Lng球阀的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种-162℃LNG球阀，根据LNG球阀需要双向密封、双向导通、开关均存在LNG盲区的特点，在球体处沿轴设置四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，能够自动双向导出盲区内的LNG，并有效控制阀门两侧的压力平衡，易于反流控制，起到即可双向开关，又可双向密封LNG的安全效用。同时，采用设置预应力弹簧的可收缩弹性阀杆技术、迷宫密封技术、多重泛塞密封技术的全焊接球阀技术等，可有效降低阀门设计压力及LNG输送系统的设计压力，阀门体积更小，安全性更高，加工制造成本更低。
【专利说明】LNG球阀
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种-162°c LNG球阀，根据LNG球阀需要双向密封、双向开关、开关均存在盲区的特点，在球体处沿径向设置四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，能够自动双向导出盲区内的LNG，并有效控制阀门两侧的压力平衡，易于反流控制，起到即可双向截止，又可双向密封、双向导通LNG的安全效用。同时，采用设置预应力弹簧的可收缩弹性阀杆技术、迷宫密封技术及多重密封的全焊接阀门技术等，根据低温阀体的温差应力自由收缩以适应阀体的温度变化，维持阀门密封面所需预应力，防止温差应变引起的泄漏。可有效降低整体阀杆的高度，缩小LNG球阀的整体尺寸，具备LNG双向截止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】
[0002]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，球阀为主要通断阀门之一，具有流动阻力小，可输送气液固三相流，阀门不易堵塞，控制大流量，可双向密封，双向通断，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。由于传统的球阀存在控制密封面大，密封面多，存在盲区，易于泄漏等特点，不能应用于低温易燃流体等领域，尤其_162°C LNG领域。首先，传统的球阀打开或关闭时都会形成双向密封，阀腔内都存在盲区。LNG为低温流体过热流体，盲区内的LNG在阀门打开或关闭后，由于存在环境热源，盲区内LNG逐渐汽化，温度逐渐上升，压力逐渐增大，上部多层密封及下部主密封面易于破坏，阀门存在爆破等更严重的隐患。为解决这一问题，传统的低温球阀用于低温领域时，通过在阀体外增加管道，连接盲区至球阀出口段，导出低温流体，但这种方法导致盲区与阀门一端连通，损坏了球阀主密封面双向密封、双向截止，双向控制的优势，球阀只能使用一个主密封面，不能起到双向密封的作用。另外，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流体易于反向流动等原因，要求LNG球阀起到双向截止，双向密封的作用，故外加导管连通一侧不能有效解决双向截止的问题。同时，外加导管由于强度等原因易于损坏泄漏，且存在阀体外侧不易于加装保温层，阀体外观不对称等缺点。本发明根据LNG球阀需要双向密封、双向截止的特点，在球体处沿径向设置四个单向导通的压力控制阀门，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，能够自动双向导出盲区内的LNG，并有效控制阀门两侧的压力平衡，易于反流控制，起到即可双向截止，又可双向密封、双向导通LNG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，传统的低温球阀由于存在大量的密封面，容易引起LNG泄漏，如双向主密封面、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°C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，按照迷宫密封的原理，在低温阀杆上部开有多个节流降压的环形齿槽，当阀门打开时，压力较高的LNG经多个环形齿槽连续节流降压后，迅速汽化形成高压气体，并密封于阀门上部，与底部的LNG压力达到平衡，以此抵制LNG直接向上渗透并接触上部密封面，以免冻坏密封面，延长了密封面的使用寿命。