈（9），弹性密封圈（9）底部安装弹性密封支撑圈（32）；弹性密封圈（9）上部向上依次安装第五密封圈（33）、第四密封圈（8）、第三填料函（34）、第三密封圈（7）、第二填料函（35）、第二密封圈（6）、第一填料函（36）、第一密封圈（4）；第一密封圈（4）上部安装填料函压套（37），填料函压套（37）顶部安装填料函压盖（38），填料函压盖（38）上安装压紧螺母弹簧垫（39）及压紧螺母（2）；上阀体（11）上部通过执行器连接螺栓（40）连接阀杆旋转执行器（1）；调节阀阀杆（51）右侧螺纹连接调节阀阀盖（47）；调节阀阀盖（47）安装于调节阀阀座（43）内；调节阀阀座（43）通过压紧螺钉（48）连接调节阀阀体（52）；销杆（46）穿过调节阀阀盖（47）及调节阀阀杆（51）；卡箍（45）安装于调节阀阀盖（47）卡槽内；调节阀弹簧（44）安装于调节阀阀盖（47）与调节阀阀座（43）内，中心为调节阀阀杆（51），右侧与弹簧第一垫圈（49）接触，左侧与弹簧第二垫圈（50）接触；调节阀弹簧（44）预紧调节阀阀杆（51）左侧阀芯锥面与调节阀阀体（52）左侧扩压罩内表面形成密封面；锥面第一密封圈（41）、锥面第二密封圈（42）从左至右依次安装于调节阀阀杆（51）左侧阀芯锥面密封槽内。

第一压力调节阀（17）与第四压力调节阀（24）沿球体（16）径向安装于球体（16）上半球。球阀关闭时，第一压力调节阀（17）出口向左且进口与球阀盲区内LNG接通，第四压力调节阀（24）出口向右且进口与球阀盲区内LNG接通，用于导出盲区内LNG；球阀打开时，第一压力调节阀（17）与第四压力调节阀（24）出口均与盲区接通；LNG自球阀左侧向右侧流动时，第一压力调节阀（17）开启压力可根据阀腔盲区内LNG汽化压力设定，高于球阀输送压力，低于第四压力调节阀（24）设定调节压力。

第二压力调节阀（18）与第三压力调节阀（23）沿球体（16）径向安装于球体（16）下半球。球阀关闭时，第二压力调节阀（18）进口向左且出口与球阀盲区内LNG接通，第三压力调节阀（23）进口向右且出口与球阀盲区内LNG接通，第二压力调节阀（18）用于球阀左侧管道安全控制，第三压力调节阀（23）用于球阀右侧管道安全控制；球阀打开时，第二压力调节阀（18）与第三压力调节阀（23）进口均与盲区LNG接通，当盲区LNG压力大于第二压力调节阀（18）与第三压力调节阀（23）控制压力时，盲区LNG通过第二压力调节阀（18）与第三压力调节阀（23）导入LNG主流；第二压力调节阀（18）开启压力根据左侧管道安全压力设定，第三压力调节阀（23）开启压力根据右侧管道安全压力设定，第二压力调节阀（18）与第三压力调节阀（23）开启压力均小于球阀设计压力，大于第一压力调节阀（17）与第四压力调节阀（24）开启压力。

压力调节阀工作时，LNG自右侧调节阀阀座（43）顶部通孔进入调节阀阀座（43）与调节阀阀体（52）之间环形通道，并作用于调节阀阀杆（51）锥形密封面，当压力大于调节阀弹簧（44）设定预紧压力时，推动调节阀阀杆（51），带动调节阀阀盖（47）向左运动，调节阀打开并泄放LNG，以此调节压力。四个调节阀设定压力可根据系统设计压力设定，通过调节阀阀盖（47）与调节阀阀杆（51）之间的调节阀弹簧（44）预紧力调节，预紧力通过旋转调节阀阀盖（47）并改变调节阀弹簧（44）预紧高度的方法实现。

