低温阀门在lng领域的应用

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低温阀门在LNG领域的应用主讲人：王洁中海石油气电集团有限责任公司2011年11月12日 介绍内容1、LNG产业链概况2、LNG领域应用低温阀门种类天然气液化工厂LNG接收站3、LNG领域阀门常用标准4、LNG领域低温阀门选型要求5、特殊阀门选型要求2 LNG产业链概况LNG简介LNG是气田开采出来的天然气，经过脱酸气，脱水和重烃，然后压缩、膨胀、液化而成LNG为-160℃超低温液体液化后的LNG，其体积只有液化前的1/6003 LNG产业链概况LNG是一种高效清洁能源利用效率高：天然气发电热能利用效率可达55%，高于原油和煤安全能源：自燃温度高，不会引起CO中毒，比空气轻，泄漏易于扩散价格稳定：受油价波动影响较小，与轻柴油、液化石油气相比，价格便宜了20%-30%使用方便：液化天然气点火方便，火焰稳定，易于控制，而且气化后通过管道供气，和燃料油，罐装液化石油气相比，无需储藏、搬运4 LNG产业链概况LNG产业链发展布局5 介绍内容1、LNG产业链概况2、LNG领域应用阀门种类天然气液化工厂LNG接收站3、LNG领域阀门常用标准4、LNG领域低温阀门选型要求5、特殊阀门选型要求6 LNG领域应用阀门分类按使用用途分类截断阀：闸阀、截止阀、止回阀、旋塞阀、蝶阀、球阀调节阀呼吸阀按工作温度分类：常温阀门低温阀门超低温阀门7 介绍内容1、LNG产业链概况2、LNG领域应用低温阀门种类天然气液化工厂LNG接收站3、LNG领域阀门常用标准4、LNG领域低温阀门选型要求5、特殊阀门选型要求8 天然气液化工厂建设现状国内天然气液化工厂规模国内天然气液化工厂以小型为主截止2010年，我国已经运营的小型LNG装置有30多座在建和拟建的LNG液化项目还有30座左右，近一两年将陆续投入运行，而且单座容量都有增大的趋势9 天然气液化工厂工艺流程10 天然气液化工厂低温阀门种类工况条件主要低温介质：天然气、LNG、混合制冷剂（混合烃）、重烃、乙烯等介质温度范围：-165℃～-39℃介质最高压力：4.2MPaG常用的低温阀门种类调节阀（单座直通阀、多级降压调节阀）、球阀、截止阀、止回阀、呼吸阀等11 天然气液化工厂低温阀门使用情况统计用途名称尺寸压力等级范围操作方式调节阀单座直通阀DN25～DN150CL300/CL600手动/自动多级降压阀DN50～DN100截断阀球阀DN40～DN250CL150/CL300自动、手动截止阀DN25～DN150CL300/CL600手动止回阀DN25～DN150手动呼吸阀安全阀DN20～DN100CL150/CL300/CL600真空阀DN100CL15012 介绍内容1、LNG产业链概况2、LNG领域应用低温阀门种类天然气液化工厂LNG接收站3、LNG领域阀门常用标准4、LNG领域低温阀门选型要求5、特殊阀门选型要求13 LNG接收站工艺流程14 LNG接收站建设现状中海油目前建成投产的接收站及接收能力广东大鹏：680万吨/年福建LNG：一期260万吨/年，二期500万吨/年上海LNG：300万吨/年“十二五”期间建成或计划建设9-12个大型接收站（宁波、珠海等），3-4个浮式接收站，4-5个小型接收站（中小储备站）LNG年接收能力将超过6000万吨/年15 LNG接收站阀门种类工况条件主要低温介质：天然气、LNG介质温度范围：-165℃～-130℃介质最高压力：10MPaGLNG接收站常用低温阀门种类调节阀（单座直通阀）、球阀、截止阀、止回阀、呼吸阀等16 