CN103821974A - Lng止回阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种-162℃LNG止回阀，根据LNG止回阀需要单向密封、单向止回、并具有双向导通安全功能的特点，在阀瓣处沿径向设置两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，能够在阀门止回后根据管道内LNG自增压大小自动双向导通管道两侧LNG，有效控制阀门两侧的压力平衡，易于反流控制，起到即可单向止回又可双向导通的安全控制效用。同时，采用全焊接阀门技术等，可有效降低阀门设计压力及LNG输送系统的设计压力，阀门不易泄漏，体积更小，安全性更高，加工制造成本更低。

Description

LNG止回阀
技术领域
本发明涉及一种-162℃ LNG止回阀，根据LNG止回阀单向密封、单向止回的特点，在阀瓣处沿轴向设置两个单向止回的压力调节阀门，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，能够有效控制阀门两侧的压力平衡，易于反流控制，起到管道安全效用。同时，采用全焊接阀门技术等，减少密封面，防止温差应变引起的泄漏。可有效缩小LNG止回阀的整体尺寸，具备LNG单向止回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，止回阀为主要通断阀门之一，具有可单向止回，流动阻力小，阀门不易堵塞，控制大流量，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。由于传统的止回阀存在控制密封面大，密封面多，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，当止回阀关闭时，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流体易于自增压并带来安全隐患，要求LNG止回阀在关闭后同时具备双向导通的安全作用。本发明根据LNG止回阀特点，在阀瓣处沿阀瓣径向设置两个压力控制阀门，可根据LNG管道流程的具体安全要求，进行设置并调节各自控制压力，能够自动双向导通管道内的LNG，有效控制阀门两侧的压力相对平衡，易于反流控制，起到双向导通的安全效用。其次，由于LNG汽化后为易燃易爆气体，主要成份为CH4，传统的低温止回阀由于存在较大的密封面，密封面存在开关振动问题，容易引起密封脱落，LNG泄漏，如主密封面、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，设置全焊型单向止回阀门，采用阀盖与阀体对焊、两侧管道对焊的形式减少密封面，另外，将主密封条通过螺钉固定于阀瓣上，防止反复冲击阀门，造成阀瓣频繁振动、密封条脱落等，以最大限度的降低LNG泄漏。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。两相流遇到止回阀突然截止时，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止回阀或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，在止回阀设计过程中，采用自增压安全平衡技术，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阀瓣上的压力调节阀导通LNG，起到止回阀及安全阀的双重功效，可有效降低LNG止回阀的设计压力及LNG输送系统的设计压力，使LNG止回阀体积更小，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止回阀，用于解决传统的止回阀输送LNG时不易安全控制、不能双向导通、密封泄漏、体积较大、设计笨重等问题，可提高管道内LNG过程控制效率，降低系统设计压力，缩小止回阀体积，提高LNG系统的安全性等。
本发明的技术解决方案：