球体（16）沿径向开有可连接第一压力调节阀（17）、第二压力调节阀（18）、第三压力调节阀（23）、第四压力调节阀（24）的通孔，第一压力调节阀（17）、第二压力调节阀（18）、第三压力调节阀（23）、第四压力调节阀（24）通过调节阀阀体（52）焊接于球体（16）对应通孔内。

上阀杆（30）中部外表面连续开有多个环形齿槽，齿槽可根据实际节流需要工况，设计成矩形齿或螺纹形齿，起到迷宫密封作用。

上阀杆（30）底部沿径向开有通孔，通孔沿上阀杆（30）轴向向上扩展，并有两条直边；阀杆螺栓（14）中部穿过上阀杆（30）底部长通孔，两端穿透下阀杆（13）外壁并固定；阀杆螺栓（14）可沿上阀杆（30）底部通孔沿上阀杆（30）轴向上下运动。

上阀杆（30）底部设有圆形凸台，凸台以下上阀杆（30）直径缩小后深入至下阀杆（13）中部，下阀杆（13）为圆形中空结构，中部设置圆形凸台。

阀杆弹簧（28）预紧后安装于下阀杆（13）外表面，顶部与上阀杆（30）底部凸台下表面接触，底部与下阀杆（13）中部凸台上表面接触。

左泛塞密封圈（19）与右泛塞密封圈（22）内并列设置多个不锈钢弹簧，延长密封面长度，增加密封强度。

方案所涉及的原理问题：

首先，应用LNG自增压原理，导出球阀盲区内LNG。球阀无论打开或关闭，都存在盲区，当LNG自球阀左侧向右侧流动时，球阀关闭后，双向密封导致阀腔内形成LNG盲区，LNG无法排出，此时，外界环境提供热源加热盲区内的LNG，LNG受热后，饱和温度升高，对应饱和压力升高，自增压开始并很快超过管道内部压力，然后，盲区内的LNG自增压后打开安装于球体（16）上的第一压力调节阀（17）并反流LNG。当盲区LNG自增压压力低于左侧LNG设定主流压力时，第一压力调节阀（17）关闭，盲区LNG继续自增压，压力达到第四压力调节阀（24）开启压力时，第四压力调节阀（24）打开，盲区内LNG通过球阀右侧排出，可保证球阀安全，不至于主密封面破坏，阀门爆炸。反之，当LNG自球阀右侧向左侧流动时，可调换第一压力调节阀（17）与第四压力调节阀（24）的安装位置，原理与上相同。第一压力调节阀（17）与第四压力调节阀（24）沿球体（16）径向安装于球体（16）上半球。球阀关闭时，第一压力调节阀（17）出口向左且进口与球阀盲区内LNG接通，第四压力调节阀（24）出口向右且进口与球阀盲区内LNG接通，用于导出盲区内LNG；球阀打开时，第一压力调节阀（17）与第四压力调节阀（24）出口均与盲区接通；LNG自球阀左侧向右侧流动时，第一压力调节阀（17）开启压力可根据阀腔盲区内LNG汽化压力设定，高于球阀输送压力，低于第四压力调节阀（24）设定调节压力。第二压力调节阀（18）与第三压力调节阀（23）沿球体（16）径向安装于球体（16）下半球，球阀关闭时，第二压力调节阀（18）进口向左且出口与球阀盲区内LNG接通，第三压力调节阀（23）进口向右且出口与球阀盲区内LNG接通，第二压力调节阀（18）用于球阀左侧管道安全控制，第三压力调节阀（23）用于球阀右侧管道安全控制；当管道左侧压力由于左侧LNG自增压增高，并达到第二压力调节阀（18）控制压力时，第二压力调节阀（18）打开，LNG进入盲区，再打开第四压力调节阀（24），LNG排入球阀右侧，管道两侧压力迅速达到平衡。当管道右侧压力由于右侧LNG自增压增高，并达到第三压力调节阀（23）控制压力时，第三压力调节阀（23）打开，LNG进入盲区，再打开第一压力调节阀（17），LNG排入球阀左侧，两侧压力迅速达到平衡。两侧压力平衡并导通后，可有效解决LNG由于非正常操作等原因引起的LNG管道内自增压造成的危害。球阀打开时，第二压力调节阀（18）与第三压力调节阀（23）进口均与盲区LNG接通，当盲区LNG压力大于第二压力调节阀（18）与第三压力调节阀（23）控制压力时，盲区LNG通过第二压力调节阀（18）与第三压力调节阀（23）导入LNG主流；第二压力调节阀（18）开启压力根据左侧管道安全压力设定，第三压力调节阀（23）开启压力根据右侧管道安全压力设定，第二压力调节阀（18）与第三压力调节阀（23）开启压力均小于球阀设计压力，大于第一压力调节阀（17）与第四压力调节阀（24）开启压力。