LNG接收站低温阀门使用情况统计用途名称尺寸压力等级范围操作方式调节阀单座直通阀DN25～DN150CL150～CL900自动蝶阀DN250～DN800CL150自动截断阀蝶阀DN15～DN1050CL150/CL800/CL1500手动球阀DN15～DN650CL150/CL800/CL1500手动截止阀DN15～DN150CL150/CL800/CL1500手动止回阀DN15～DN600CL150/CL800/CL1500呼吸阀安全阀DN25～DN300CL150/CL900真空阀DN300CL150热释放阀入口DN25出口DN50CL15017 介绍内容1、LNG产业链概况2、LNG领域应用低温阀门种类天然气液化工厂LNG接收站3、LNG领域阀门常用标准4、LNG领域低温阀门选型要求5、特殊阀门选型要求18 LNG领域阀门常用标准LNG领域阀门常用标准美国石油学会（API）美国机械工程师学会（ASME）美国阀门与管件工业制造商标准化学会（MSS）英国国家标准（BS）19 LNG领域阀门常用标准美国石油学会（API）API594法兰、凸耳式、对夹式以及对焊式止回阀API598阀门检验及试验API600法兰和对焊连接钢制闸阀API602紧凑型钢制闸阀API607软阀座阀门防火试验API608法兰端、螺纹端和焊接端金属球阀API609双法兰式、凸耳式和对夹式蝶阀API6D管线阀门API6FA阀门耐火试验规范20 LNG领域阀门常用标准美国机械工程师学会（ASME）ASMEB16.5管法兰与法兰管件ASMEB16.10阀门面至面和端面至端面尺寸ASMEB16.11承插焊和螺纹锻造管件ASMEB16.25对焊端ASMEB16.34法兰、螺纹及对焊连接阀门ASME16.47大直径管钢制法兰ASMEB31.1动力管道ASMEB31.3工艺管道ASMEB31.5制冷管道和传热部件21 LNG领域阀门常用标准美国阀门与管件工业制造商标准化学会（MSS）MSSSP-67蝶阀MSSSP-80青铜闸阀、截止阀、角阀和止回阀MSSSP-134低温阀门及其阀体、阀盖加长体的要求英国国家标准（BS）BS1868石油化工法兰和对焊钢制止回阀BS1873石油化工法兰和对焊钢制截止阀和截止止回阀BS6364低温阀门BS6755阀门试验22 介绍内容1、LNG产业链概况2、LNG领域应用低温阀门种类天然气液化工厂LNG接收站3、LNG领域阀门常用标准4、LNG领域低温阀门选型要求5、特殊阀门选型要求23 LNG领域低温阀门选型要求LNG低温阀门常用结构型式应用阀门主要供应商LNG低温阀门通用选型要求密封性能要求材料设计要求材料检验要求生产检验及测试24 选型要求——常用结构型式用途阀门种类结构类型标准调节阀单座直通阀柱塞型单座直通阀（阀芯可选导向型、抗气蚀、降噪型）FCI70-2、ISA75-1、BS6364等多级降压调节阀多级钻孔套筒阀、多级迷宫套筒阀蝶阀API609、BS6364截断阀蝶阀高性能三偏心弹性密封蝶阀球阀整体式阀体设计，上装式枢轴固定（3”以上）或浮动球阀API6D、BS6364、截止阀锥型阀芯，明杆支架（OS&Y）BS1873、API600、BS6364止回阀升降式和旋起式BS1868、API600、BS6364呼吸阀安全阀普通弹簧阀、先导式安全阀API520/521、API526、API2000、ASMEVIII真空阀重锤式安全阀热释放阀普通弹簧阀25 选型要求——主要供应商调节阀：Fisher、Flowserve、Samson、Masoneilan蝶阀：Orton、Tyco球阀：Poyam、Perar、Tyco截止阀：Poyam、Mascot、ADAMS、Tyco等止回阀：Poyam安全阀：TAIMILANO、Tyco、Faris26 选型要求——通用选型要求长颈型阀盖设计阀盖通常采用螺栓连接阀内件配置应易于拆卸，尤其是阀座易于更换，内件和密封能够快速从阀顶部拆卸，可在线维修对焊阀门和用于低温的阀门应便于整体组装上阀盖和阀体不应有焊接或螺纹连接的部件关闭时需要的回转力超过245N时需提供齿轮驱动装置27 