隨著“綠色生活”的理念快速普及，低碳、環(huán)保的能源越來越受到人們的重視，LNG成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。天然氣作為高質(zhì)量清潔能源，在能源、交通等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。我國天然氣資源十分豐富，但是大規(guī)模的天然氣開采卻面臨著很多方面的問題，尤其是LNG的開發(fā)與應(yīng)用相對(duì)滯后，在工藝設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營等方面存在著許多問題，有待于進(jìn)一步的探討與研究。在新時(shí)期要高度重視LNG用低溫閥門的生產(chǎn)質(zhì)量，確保在存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)安全高效。常用的低溫閥門是指溫度在-60℃~120℃之間，-100℃~196℃之間稱之為超低溫閥門，低溫閥門經(jīng)特殊的低溫處理，將粗加工的零件置于冷卻介質(zhì)中數(shù)小時(shí)，以釋放應(yīng)力，確保材料的低溫性能，保證精加工尺寸，以防閥門在低溫工況時(shí)，因溫度變化造成變形而導(dǎo)致的泄漏。閥門的裝配與普通閥門也不同，零件需經(jīng)過嚴(yán)格的清洗，除去任何油污，以保證使用性能。
低溫閥門的種類
1.調(diào)節(jié)閥
包括單座直通閥和多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥，用于精確控制LNG在生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中的流量和壓力。調(diào)節(jié)閥在LNG工廠的液化單元和儲(chǔ)存單元中尤為重要，它們可以占到整個(gè)工廠閥門總量的30%左右。
2.球閥
由于結(jié)構(gòu)簡單、密封性好、流動(dòng)阻力小，球閥在LNG領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。特別是在LNG接收站中，球閥的使用量非常大，約占超低溫閥門總量的75%。
3.截止閥
用于開啟或切斷LNG的流動(dòng)。它們在需要精確控制流體的地方非常有用。
4.止回閥
防止LNG反向流動(dòng)，保護(hù)管道系統(tǒng)免受壓力沖擊。
5.呼吸閥
在LNG儲(chǔ)存單元中，呼吸閥用于平衡儲(chǔ)罐內(nèi)外的壓力，防止因壓力波動(dòng)造成的損害。
6.超低溫軸流式止回閥
具有節(jié)能、降噪、低流阻、防水錘、開關(guān)迅速等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于油氣集輸管線上，大型LNG接收站的關(guān)鍵需要止逆的部位也需要運(yùn)用軸流式止回閥。
7.熱熔緊急切斷閥（熱熔閥）
通常為低溫介質(zhì)緊急切斷閥，用于低溫工況，適用于氧、氮、氬、液化天然氣及乙烯等的低溫介質(zhì)。
隨著LNG產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，低溫閥門的需求量日益增加，尤其是在LNG工廠和LNG接收站中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一個(gè)大型LNG接收站項(xiàng)目中超低溫閥門的使用量能夠達(dá)到約3500臺(tái)，占閥門總量的90%以上。隨著技術(shù)的進(jìn)步，一些國內(nèi)企業(yè)也在低溫閥門領(lǐng)域取得了突破，開始打破國外企業(yè)的壟斷，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。
材料的選用是閥門強(qiáng)度可靠度和使用壽命的主要因素，閥門在低溫介質(zhì)及周圍環(huán)境溫度下應(yīng)具有長時(shí)間工作能力，一般使用壽命為10年或3000~5000次循環(huán)。目前LNG低溫閥主要材質(zhì)為奧氏體不銹鋼，常用的有A351 CF8，A351 CF8M，A182 F304，A182 F316。
LNG低溫閥的密封面類型和材料的選用，一般采用硬密封。隨著工況上溫度的降低，氟塑料收縮量很大，會(huì)使密封性能下降，容易引起泄漏。石棉填料無法避免滲透性泄漏，而且橡膠對(duì)液化天然氣有泡脹性，在低溫下不可使用。所以LNG低溫球閥的閥座密封宜選用金屬+內(nèi)嵌軟密封，而軟密封材料為PCTFE，閥桿填料通常建議使用“唇形密封圈+石墨”組合密封結(jié)構(gòu)。在低溫閥門設(shè)計(jì)中，一方面有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來保證使填料處于接近環(huán)境溫度下工作，例如采用長頸閥蓋結(jié)構(gòu)，使填料函離低溫介質(zhì)盡量遠(yuǎn)些，另一方面在選擇填料時(shí)要考慮填料的低溫特性。低溫閥中一般采用浸漬四氟乙烯的石棉填料，也可以選擇柔性石墨和編制石墨組合結(jié)構(gòu)的填料函。這種材料對(duì)氣體、液體均不滲透，在厚度方向上有10%~15%的壓縮量，較低的緊固壓力就可達(dá)到密封。并且它還有自潤滑性，用作閥門填料可以防止填料與閥桿的磨損。
低溫閥門用墊片必須在常溫、低溫及溫度變化下具有可靠的密封性和復(fù)原性。由于墊片材料在低溫下會(huì)硬化和降低塑性，所以應(yīng)選擇性能變化小的墊片材料，一般采用耐酸鋼帶夾石墨纏制而成的纏繞式墊片，或聚四氟乙烯和耐酸鋼帶繞制而成的纏繞式墊片。石墨與耐酸鋼繞制而成的纏繞式墊片比較理想，可用于-200℃的低溫工況。
