LNG用低温阀门的种类、选材及生产制造工艺全解析

1.调节阀

包括单座直通阀和多级降压调节阀，用于精确控制LNG在生产、储存和运输过程中的流量和压力。调节阀在LNG工厂的液化单元和储存单元中尤为重要，它们可以占到整个工厂阀门总量的30%左右。

2.球阀

由于结构简单、密封性好、流动阻力小，球阀在LNG领域得到了广泛应用。特别是在LNG接收站中，球阀的使用量非常大，约占超低温阀门总量的75%。

3.截止阀

用于开启或切断LNG的流动。它们在需要精确控制流体的地方非常有用。

4.止回阀

防止LNG反向流动，保护管道系统免受压力冲击。

5.呼吸阀

在LNG储存单元中，呼吸阀用于平衡储罐内外的压力，防止因压力波动造成的损害。

6.超低温轴流式止回阀

具有节能、降噪、低流阻、防水锤、开关迅速等特点，被广泛应用于油气集输管线上，大型LNG接收站的关键需要止逆的部位也需要运用轴流式止回阀。

7.热熔紧急切断阀（热熔阀）

通常为低温介质紧急切断阀，用于低温工况，适用于氧、氮、氩、液化天然气及乙烯等的低温介质。

随着LNG产业的快速发展，低温阀门的需求量日益增加，尤其是在LNG工厂和LNG接收站中。据统计，一个大型LNG接收站项目中超低温阀门的使用量能够达到约3500台，占阀门总量的90%以上。随着技术的进步，一些国内企业也在低温阀门领域取得了突破，开始打破国外企业的垄断，实现了国产化。

材料的选用是阀门强度可靠度和使用寿命的主要因素，阀门在低温介质及周围环境温度下应具有长时间工作能力，一般使用寿命为10年或3000~5000次循环。目前LNG低温阀主要材质为奥氏体不锈钢，常用的有A351 CF8，A351 CF8M，A182 F304，A182 F316。

LNG低温阀的密封面类型和材料的选用，一般采用硬密封。随着工况上温度的降低，氟塑料收缩量很大，会使密封性能下降，容易引起泄漏。石棉填料无法避免渗透性泄漏，而且橡胶对液化天然气有泡胀性，在低温下不可使用。所以LNG低温球阀的阀座密封宜选用金属+内嵌软密封，而软密封材料为PCTFE，阀杆填料通常建议使用“唇形密封圈+石墨”组合密封结构。

在低温阀门设计中，一方面有结构设计来保证使填料处于接近环境温度下工作，例如采用长颈阀盖结构，使填料函离低温介质尽量远些，另一方面在选择填料时要考虑填料的低温特性。低温阀中一般采用浸渍四氟乙烯的石棉填料，也可以选择柔性石墨和编制石墨组合结构的填料函。这种材料对气体、液体均不渗透，在厚度方向上有10%~15%的压缩量，较低的紧固压力就可达到密封。并且它还有自润滑性，用作阀门填料可以防止填料与阀杆的磨损。

低温阀门用垫片必须在常温、低温及温度变化下具有可靠的密封性和复原性。由于垫片材料在低温下会硬化和降低塑性，所以应选择性能变化小的垫片材料，一般采用耐酸钢带夹石墨缠制而成的缠绕式垫片，或聚四氟乙烯和耐酸钢带绕制而成的缠绕式垫片。石墨与耐酸钢绕制而成的缠绕式垫片比较理想，可用于-200℃的低温工况。

设计时，根据最低使用温度选择适当的紧固件材料，根据美国ASTM标准低温阀门中使用的具有代表性的材料。温度低于-100℃时，紧固件材料采用奥氏体不锈钢制造，螺栓需用奥氏体不锈钢二级材料。装配时为防止螺母和螺栓咬死，螺母一般采用Mo钢和Ni钢，同时在螺纹表面涂二硫化钼。