选型要求——通用选型要求采用防火设计，厂家具有API607测试认证采用防超压结构设计，球阀、截止阀需设置泄压孔，避免中腔压力在温度变化时升高采用防吹出阀杆设计（anti-blowout）LNG介质具有易燃易爆性，需采取防静电设计，考虑设置导通装置，对于金属密封阀门，阀杆阀体、关闭件与阀体之间电阻值满足规范要求28 选型要求——密封性能要求LNG用超低温阀门介质分子量小，粘度低，浸透性强，容易泄漏，具有易燃易爆的特性内漏要求：希望通过阀板泄漏（即内漏）越少越好，甚至阀门介质的泄漏要求为零外漏要求：指阀杆填料和阀盖垫片处的介质外泄漏，直接泄入大气，会直接引起事故或造成人身伤害，对于这种情况，有时需采用波纹管密封阀泄漏等级一般要求:调节阀要求ANSIIV，关断阀要求ANSIVI评判标准：API598、BS6364、ANSIB16.104、ZBJ16006，JB/T9092-99等29 选型要求——材料设计要求30一承压零部件材料选择二密封面材料选择三填料选择四垫片材料选择五紧固件材料选择材料质量是衡量阀门强度可靠性和使用寿命的一个重要指标 选型要求——材料设计要求材料设计要求——承压零部件（阀体、阀盖、阀瓣）材料选择奥氏体不锈钢具体牌号阀体：A351Gr.CF3M、A182Gr.F316L、A182Gr.F304L阀瓣：A351Gr.CF8M、A182Gr.F316、A182Gr.F30431 选型要求——材料设计要求材料设计要求——密封面材料选择一般采用硬密封，球阀、蝶阀采用弹性软密封对不锈钢阀，一般阀内件与阀体材料相同。CL300以下的阀门，在阀座上堆焊STL合金，或阀板、阀座上均堆焊STL合金；CL600以上阀门，阀板和阀座上均堆焊STL合金软密封采用聚三氟氯乙烯PTFCE、聚氯代三氟乙烯（PCTFE）+唇式密封具体确定应根据工艺介质条件来确定，API及BS标准都规定了内件号(TrimNo.),可以按照相应的标准执行32 选型要求——材料设计要求材料设计要求——填料选择填料是阀杆滑动密封的填充材料一般采用柔性石墨、聚四氟乙烯材料设计要求——垫片材料选择用于中法兰密封和法兰连接式阀门的外部连接保证弹性及足够强度，根据不同介质、压力等因素选取阀门等级垫片材料CL150,BB石棉平垫、缠绕式垫片CL300,BB石棉缠绕式，石墨缠绕式垫片（石墨与不锈钢绕制）≥600,BB环形金属垫片（RTJ-316）、石墨缠绕式垫片33 选型要求——材料设计要求材料设计要求——紧固件材料选择一般采用奥氏体不锈钢，要求回弹性能好，线膨胀系数小，需进行硬化，防止咬死参考标准：ASTMA320/ASTMA194(螺栓Gr.B8M2、螺母Gr.8M）34 选型要求——材料检验要求射线或超声波无损探伤试验表面着色无损探伤试验焊接结构处要进行无损探伤铸件要进行低温韧性冲击试验各零部件在加工过程中必须进行低温深冷处理，使材料相变充分35我国材料标准通常情况下要求比较低，国内产品应要求做好相关试验检测项目 选型要求——生产检验及测试主要试验项目外壳测试：所有压力部件均应在1.5倍于ASMEB16.34规定的压力下测试，测试持续时间应符合API598，并不小于60秒高压关闭和紧固泄漏测试：所有关闭部件和密封部件应符合ASMEB16.34规定在周围环境温度下1.1倍的压力等级进行测试，测试持续时间应符合API598，并不小于60秒，接受的标准为“无泄漏”低温泄漏测试：参考BS6364或认可的相应标准规范。阀体温度-196℃，浸泡在液氮里。