然后，应用迷宫密封节流降压的原理，将阀门上部设置为NG段，下部为LNG段，以此保护阀门上部密封。在-162℃低温工况下，由于大气环境不段提供热量，管道内LNG处于饱和或过热状态，采用球阀后，极易产生多相流，多相流极易引起过热沸腾，使LNG处于激烈的相变过程并伴随有压力及温度突变，不断产生大量过热蒸气及过热液体等。LNG在管道输运过程中，系统压力及温度难以控制，相变过程复杂多变，管道内LNG温度及压力剧烈变化，使管道与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LNG泄漏，产生极大的安全隐患。本发明根据LNG低温渗漏特点，按照迷宫密封的原理，在低温阀杆上部开有多个节流降压的环形齿槽，当阀门打开时，压力较高的LNG经多个环形齿槽节流降压后，迅速汽化形成高压气体，并密封于阀门上部，与底部的LNG压力达到平衡，以此抵制LNG直接向上渗透并接触上部密封面，以免冻坏密封面。节流汽化后的气体，温度升高后，密封于阀门上部，可延缓冷量向上传递，即可降低阀杆及整个阀门的高度。考虑到LNG低温属性，阀门顶部设置多重低温密封，并填充多重密封函，主密封面采用具有内置弹性弹簧的多重泛塞密封，延长密封面长度，增加密封强度，以满足低温密封NG及LNG的要求，同时，设置全焊型阀门，不再设置阀盖，以上阀体与下阀体对焊的形式减少密封面数量。其次，应用可变长度的弹性阀杆，解决不同材料低温应变的问题。由于LNG球阀上下温差较大，阀体与LNG接触，阀杆旋转执行器等部件与外部大气环境接触，阀门两端存在200℃左右的温差，部件内部存在很大温差应力，尤其阀杆与上阀体之间，而LNG阀体一般采用铸钢制造，传热速度较快，所以要求较长的阀杆，保证阀杆旋转执行器等部件温度不能太低，以免造成低温冻伤，一般要求阀杆长到不结霜为至。此外，由于阀体一般采用铸钢件，阀杆采用钢性锻件，两者热膨胀系数相差较大，低温工况下存在较大温差应力，相互接触后容易导致阀体开裂，阀杆变形，主密封面破坏，LNG无法截止等问题。所以，传统的低温阀门用于LNG领域时，要求阀杆较长，整个阀门体积较大，以适应于冷收缩及解决较大温差应变等问题。本发明根据LNG低温阀门冷量由阀体向上传递的特点，可根据实际阀门的大小，在上阀体外设置传热系数较大的多重圆形散冷翅片，以阻止冷量向上传递，达到降低阀杆高度的要求。同时，由于采用了迷宫密封的多重节流降压及气化效应，阻止LNG向上渗漏，降低传热速度，也可有效降低阀门的高度。此外，采用设置预应力弹簧的可收缩的弹性阀杆技术，可根据低温工况下阀体的温差应力自由收缩以适应阀体的温度变化，同时保证密封面的所需的预应力，确保主密封面不会因大温差应变而导致泄漏，即可有效降低整体阀门的高度，缩小LNG球阀的整体尺寸。最后，应用低温预紧应力与输送压力匹配的原理，解决LNG球阀低温工况下的完全问题，降低阀门及系统设计压力。LNG为低温流体，管道输送压力一般低于0.2MPa，总处于饱和状态或过热状态，输送时外界会源源不断通过阀门及管道提供热量，导致LNG不段汽化，易出现两相流。两相流遇到球阀突然截时，环境热源不段加热，容易导致管道内剩余LNG压力聚增并过临界，压力迅速超过临界压力4.6MPa，温度超过临界温度-82.59℃，给整个输送系统的完全造成极大隐患。所以，一般的低温球阀或LNG系统的设计压力将超过6 MPa，使整个LNG系统设计难度增大，设备笨重，体积庞大。本发明根据LNG易过临界的特性，在球阀设计过程中，采用盲区LNG导出技术，自增压安全平衡技术，弹性阀杆技术，设置控制LNG截止的预压力，当预压力超过LNG截止设定压力时，可导通LNG，起到球阀及安全阀的双重功效，可有大大降低LNG球阀的设计压力及LNG输送系统的设计压力，阀门体积更小，安全性更高，加工制造的成本更低。