設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)最低使用溫度選擇適當(dāng)?shù)木o固件材料，根據(jù)美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)低溫閥門中使用的具有代表性的材料。溫度低于-100℃時(shí)，緊固件材料采用奧氏體不銹鋼制造，螺栓需用奧氏體不銹鋼二級(jí)材料。裝配時(shí)為防止螺母和螺栓咬死，螺母一般采用Mo鋼和Ni鋼，同時(shí)在螺紋表面涂二硫化鉬。
LNG低溫用閥門制造需有嚴(yán)格的工藝規(guī)定，鑄件表面必須是均勻一致的噴丸表面，不銹鋼材質(zhì)均做酸洗鈍化處理，內(nèi)腔、通道不允許有粘砂、焊珠、焊疤、毛賊刺、尖角及其它多余的附著物，鈍化膜應(yīng)無銹點(diǎn)、斑點(diǎn)或發(fā)毛現(xiàn)象；機(jī)加工零件在機(jī)加工過程中應(yīng)避免產(chǎn)生打磨痕跡，同時(shí)避免磕碰傷；密封面表面粗糙度在Ra1.6以上，閥蓋上密封面分別用180/400目砂紙進(jìn)行研磨，表面粗糙度在Ra0.4以上；加工的同時(shí)，保證閥蓋填料函孔尺寸公差及表現(xiàn)粗糧度Ra1.6及同心度不超過0.08；閥桿與填料接觸部位采用冷擠壓工藝，表現(xiàn)粗糙度在Ra0.4以上。
對(duì)楔式閘閥，閘板必須加工泄放孔，閘板2 mm彈性槽間隙加工應(yīng)對(duì)稱；截止閥閥座和閥瓣密封面角度有1°的誤差，且閥瓣密封面在閥座密封面的下口處密封。閥座和閥瓣密封面必須堆焊鈷基合金，密封面硬度可以不需要硬度差，但是需進(jìn)行著色檢查，合格后閥體座圈密封面研磨，先用36目鐵砂紙研磨，再用180目紅砂紙研磨，最后用400目砂紙研磨，表面粗糙度在Ra0.4以上。
對(duì)工作溫度在-101℃以下的LNG用低溫閥門，其關(guān)鍵零件在精加工之前要經(jīng)過深冷處理，即將這些零件浸入液氮中，當(dāng)液氮面無沸騰現(xiàn)象后記時(shí)，保持2小時(shí)（工件最大厚度≤50 mm），保持3小時(shí)（工件最大厚度＞50 mm）。深冷處理可以減小因溫度變化和金相組織變化引起的變形。LNG用低溫閥門生產(chǎn)中，深冷處理技術(shù)是用于LNG用低溫閥門領(lǐng)域中的一種特殊的零部件，其主要原料是奧氏體不銹鋼，它在低溫下會(huì)發(fā)生馬氏體金相轉(zhuǎn)化，因?yàn)轶w心立方晶體的比容大于平面立方晶體的比容，使零件在低溫時(shí)發(fā)生體積膨脹，使零件發(fā)生變形。
溫度的下降也會(huì)引起金屬的收縮，因?yàn)椴考母鱾€(gè)部位不均勻的收縮而形成溫度應(yīng)力，而溫度應(yīng)力超過了屈服極限，則會(huì)使部件發(fā)生不可逆的永久變形。低溫處理的目標(biāo)是在精加工前充分地進(jìn)行相變和變形，確保成品和零件結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。通過對(duì)低溫閥門零件進(jìn)行低溫處理，可以使零件的硬度、耐磨性能得到改善，使其尺寸得到穩(wěn)定，并能增強(qiáng)其抗沖擊韌性。馬氏體不銹鋼的耐蝕性能得到了成倍的改善，還可以提高有色金屬的導(dǎo)電性、耐腐蝕性能、耐磨性、減少模具變形、開裂、提高零件的尺寸精度。
LNG低溫用閥門裝配時(shí)中法蘭螺栓、活節(jié)螺栓、壓蓋螺紋配合處理及螺母背面必須涂二硫化鉬，多余的露在外面的應(yīng)清除干凈，閥桿螺母螺紋及凸臺(tái)處涂硅脂，內(nèi)腔及密封面嚴(yán)禁上油；裝配、試驗(yàn)過程中應(yīng)避免打磨及磕碰傷，用規(guī)定扭矩，對(duì)閥門進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)，按API 598[13]標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，包括低壓實(shí)驗(yàn)和高壓實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為氮?dú)?00%。
試驗(yàn)合格后對(duì)整機(jī)進(jìn)行超聲波清洗后并解體，解體后的零部件擺放整齊，再二次對(duì)密封面進(jìn)行研磨，密封面必須研磨至鏡面Ra0.2以上，直至密封面無砂紙痕跡；由于超低溫閥門的零件必須干燥和脫脂，所以采用SGT28-7200超聲波清洗機(jī)和INT-100高效水基金屬清洗劑對(duì)零件進(jìn)行脫脂，清洗劑濃度為5~6%，水溫加熱到60~70℃。對(duì)于不銹鋼閥門試驗(yàn)用水的氯離子的含量應(yīng)在30 ppm以下。完成后對(duì)閥體等零部件清洗，并用干凈的壓縮空氣將零部件吹干，座圈與閥體的縫隙用熱風(fēng)槍吹干；將清洗干凈的閥體放到墊有干凈紙的鏟板上，并蓋上塑料袋。等所有工序完成后對(duì)閥門進(jìn)行依次裝配。低溫閥門在 LNG 領(lǐng)域的應(yīng)用至關(guān)重要。隨著 LNG 產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展壯大，對(duì)低溫閥門的性能要求也越來越高。未來，低溫閥門將朝著智能化、高性能、節(jié)能環(huán)保的方向不斷發(fā)展，為 LNG 產(chǎn)業(yè)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行提供更加可靠的保障。同時(shí)，我們也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)低溫閥門的研發(fā)和創(chuàng)新，不斷提高我國在低溫閥門領(lǐng)域的技術(shù)水平和競爭力，為推動(dòng)我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)