节流汽化后的气体，温度升高后，密封于阀门上部，可降低LNG与阀门内表面的传热速度，延缓冷量向上传递，以此降低阀杆及整个阀门的高度，缩小阀门体积。考虑到LNG低温属性，阀门顶部设置多重低温密封，并填充多重密封函，主密封面采用具有内置弹性弹簧的多重泛塞密封，延长密封面长度，增加密封强度，以满足低温密封面对NG及LNG的密封要求。同时，设置全焊型阀门，不再设置传统的阀盖，以下阀体对焊、上下阀体对焊的形式减少密封面，以最大限度的降低LNG泄漏。然后，由于LNG球阀上下温差较大，阀体与LNG接触，阀杆旋转执行器、上阀体及上部阀杆部件与外部大气环境接触，阀门两端存在200°C左右的温差，部件内部存在很大温差应力，尤其阀杆与上阀体之间。LNG阀体一般采用铸钢制造，传热速度较快，需要很长的上阀体及阀杆延迟传热，以防止阀杆旋转执行器等部件温度太低，以免造成低温冻伤。一般要求阀杆延长到不结霜为至。此外，由于阀体一般采用铸钢件，阀杆采用钢性锻件，两者热膨胀系数相差较大，低温工况下存在较大温差应力，相互接触后，低温应变容易导致阀体开裂，阀杆变形，主密封面破坏，LNG无法截止等问题。所以，传统的低温阀门用于LNG领域时，要求阀杆较长以减少局部温差应变，使整个阀门体积较大，以适应于冷收缩及解决较大温差应力等问题。本发明根据LNG低温阀门冷量由阀体向上传递的特点，可根据实际阀门的大小，在上阀体外设置传热系数较大的多重圆形散冷翅片，以阻止冷量向上传递，达到降低阀杆高度的要求。同时，由于采用了迷宫密封的多重节流降压及气化效应，阻止LNG向上渗漏，也可降低阀杆的高度。此外，采用设置预应力的可收缩的弹性阀杆技术，根据低温工况下阀体的温差应力，自由收缩以适应阀体的温度变化，保证密封面的所需的预应力，确保密封面不会因大温差变化而导致泄漏，还可有效降低整体阀杆的高度，缩小球阀的整体尺寸。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。两相流遇到球阀突然截止时，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°C后，会给整个输送系统完全造成极大隐患，所以，一般的LNG球阀或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，在球阀设计过程中，采用采用盲区LNG导出技术、自增压安全平衡技术及弹性阀杆技术，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球体上的压力调节阀导通LNG，起到球阀及安全阀的双重功效，可有效降低LNG球阀的设计压力及LNG输送系统的设计压力，使LNG球阀体积更小，安全性更高，加工制造成本更低。
【发明内容】
[0003]本发明根据_162°C LNG低温输运的特点，发明了 LNG球阀，用于解决传统的在输送LNG时存在的不能双向密封、不能双向导通、密封泄漏、不易安全控制、体积较大、设计笨重、阀杆太长等问题，可提高管道内LNG过程控制效率，降低系统设计压力，缩小阀门体积，提高LNG系统的安全性等。
[0004]本发明的技术解决方案:
LNG球阀，由阀杆旋转执行器(I)、压紧螺母(2)、压紧螺杆(3)、第一密封圈(4)、压紧销(5)、第二密封圈(6)、第三密封圈(7)、第四密封圈(8)、弹性密封圈(9)、左散冷翅片(10)、上阀体(11)、第六密封挡圈(12)、下阀杆(13)、阀杆螺栓(14)、左下阀体(15)、球体(16)、第一压力调节阀(17)、第二压力调节阀(18)、左泛塞密封圈(19)、定位阀杆(20)、定位阀杆螺钉(21)、右泛塞密封圈(22)、第三压力调节阀(23)、第四压力调节阀(24)、右下阀体