LNG止回阀，由阀盖（1）、摇杆轴（2）、密封螺钉（3）、第一压力调节阀（4）、摇杆（5）、阀瓣（6）、第二压力调节阀（7）、主密封圈（8）、阀瓣螺母（9）、阀体（10）构成，其中，压力调节阀由锥面第一密封圈（11）、锥面第二密封圈（12）、调节阀阀座（13）、调节阀弹簧（14）、卡箍（15）、销杆（16）、调节阀阀盖（17）、压紧螺钉（18）、弹簧第一垫圈（19）、弹簧第二垫圈（20）、调节阀阀杆（21）、调节阀阀体（22）组成，所述阀瓣（6）上安装主密封圈（8），密封螺钉（3）穿透主密封圈（8）并固定于阀瓣（6）；阀瓣（6）上安装第一压力调节阀（4）及第二压力调节阀（7）；阀瓣（6）通过顶部阀瓣螺母（9）安装于摇杆（5）；摇杆（5）安装于摇杆轴（2）；摇杆轴（2）安装于阀体（10）；阀体（10）上部与阀盖（1）焊接；调节阀阀杆（21）右侧螺纹连接调节阀阀盖（17）；调节阀阀盖（17）安装于调节阀阀座（13）内；调节阀阀座（13）通过压紧螺钉（18）连接调节阀阀体（22）；销杆（16）穿过调节阀阀盖（17）及调节阀阀杆（21）；卡箍（15）安装于调节阀阀盖（17）卡槽内；调节阀弹簧（14）安装于调节阀阀盖（17）与调节阀阀座（13）内，中心为调节阀阀杆（21），右侧与弹簧第一垫圈（19）接触，左侧与弹簧第二垫圈（20）接触；调节阀弹簧（14）预紧调节阀阀杆（21）左侧阀芯锥面与调节阀阀体（22）左侧扩压罩内表面形成密封面；锥面第一密封圈（11）、锥面第二密封圈（12）从左至右依次安装于调节阀阀杆（21）左侧阀芯锥面密封槽内。
阀瓣（6）沿轴向开有可连接第一压力调节阀（4）、第二压力调节阀（7）的通孔，第一压力调节阀（4）、第二压力调节阀（7）通过调节阀阀体（22）焊接于阀瓣（6）对应通孔内。
当LNG自左向右流动时，LNG推动阀瓣（6）并带动摇杆（5）绕摇杆轴（2）逆时针旋转并打开阀门；当LNG自右向左流动时，LNG推动阀瓣（6）并带动摇杆（5）绕摇杆轴（2）顺时针旋转并关闭阀门。
止回阀关闭时，第一压力调节阀（4）及第二压力调节阀（7）出口均向左且进口均与右侧LNG主流接通，第一压力调节阀（4）及第二压力调节阀（7）开启压力可根据右侧管道内LNG自增压后的汽化压力设定，高于止回阀截止压力，低于止回阀设计压力，用于右侧管道完全控制。
止回阀关闭时，当管道右侧LNG自增压并达到第一压力调节阀（4）及第二压力调节阀（7）控制压力时，第一压力调节阀（4）及第二压力调节阀（7）均打开，LNG排入止回阀左侧，管道两侧压力迅速达到相对平衡；当管道左侧LNG自增压且压力超过右侧LNG压力时，LNG推动阀瓣（6）并带动摇杆（5）绕摇杆轴（2）逆时针旋转并打开阀门。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。
压力调节阀工作时，LNG自右侧调节阀阀座（13）顶部通孔进入调节阀阀座（13）与调节阀阀体（22）之间环形通道，并作用于调节阀阀杆（21）锥形密封面，当压力大于调节阀弹簧（14）设定预紧压力时，推动调节阀阀杆（21），带动调节阀阀盖（17）向左运动，调节阀打开并泄放LNG，以此调节压力。两个压力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（17）与调节阀阀杆（21）之间的调节阀弹簧（14）预紧力调节，预紧力通过旋转调节阀阀盖（17）并改变调节阀弹簧（14）预紧高度的方法实现。
方案所涉及的原理问题：
首先，应用LNG自增压原理，确保管道两侧压力平衡。止回阀突然关闭并单向截止LNG输运时，外界环境提供热源加热管道右侧LNG，右侧管道内LNG受热后，饱和温度升高，对应饱和压力迅速升高，自增压开始并很快超过管道安全输送压力及设计压力。当管道右侧压力由于右侧LNG自增压增高，并达到第一压力调节阀（4）及第二压力调节阀（7）控制压力时，第一压力调节阀（4）及第二压力调节阀（7）均打开，LNG排入止回阀左侧，管道两侧压力迅速达到平衡；当管道左侧压力由于左侧LNG自增压增高时，LNG推动阀瓣（6）并带动摇杆（5）绕摇杆轴（2）逆时针旋转并打开阀门。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。压力调节阀工作时，LNG自右侧调节阀阀座（13）顶部通孔进入调节阀阀座（13）与调节阀阀体（22）之间环形通道，并作用于调节阀阀杆（21）锥形密封面，当压力大于调节阀弹簧（14）设定预紧压力时，推动调节阀阀杆（21），带动调节阀阀盖（17）向左运动，调节阀打开并泄放LNG，以此调节压力。