本发明的技术特点：

首先，本发明根据LNG球阀需要双向密封、双向截止的特点，在球体处沿轴设置四个单向导通的压力控制阀门，可根据LNG管道流程的具体要求，进行设置并调节各自控制压力，在球阀打开或关闭时，均能够自动双向导出盲区内的LNG，并有效控制阀门两侧的压力平衡，易于反流控制，起到即可双向截止，又可双向密封、双向导通LNG的安全效用。然后，本发明根据LNG低温渗漏特点，按照迷宫密封的原理，在低温阀杆上部开有多个节流降压的环形齿槽，当阀门打开时，压力较高的LNG经多个环形齿槽节流连续降压后，迅速汽化形成高压气体，并密封于阀门上部，与底部的LNG压力达到平衡，以此抵制LNG直接向上渗透并接触上部密封面，以免密封面冻坏，延长了密封面的寿命。节流汽化后的气体，温度升高后，密封于阀门上部，可降低LNG与阀门内表面的传热速度，延缓冷量向上传递，以此，可降低阀杆及整个阀门的高度，缩小阀门体积，便于阀门管理。考虑到LNG低温属性，阀门顶部设置多重低温密封，并填充多重密封函，主密封面采用具有内置弹性弹簧的多重泛塞密封，延长密封面长度，增加密封强度，以满足低温密封面对NG及LNG的密封要求。同时，设置全焊型阀门，不再设置传统的阀盖，以上阀体与下阀体对焊的形式减少密封面，以最大限度的降低LNG泄漏。其次，本发明根据LNG低温阀门冷量由阀体向上传递的特点，可根据实际阀门的大小，在上阀体外设置传热系数较大的多重圆形散冷翅片，以阻止冷量向上传递，达到降低阀杆高度的要求。同时，由于采用了迷宫密封的多重节流降压及气化效应，阻止LNG向上渗漏，也可降低阀杆的高度。采用设置预应力的可收缩的弹性阀杆技术，可根据低温工况下阀体的温差应力，自由收缩以适应阀体的温度变化，保证密封面的所需的预应力，确保密封面不会因大温差变化而导致泄漏，还可有效降低整体阀杆的高度，缩小球阀的整体尺寸。最后，本发明根据LNG易过临界的特性，在球阀设计过程中，采用盲区LNG导出技术，自增压安全平衡技术，弹性阀杆技术，可有效降低LNG球阀的设计压力及LNG输送系统的设计压力，使LNG球阀体积更小，安全性更高，加工制造成本更低。

