LNG用低溫閥門的生產(chǎn)工藝探討

王偉（海洋石油工程股份有限公司，天津 塘沽 266520）

LNG用低溫閥門的生產(chǎn)工藝探討

王偉（海洋石油工程股份有限公司，天津 塘沽 266520）

系統(tǒng)地介紹了低溫閥門的生產(chǎn)工藝以及檢測方面的一些關(guān)鍵點，指出深冷處理和低溫試驗是低溫閥門生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)。

LNG，低溫，閥門

低溫閥門通常是指工作溫度在-40℃以下的閥門，-100℃～-40℃之間的稱為低溫閥門，-100℃以下的稱為超低溫閥門。低溫閥門通常是化工領(lǐng)域、LNG產(chǎn)業(yè)、空分行業(yè)中不可缺少的元器件設(shè)備，閥門作為流體控制的主要方式，其質(zhì)量的好壞直接影響到設(shè)備是否可以安全運行。因此良好的閥門對于工業(yè)設(shè)備能否正常運轉(zhuǎn)有極其重要的作用，所以規(guī)范的閥門生產(chǎn)工藝和嚴格的閥門檢驗要求是確保閥門質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

1 低溫閥門的生產(chǎn)工藝[1,2]

閥門的生產(chǎn)工藝流程一般如圖1所示，對于工作溫度低于-100℃的低溫閥門，其主要零部件在精加工前應(yīng)進行深冷處理，目的是減少由于溫差和金相組織改變而產(chǎn)生的變形。

圖1 閥門的生產(chǎn)工藝流程

深冷處理工藝在閥門行業(yè)主要適用于工作溫度低于-100℃的超低溫閥門零部件，在這個溫度段的用材主要奧氏體不銹鋼為主，這些材料都屬于亞穩(wěn)定型不銹鋼，在低溫下會發(fā)生向馬氏體的金相轉(zhuǎn)變，由于體心立方晶格的馬氏體比面心立方晶格的奧氏體具有更大的比容，低溫相變后會引起體積膨脹而導(dǎo)致零件變形。此外，溫度降低還會造成金屬結(jié)構(gòu)的收縮，由于零件各部分收縮不均勻，就產(chǎn)生了溫度應(yīng)力，當溫度應(yīng)力超出了材料的屈服極限時，零件將產(chǎn)生不可逆的永久變形。深冷處理的目的就是使這些相變和變形在精加工之前充分發(fā)生，以保證成品零、部件的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

閥門的深冷處理的作用，可以提高工件的硬度和耐磨性，穩(wěn)定工件的尺寸，提高工件的沖擊韌性。成倍提高馬氏體不銹鋼的抗蝕性，提高工件的拋光性能。同時，可以改善有色金屬的導(dǎo)電能力和抗蝕性，減少模具變形、開裂，提高工件的尺寸精度。

在低溫控制閥門的制作過程中，為了防止密封面的緊密咬合，必須要在閥座與閘板添加合金類潤滑物質(zhì)，利用它的耐磨性和硬度，防止咬合不好而導(dǎo)致閥門的不密封和閥門的磨損，閥桿直接與填料接觸，帶動閥瓣運動，填料的質(zhì)地和形態(tài)必須適應(yīng)低溫控制的條件要求，由于在低溫下，介質(zhì)分子均較小，不易控制。因此，填料時必須層層填加，采用上密封方式，低溫控制的墊片必須在常溫狀態(tài)下具有很好的密封性和韌性，隨溫度降低，墊片會因為溫度降低而硬化，選擇相對韌性較好的墊片有利于適應(yīng)低溫環(huán)境。因低溫控制過程對于螺絲和螺母有一定的沖擊韌性的抵抗力，但因其屈服點降低，需經(jīng)過低溫硬化處理，將螺栓整體制成螺紋，連接閥門開啟的螺栓應(yīng)手動緊固，保證其受力均勻，防止因受力不均而產(chǎn)生的磨損。

2 低溫閥門的檢測

低溫閥門由于工作的特殊環(huán)境，所以除了要做常溫檢驗外，還必須做低溫試驗。低溫試驗的主要目的是檢驗低溫閥門在低溫狀態(tài)下的操作性能和密封性能。操作性能要求閥門啟閉靈活，移動件和密封不得發(fā)生擦傷和咬死。密封性能要求閥門密封面泄漏量小于允許泄漏量。

試驗準備包括：液氮、氦氣、壓力表、試壓工裝等的準備。待測閥門裝夾完成后，將閥門放入保溫箱中，在注入液氮前應(yīng)打開閥門，用氮氣或氦氣向閥門充氣，并在充氣過程中開關(guān)閥門確保內(nèi)腔所有位置都已充氣。保溫箱中注入低溫液氮前，將閥門關(guān)閉到位，同時關(guān)閉軟管處針型閥。在注入液氮過程中，氣瓶的出液閥要慢慢打開，待氣體排完后完全打開出液閥。保溫箱中的液氮量以不超過閥體上端蓋為準。閥門在液氮中的冷卻時間為2--3小時，用熱電偶來測量溫度并打開軟管處針型閥，觀察軟管是否有吸水現(xiàn)象，軟管不吸水則閥門可以開始低溫測試，否則需要繼續(xù)冷卻。閥門充分冷卻后，即可開始進行低溫試驗，具體的實驗項目根據(jù)閥門實驗要求。閥門試驗完成卸壓時，應(yīng)注意不能將連接螺母完全旋開，防止空氣進入閥體，液化結(jié)冰，影響試驗。

低溫閥門試驗結(jié)束后，應(yīng)當將零部件依次拆下，檢測零部件的磨損程度和損壞情況，以便可以從整體角度全面的研究對于低溫控制下閥門的檢測結(jié)果。

3 結(jié)語

低溫閥門與通用閥門的工作環(huán)境有很大的區(qū)別，除了要遵守閥門設(shè)計、制造、檢驗的一般規(guī)則外，還應(yīng)當特別注意以下幾點：在精加工前，必須對所有低溫材料部件進行深冷處理；按要求進行常溫試驗和低溫試驗。

[1]史淼直，液化天然氣用超低溫閥門[J].閥門.2012，（4）.

[2]孫奇，LNG超低溫閥門的設(shè)計及材料低溫物性的研究[D]，大連理工大學.2013.