两个压力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（17）与调节阀阀杆（21）之间的调节阀弹簧（14）预紧力调节，预紧力通过旋转调节阀阀盖（17）并改变调节阀弹簧（14）预紧高度的方法实现。其次，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，采用止回阀后，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，设置全焊型阀门，不再设置阀盖，以阀盖与下阀体对焊的形式减少密封面数量。由于LNG输送过程中存在两相流，阀瓣（6）处于不停的开关振动状态，主密封面容易脱落，容易引起泄漏，不能有效单向止回。本发明采用密封螺钉（3）穿透主密封圈（8）并将主密封圈（8）固定于阀瓣（6）的方法，以防止主密封面振动脱落。最后，应用低温预紧压力与输送压力匹配的原理，解决LNG止回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。两相流遇到止回阀突然截止时，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，一般的低温止回阀或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，在止回阀设计过程中，自增压安全平衡技术，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，可通过压力调节阀导通LNG，起到止回阀及安全阀的双重功效，可有大大降低LNG止回阀的设计压力及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止回阀需要单向密封、单向止回的特点，在止回阀阀瓣（6）处沿径设置两个单向止回的压力控制阀门，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，在止回阀关闭时，有效控制阀门两侧的压力平衡，易于反流控制，起到安全效用。同时，固定锁紧主密封面，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。最后，本发明根据LNG易过临界的特性，在止回阀设计过程中，采用自增压安全平衡技术，可有效降低LNG止回阀的设计压力及LNG输送系统的设计压力，使LNG止回阀体积更小，安全性更高，加工制造成本更低。
附图说明
图1所示为LNG止回阀关闭时的主要部件及安装位置关系。
图2所示为LNG止回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止回阀主要部件，包括阀盖（1）、摇杆轴（2）、密封螺钉（3）、第一压力调节阀（4）、摇杆（5）、阀瓣（6）、第二压力调节阀（7）、主密封圈（8）、阀瓣螺母（9）、阀体（10），其中，压力调节阀包括锥面第一密封圈（11）、锥面第二密封圈（12）、调节阀阀座（13）、调节阀弹簧（14）、卡箍（15）、销杆（16）、调节阀阀盖（17）、压紧螺钉（18）、弹簧第一垫圈（19）、弹簧第二垫圈（20）、调节阀阀杆（21）、调节阀阀体（22）等部件。然后，在低温工况下，调节并校正第一压力调节阀（4）、第二压力调节阀（7）的设定控制压力，旋转调节阀阀盖（17）并改变调节阀弹簧（14）预紧高度，调节阀阀盖（17）与调节阀阀杆（21）之间的调节阀弹簧（14）预紧力，调节完成后，再根据调节阀阀杆（21）与调节阀阀盖（17）所在相对位置，开孔并安装销杆（16）及卡箍（15），调节校正完成后，安装于阀瓣（6）上。然后，安装主要部件，焊接阀盖（1）与阀体（10）。最后，将LNG止回阀阀体（10）两端焊接于LNG管道中，并加装保温层。
当LNG自左向右流动时，LNG推动阀瓣（6）并带动摇杆（5）绕摇杆轴（2）逆时针旋转并打开阀门；当LNG自右向左流动时，LNG推动阀瓣（6）并带动摇杆（5）绕摇杆轴（2）顺时针旋转并关闭阀门。