附图说明

图1所示为LNG球阀关闭时的主要部件及安装位置关系。

图2所示为LNG球阀打开时的主要部件及安装位置关系。

图3所示为压力调节阀的主要部件及安装位置关系。

具体实施方式

加工制造LNG球阀主要部件，包括阀杆旋转执行器（1）、压紧螺母（2）、压紧螺杆（3）、第一密封圈（4）、压紧销（5）、第二密封圈（6）、第三密封圈（7）、第四密封圈（8）、弹性密封圈（9）、左散冷翅片（10）、上阀体（11）、第六密封挡圈（12）、下阀杆（13）、阀杆螺栓（14）、左下阀体（15）、球体（16）、第一压力调节阀（17）、第二压力调节阀（18）、左泛塞密封圈（19）、定位阀杆（20）、定位阀杆螺钉（21）、右泛塞密封圈（22）、第三压力调节阀（23）、第四压力调节阀（24）、右下阀体（25）、第七密封圈（26）、阀杆螺栓螺母（27）、阀杆弹簧（28）、第六密封圈（29）、上阀杆（30）、右散冷翅片（31）、弹性密封支撑圈（32）、第五密封圈（33）、第三填料函（34）、第二填料函（35）、第一填料函（36）、填料函压套（37）、填料函压盖（38）、压紧螺母弹簧垫（39）、执行器连接螺栓（40），其中，压力调节阀包括锥面第一密封圈（41）、锥面第二密封圈（42）、调节阀阀座（43）、调节阀弹簧（44）、卡箍（45）、销杆（46）、调节阀阀盖（47）、压紧螺钉（48）、弹簧第一垫圈（49）、弹簧第二垫圈（50）、调节阀阀杆（51）、调节阀阀体（52）等部件，在-162℃低温工况下，根据系统要求，调节并校正阀杆弹簧（28）预应力，并在预紧状态下安装于阀杆，使阀杆弹簧（28）预应力大于LNG管道内工作压力。然后，在低温工况下，调节并校正第一压力调节阀（17）、第二压力调节阀（18）、第三压力调节阀（23）、第四压力调节阀（24）的设定控制压力，旋转调节阀阀盖（47）并改变调节阀弹簧（44）预紧高度，调节阀阀盖（47）与调节阀阀杆（51）之间的调节阀弹簧（44）预紧力，调节完成后，再根据调节阀阀杆（51）与调节阀阀盖（47）所在相对位置，开孔并安装销杆（46）及卡箍（45），调节校正完成后，安装于球体（16）上。然后，安装主要部件，焊接上阀体（11）与左下阀体（15），再焊接左下阀体（15）与右下阀体（25）。最后，将LNG球阀下阀体两端焊接于LNG管道中，并加装保温层。

当需要阀门关闭时，通过阀杆旋转执行器（1）旋转上阀杆（30）顶部，上阀杆（30）带动下阀杆（13）旋转，下阀杆（13）带动球体（16）旋转并关闭球阀，主流LNG截断。当LNG自球阀左侧向右侧流动时，球阀关闭后，双向密封导致阀腔内形成LNG盲区，LNG无法排出，此时，外界环境提供热源加热盲区内的LNG，LNG受热后，饱和温度升高，对应饱和压力升高，自增压开始并很快超过管道内部压力，然后，盲区内的LNG自增压后打开安装于球体（16）上的第一压力调节阀（17）并反流LNG。当盲区LNG自增压压力低于左侧设定主流压力时，第一压力调节阀（17）关闭，并继续自增压，压力达到第四压力调节阀（24）开启压力时，第四压力调节阀（24）打开，盲区LNG通过球阀右侧排出。当球阀关闭后，主管道内的LNG自增压后，管道压力迅速增大，可通过第二压力调节阀（18）与第三压力调节阀（23）排出LNG，以达到管道高压端泄压并保持压力平衡。当管道左侧压力由于左侧LNG自增压增高，并达到第二压力调节阀（18）控制压力时，第二压力调节阀（18）打开，LNG进入盲区，再打开第四压力调节阀（24），LNG排入球阀右侧，两侧压力迅速达到平衡。当管道右侧压力由于右侧LNG自增压增高，并达到第三压力调节阀（23）控制压力时，第三压力调节阀（23）打开，LNG进入盲区，再打开第一压力调节阀（17），LNG排入球阀左侧，两侧压力迅速达到平衡。球阀关闭时，冷量通过下阀体向上传递，经上阀体（11）中部安装的左散冷翅片（10）及右散冷翅片（31）散入大气环境，以确保阀门上端不结霜。上阀杆（30）及下阀杆（13）与上阀体（11）之间由于温差应力产生的相互作用力可通过阀杆弹簧（28）改变整体阀杆长度的方式自适应调节。