测试内容包括：逐步增大到额定压力的低温泄露试验、低温启闭试验（扭矩测试）、密封处的泄漏试验、阀座低温性能试验等36 介绍内容1、LNG产业链概况2、LNG领域应用低温阀门种类天然气液化工厂LNG接收站3、LNG领域阀门常用标准4、LNG领域低温阀门选型要求5、特殊阀门选型要求37 特殊阀门选型要求38J-T阀LNG储罐上的呼吸阀 J-T阀工况条件J-T阀是天然气液化工厂用的调节阀利用焦耳-汤姆逊效应实现节流降温最苛刻工况之一：超低温、高压差介质温度：-150℃～-155℃入口压力：4.2MPaG压差：3～4MPa 高压差工况所产生的影响易产生气蚀：闪蒸产生的气泡迅速破裂，冲撞在阀芯、阀座和阀体上，损害表面阀芯受损关不严，阀门在全关位置会出现泄漏、结霜现象产生噪声和振动介质高流速影响使用寿命40 J-T阀工艺性能要求需保证阀两端压差，以达到制冷效果装置变负荷时需进行精确调节阀差压、出口温度等参数要求性能稳定具有较长使用寿命 J-T阀选型要求结构要求——多级降压结构多级减压：曲折通道或多孔，扩大流动区域，使高速流体在通过阀芯、阀座时每一点的压力都高于在该温度下的饱和蒸汽压，减小气蚀两种结构：多孔套筒式和迷宫式多孔套筒纵截面迷宫阀横截面通过节流孔，使液体在平衡室内相互冲击，消耗静压能量，降低噪声，避免运动由盘片叠加而成，每个盘片都有一定量的通道，每个通道有一定量的转弯数。介质通过曲折流道降压、降流速 J-T阀选性要求流速控制阀内件应尽量使高速流体撞击，造成动能的消耗，进而减小气蚀、振动对阀门的磨损按照ISA调节阀标准要求，单相介质流速<30m/s、多相介质流速<23m/s J-T阀选型要求防止堵塞冰堵：介质中存在水蒸气和CO2导致冰堵脏堵：管线吹扫不干净残留焊渣、铜屑等杂质尽量选择光滑平稳的流路，流道逐渐放大工艺介质为两相流时，流体流态良好，不产生紊流和阻塞流不会在阀内件内产生堵塞 国外知名供货商及其产品介绍苛刻工况调节阀国外知名供货商：美国生产厂商多级减压阀芯结构特点类别FisherWhisperI阀笼钻孔钻孔套筒WhisperIII阀笼钻孔WhisperFlo钻孔叠片式Flowsever(Valtek)CavControl钻孔套筒ChannelStream钻孔套筒（密封气缸）TigerTooth同心齿槽套筒CCIDrag阀内件迷宫盘片堆焊套筒迷宫式套筒MASONEILANV-LOG迷宫式套筒CopesVulcanRaven迷宫式套筒同类产品只是在流道设计上略有差别 国外知名供货商及其产品介绍Flowsever：左tigerteeth;右ChannelStreamFisher:WhisperFlo钻孔叠片式CCI：迷宫叠片阀芯 储罐上的呼吸阀概述储罐均须真空阀和安全阀，保护罐内不会因超压或者真空而发生事故对于16万方的大型储罐安全阀采用3+1配置原则，12”×16”，ASMEIn150#FF，Out150#FF真空阀采用3+1配置原则，12”，ASME150#FF 呼吸选型标准安全阀设计、制造标准API-RP-520–石油炼制中压力泄放阀的大小、选型和安装API-RP-521–压力泄放和减压系统指南API-526–法兰连接钢制压力泄放阀ASMEVIIII-沸腾和压力容器标准真空阀设计、制造标准API2000-1998VentingAtmosphericandLow-PressureStorageTanksASMEboilerandpressurevesselcodesectionIX 呼吸阀工况条件安全阀工况条件：介质：LNG设计温度：-165℃～60℃操作压力：4～25KPaG设定点压力：29KPaG真空阀工况条件介质：空气设计温度：-165℃～60℃操作压力：4～25KPaG设定点压力：-0.5KpaG全开压力:-1KPaG 呼吸阀选型要求安全阀选型要求形式选择：先导式、全启式安全阀采用软阀座密封，低温时阀座不会冻住材质选择：阀体、阀芯、弹簧等主要部件为316不锈钢，软密封选用PTFE真空阀选型原则形式选择：重锤式、全启式采用软阀座密封，低温时阀座不会冻住材质选择：阀体、阀芯等主要部件为316不锈钢或铝，弹性密封 谢谢！