止回阀关闭时，第一压力调节阀（4）及第二压力调节阀（7）出口均向左且进口均与右侧LNG主流接通，第一压力调节阀（4）及第二压力调节阀（7）开启压力可根据右侧管道内LNG自增压后的汽化压力设定，高于止回阀截止压力，低于止回阀设计压力，用于右侧管道完全控制。
止回阀关闭时，当管道右侧LNG自增压并达到第一压力调节阀（4）及第二压力调节阀（7）控制压力时，第一压力调节阀（4）及第二压力调节阀（7）均打开，LNG排入止回阀左侧，管道两侧压力迅速达到相对平衡；当管道左侧LNG自增压且压力超过右侧LNG压力时，LNG推动阀瓣（6）并带动摇杆（5）绕摇杆轴（2）逆时针旋转并打开阀门。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。
压力调节阀工作时，LNG自右侧调节阀阀座（13）顶部通孔进入调节阀阀座（13）与调节阀阀体（22）之间环形通道，并作用于调节阀阀杆（21）锥形密封面，当压力大于调节阀弹簧（14）设定预紧压力时，推动调节阀阀杆（21），带动调节阀阀盖（17）向左运动，调节阀打开并泄放LNG，以此调节压力。两个压力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（17）与调节阀阀杆（21）之间的调节阀弹簧（14）预紧力调节，预紧力通过旋转调节阀阀盖（17）并改变调节阀弹簧（14）预紧高度的方法实现。

Claims (4)

1.LNG止回阀，由阀盖（1）、摇杆轴（2）、密封螺钉（3）、第一压力调节阀（4）、摇杆（5）、阀瓣（6）、第二压力调节阀（7）、主密封圈（8）、阀瓣螺母（9）、阀体（10）构成，其中，压力调节阀由锥面第一密封圈（11）、锥面第二密封圈（12）、调节阀阀座（13）、调节阀弹簧（14）、卡箍（15）、销杆（16）、调节阀阀盖（17）、压紧螺钉（18）、弹簧第一垫圈（19）、弹簧第二垫圈（20）、调节阀阀杆（21）、调节阀阀体（22）组成，其特征在于：所述阀瓣（6）上安装主密封圈（8），密封螺钉（3）穿透主密封圈（8）并固定于阀瓣（6）；阀瓣（6）上安装第一压力调节阀（4）及第二压力调节阀（7）；阀瓣（6）通过顶部阀瓣螺母（9）安装于摇杆（5）；摇杆（5）安装于摇杆轴（2）；摇杆轴（2）安装于阀体（10）；阀体（10）上部与阀盖（1）焊接；调节阀阀杆（21）右侧螺纹连接调节阀阀盖（17）；调节阀阀盖（17）安装于调节阀阀座（13）内；调节阀阀座（13）通过压紧螺钉（18）连接调节阀阀体（22）；销杆（16）穿过调节阀阀盖（17）及调节阀阀杆（21）；卡箍（15）安装于调节阀阀盖（17）卡槽内；调节阀弹簧（14）安装于调节阀阀盖（17）与调节阀阀座（13）内，中心为调节阀阀杆（21），右侧与弹簧第一垫圈（19）接触，左侧与弹簧第二垫圈（20）接触；调节阀弹簧（14）预紧调节阀阀杆（21）左侧阀芯锥面与调节阀阀体（22）左侧扩压罩内表面形成密封面；锥面第一密封圈（11）、锥面第二密封圈（12）从左至右依次安装于调节阀阀杆（21）左侧阀芯锥面密封槽内。
2.根据权利要求1所述的LNG止回阀，其特征在于：阀瓣（6）沿径向开有可连接第一压力调节阀（4）、第二压力调节阀（7）的通孔，第一压力调节阀（4）、第二压力调节阀（7）通过调节阀阀体（22）焊接于阀瓣（6）对应通孔内。
3.根据权利要求1所述的LNG止回阀，其特征在于：止回阀关闭时，第一压力调节阀（4）及第二压力调节阀（7）出口均向左且进口均与右侧LNG主流接通，第一压力调节阀（4）及第二压力调节阀（7）开启压力可根据右侧管道内LNG自增压后的汽化压力设定，高于止回阀截止压力，低于止回阀设计压力。
4.根据权利要求1所述的LNG止回阀，其特征在于：止回阀关闭时，当管道右侧LNG自增压并达到第一压力调节阀（4）及第二压力调节阀（7）控制压力时，第一压力调节阀（4）及第二压力调节阀（7）均打开，LNG排入止回阀左侧，管道两侧压力迅速达到相对平衡；当管道左侧LNG自增压且压力超过右侧LNG压力时，LNG推动阀瓣（6）并带动摇杆（5）绕摇杆轴（2）逆时针旋转并打开阀门。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20140528