当阀门需要打开时，通过阀杆旋转执行器（1）旋转上阀杆（30），上阀杆（30）带动下阀杆（13）旋转，下阀杆（13）带动球体（16）回转90°后打开，LNG主流导通，LNG通过下阀体左侧沿中部密封面向右侧流动，盲区内充满LNG。当盲区LNG压力大于第二压力调节阀（18）或第三压力调节阀（23）控制压力时，盲区LNG通过第二压力调节阀（18）或第三压力调节阀（23）打开并进入主流LNG。盲区内LNG有一少部分通过第六密封圈（32）沿上阀杆（30）外表面向上渗透运动，经上阀杆（30）中部的环形迷宫密封节流降压并汽化，汽化后温度升高，并经上部弹性密封圈（9）、第五密封圈（33）、第四密封圈（8）、第三填料函（34）、第三密封圈（7）、第二填料函（35）、第二密封圈（6）、第一填料函（36）、第一密封圈（4）等密封于阀体上部。阀门主要通过上阀体（11）内的LNG向上传递冷量，主要冷量经上阀体（11）中部安装的左散冷翅片（10）及右散冷翅片（31）散入大气环境，少部冷量通过上阀杆（30）向上传递，经迷宫密封内的气体散冷后，再传递至阀门顶部。上阀杆（30）及下阀杆（13）与上阀体（11）之间产生的温差应变可通过阀杆弹簧（28）自动调节。

Claims

1.LNG球阀，由阀杆旋转执行器（1）、压紧螺母（2）、压紧螺杆（3）、第一密封圈（4）、压紧销（5）、第二密封圈（6）、第三密封圈（7）、第四密封圈（8）、弹性密封圈（9）、左散冷翅片（10）、上阀体（11）、第六密封挡圈（12）、下阀杆（13）、阀杆螺栓（14）、左下阀体（15）、球体（16）、第一压力调节阀（17）、第二压力调节阀（18）、左泛塞密封圈（19）、定位阀杆（20）、定位阀杆螺钉（21）、右泛塞密封圈（22）、第三压力调节阀（23）、第四压力调节阀（24）、右下阀体（25）、第七密封圈（26）、阀杆螺栓螺母（27）、阀杆弹簧（28）、第六密封圈（29）、上阀杆（30）、右散冷翅片（31）、弹性密封支撑圈（32）、第五密封圈（33）、第三填料函（34）、第二填料函（35）、第一填料函（36）、填料函压套（37）、填料函压盖（38）、压紧螺母弹簧垫（39）、执行器连接螺栓（40）组成，其中，压力调节阀由锥面第一密封圈（41）、锥面第二密封圈（42）、调节阀阀座（43）、调节阀弹簧（44）、卡箍（45）、销杆（46）、调节阀阀盖（47）、压紧螺钉（48）、弹簧第一垫圈（49）、弹簧第二垫圈（50）、调节阀阀杆（51）、调节阀阀体（52）组成，其特征在于：所述上阀杆（30）底部通过阀杆螺栓（14）连接下阀杆（13），下阀杆（13）与上阀杆（30）之间安装阀杆弹簧（28）；下阀杆（13）底部安装于球体（16）上部槽内；球体（16）左侧接触左泛塞密封圈（19），左泛塞密封圈（19）安装于左下阀体（15）内，形成左侧主密封面；球体（16）右侧接触右泛塞密封圈（22），右泛塞密封圈（22）安装于右下阀体（25）内，形成右侧主密封面；球体（16）下部接触定位阀杆（20），定位阀杆（20）通过定位阀杆螺钉（21）固定安装于左下阀体（15）底部；左下阀体（15）与右下阀体（25）焊接并形成整个下阀体；球体（16）左侧上面安装第一压力调节阀（17），下面安装第二压力调节阀（18）；球体（16）右侧上面安装第四压力调节阀（24），下面安装第三压力调节阀（23）；上阀杆（30）外部安装上阀体（11），上阀体（11）中部外表面安装圆形左散冷翅片（10）及右散冷翅片（31），左散冷翅片（10）与右散冷翅片（31）对接形成整体多层圆环形外置散冷翅片；上阀体（11）底部与左下阀体（15）顶部对焊，下部内表面安装第六密封挡圈（12），第六密封挡圈（12）上部安装第六密封圈（29）；上阀体（11）中部内表面安装弹性密封圈（9），弹性密封圈（9）底部安装弹性密封支撑圈（32）；弹性密封圈（9）上部向上依次安装第五密封圈（33）、第四密封圈（8）、第三填料函（34）、第三密封圈（7）、第二填料函（35）、第二密封圈（6）、第一填料函（36）、第一密封圈（4）；第一密封圈（4）上部安装填料函压套（37），填料函压套（37）顶部安装填料函压盖（38），填料函压盖（38）上安装压紧螺母弹簧垫（39）及压紧螺母（2）；上阀体（11）上部通过执行器连接螺栓（40）连接阀杆旋转执行器（1）；调节阀阀杆（51）右侧螺纹连接调节阀阀盖（47）；调节阀阀盖（47）安装于调节阀阀座（43）内；调节阀阀座（43）通过压紧螺钉（48）连接调节阀阀体（52）；销杆（46）穿过调节阀阀盖（47）及调节阀阀杆（51）；卡箍（45）安装于调节阀阀盖（47）卡槽内；调节阀弹簧（44）安装于调节阀阀盖（47）与调节阀阀座（43）内，中心为调节阀阀杆（51），右侧与弹簧第一垫圈（49）接触，左侧与弹簧第二垫圈（50）接触；调节阀弹簧（44）预紧调节阀阀杆（51）左侧阀芯锥面与调节阀阀体（52）左侧扩压罩内表面形成密封面；锥面第一密封圈（41）、锥面第二密封圈（42）从左至右依次安装于调节阀阀杆（51）左侧阀芯锥面密封槽内。