LNG低温用阀门制造需有严格的工艺规定，铸件表面必须是均匀一致的喷丸表面，不锈钢材质均做酸洗钝化处理，内腔、通道不允许有粘砂、焊珠、焊疤、毛贼刺、尖角及其它多余的附着物，钝化膜应无锈点、斑点或发毛现象；机加工零件在机加工过程中应避免产生打磨痕迹，同时避免磕碰伤；密封面表面粗糙度在Ra1.6以上，阀盖上密封面分别用180/400目砂纸进行研磨，表面粗糙度在Ra0.4以上；加工的同时，保证阀盖填料函孔尺寸公差及表现粗粮度Ra1.6及同心度不超过0.08；阀杆与填料接触部位采用冷挤压工艺，表现粗糙度在Ra0.4以上。

对楔式闸阀，闸板必须加工泄放孔，闸板2 mm弹性槽间隙加工应对称；截止阀阀座和阀瓣密封面角度有1°的误差，且阀瓣密封面在阀座密封面的下口处密封。阀座和阀瓣密封面必须堆焊钴基合金，密封面硬度可以不需要硬度差，但是需进行着色检查，合格后阀体座圈密封面研磨，先用36目铁砂纸研磨，再用180目红砂纸研磨，最后用400目砂纸研磨，表面粗糙度在Ra0.4以上。

对工作温度在-101℃以下的LNG用低温阀门，其关键零件在精加工之前要经过深冷处理，即将这些零件浸入液氮中，当液氮面无沸腾现象后记时，保持2小时（工件最大厚度≤50 mm），保持3小时（工件最大厚度＞50 mm）。深冷处理可以减小因温度变化和金相组织变化引起的变形。LNG用低温阀门生产中，深冷处理技术是用于LNG用低温阀门领域中的一种特殊的零部件，其主要原料是奥氏体不锈钢，它在低温下会发生马氏体金相转化，因为体心立方晶体的比容大于平面立方晶体的比容，使零件在低温时发生体积膨胀，使零件发生变形。

温度的下降也会引起金属的收缩，因为部件的各个部位不均匀的收缩而形成温度应力，而温度应力超过了屈服极限，则会使部件发生不可逆的永久变形。低温处理的目标是在精加工前充分地进行相变和变形，确保成品和零件结构的稳定性。通过对低温阀门零件进行低温处理，可以使零件的硬度、耐磨性能得到改善，使其尺寸得到稳定，并能增强其抗冲击韧性。马氏体不锈钢的耐蚀性能得到了成倍的改善，还可以提高有色金属的导电性、耐腐蚀性能、耐磨性、减少模具变形、开裂、提高零件的尺寸精度。

LNG低温用阀门装配时中法兰螺栓、活节螺栓、压盖螺纹配合处理及螺母背面必须涂二硫化钼，多余的露在外面的应清除干净，阀杆螺母螺纹及凸台处涂硅脂，内腔及密封面严禁上油；装配、试验过程中应避免打磨及磕碰伤，用规定扭矩，对阀门进行常规试验，按API 598[13]标准实验，包括低压实验和高压实验，实验介质为氮气100%。

试验合格后对整机进行超声波清洗后并解体，解体后的零部件摆放整齐，再二次对密封面进行研磨，密封面必须研磨至镜面Ra0.2以上，直至密封面无砂纸痕迹；由于超低温阀门的零件必须干燥和脱脂，所以采用SGT28-7200超声波清洗机和INT-100高效水基金属清洗剂对零件进行脱脂，清洗剂浓度为5~6%，水温加热到60~70℃。对于不锈钢阀门试验用水的氯离子的含量应在30 ppm以下。完成后对阀体等零部件清洗，并用干净的压缩空气将零部件吹干，座圈与阀体的缝隙用热风枪吹干；将清洗干净的阀体放到垫有干净纸的铲板上，并盖上塑料袋。等所有工序完成后对阀门进行依次装配。