2.根据权利要求1所述的LNG球阀，其特征在于：球体（16）沿径向开有可连接第一压力调节阀（17）、第二压力调节阀（18）、第三压力调节阀（23）、第四压力调节阀（24）的通孔，第一压力调节阀（17）、第二压力调节阀（18）、第三压力调节阀（23）、第四压力调节阀（24）通过调节阀阀体（52）焊接于球体（16）对应通孔内。

3.根据权利要求1所述的LNG球阀，其特征在于：球阀关闭时，第一压力调节阀（17）出口向左且进口与球阀盲区内LNG接通，第四压力调节阀（24）出口向右且进口与球阀盲区内LNG接通，用于导出盲区内LNG；球阀打开时，第一压力调节阀（17）与第四压力调节阀（24）出口均与盲区接通；LNG自球阀左侧向右侧流动时，第一压力调节阀（17）开启压力可根据阀腔盲区内LNG汽化压力设定，高于球阀输送压力，低于第四压力调节阀（24）设定调节压力。

4.根据权利要求1所述的LNG球阀，其特征在于：球阀关闭时，第二压力调节阀（18）进口向左且出口与球阀盲区内LNG接通，第三压力调节阀（23）进口向右且出口与球阀盲区内LNG接通，第二压力调节阀（18）用于球阀左侧管道安全控制，第三压力调节阀（23）用于球阀右侧管道安全控制；球阀打开时，第二压力调节阀（18）与第三压力调节阀（23）进口均与盲区LNG接通，当盲区LNG压力大于第二压力调节阀（18）与第三压力调节阀（23）控制压力时，盲区LNG通过第二压力调节阀（18）与第三压力调节阀（23）导入LNG主流；第二压力调节阀（18）开启压力根据左侧管道安全压力设定，第三压力调节阀（23）开启压力根据右侧管道安全压力设定，第二压力调节阀（18）与第三压力调节阀（23）开启压力均小于球阀设计压力，大于第一压力调节阀（17）与第四压力调节阀（24）开启压力。

5.根据权利要求1所述的LNG球阀，其特征在于：通过调节阀阀盖（47）与调节阀阀杆（51）之间的调节阀弹簧（44）预紧力调节，预紧力通过旋转调节阀阀盖（47）并改变调节阀弹簧（44）预紧高度调节，调节完成后，再根据调节阀阀杆（51）与调节阀阀盖（47）所在相对位置，开孔并安装销杆（46）及卡箍（45）。