(25)、第七密封圈(26)、阀杆螺栓螺母(27)、阀杆弹簧(28)、第六密封圈(29)、上阀杆(30)、右散冷翅片(31)、弹性密封支撑圈(32)、第五密封圈(33)、第三填料函(34)、第二填料函
(35)、第一填料函(36)、填料函压套(37)、填料函压盖(38)、压紧螺母弹簧垫(39)、执行器连接螺栓(40)组成，其中，压力调节阀由锥面第一密封圈(41)、锥面第二密封圈(42)、调节阀阀座(43)、调节阀弹簧(44)、卡箍(45)、销杆(46)、调节阀阀盖(47)、压紧螺钉(48)、弹簧第一垫圈(49 )、弹簧第二垫圈(50 )、调节阀阀杆(51)、调节阀阀体(52 )组成，所述上阀杆
(30)底部通过阀杆螺栓(14)连接下阀杆(13)，下阀杆(13)与上阀杆(30)之间安装阀杆弹簧(28);下阀杆(13)底部安装于球体(16)上部槽内；球体(16)左侧接触左泛塞密封圈
(19)，左泛塞密封圈(19)安装于左下阀体(15)内，形成左侧主密封面；球体(16)右侧接触右泛塞密封圈(22)，右泛塞密封圈(22)安装于右下阀体(25)内，形成右侧主密封面；球体
(16)下部接触定位阀杆(20)，定位阀杆(20)通过定位阀杆螺钉(21)固定安装于左下阀体
(15)底部；左下阀体(15)与右下阀体(25)焊接并形成整个下阀体；球体(16)左侧上面安装第一压力调节阀(17)，下面安装第二压力调节阀(18);球体(16)右侧上面安装第四压力调节阀(24)，下面安装第三压力调节阀(23 );上阀杆(30 )外部安装上阀体(11)，上阀体(11)中部外表面安装圆形左散冷翅片(10)及右散冷翅片(31)，左散冷翅片(10)与右散冷翅片
(31)对接形成整体多层圆环形外置散冷翅片；上阀体(11)底部与左下阀体(15)顶部对焊，下部内表面安装第六密封挡圈(12)，第六密封挡圈(12)上部安装第六密封圈(29);上阀体
(11)中部内表面安装弹性密封圈(9)，弹性密封圈(9)底部安装弹性密封支撑圈(32);弹性密封圈(9)上部向上依次安装第五密封圈(33)、第四密封圈(8)、第三填料函(34)、第三密封圈(7)、第二填料函(35)、第二密封圈(6)、第一填料函(36)、第一密封圈(4);第一密封圈(4)上部安装填料函压套(37)，填料函压套(37)顶部安装填料函压盖(38)，填料函压盖
(38)上安装压紧螺母弹簧垫(39)及压紧螺母(2);上阀体(11)上部通过执行器连接螺栓
(40)连接阀杆旋转执行器(I);调节阀阀杆(51)右侧螺纹连接调节阀阀盖(47);调节阀阀盖(47)安装于调节阀阀座(43)内；调节阀阀座(43)通过压紧螺钉(48)连接调节阀阀体(52 );销杆(46 )穿过调节阀阀盖(47 )及调节阀阀杆(51);卡箍(45 )安装于调节阀阀盖(47 )卡槽内；调节阀弹簧(44)安装于调节阀阀盖(47)与调节阀阀座(43)内，中心为调节阀阀杆(51)，右侧与弹簧第一垫圈(49)接触，左侧与弹簧第二垫圈(50)接触；调节阀弹簧(44)预紧调节阀阀杆(51)左侧阀芯锥面与调节阀阀体(52)左侧扩压罩内表面形成密封面；锥面第一密封圈(41)、锥面第二密封圈(42)从左至右依次安装于调节阀阀杆(51)左侧阀芯锥面密封槽内。
[0005]第一压力调节阀(17 )与第四压力调节阀(24)沿球体(16 )径向安装于球体(16 )上半球。球阀关闭时，第一压力调节阀(17)出口向左且进口与球阀盲区内LNG接通，第四压力调节阀(24)出口向右且进口与球阀盲区内LNG接通，用于导出盲区内LNG ;球阀打开时，第一压力调节阀(17)与第四压力调节阀(24)出口均与盲区接通；LNG自球阀左侧向右侧流动时，第一压力调节阀(17)开启压力可根据阀腔盲区内LNG汽化压力设定，高于球阀输送压力，低于第四压力调节阀(24)设定调节压力。
[0006]第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)沿球体(16)径向安装于球体(16)下半球。球阀关闭时，第二压力调节阀(18)进口向左且出口与球阀盲区内LNG接通，第三压力调节阀(23 )进口向右且出口与球阀盲区内LNG接通，第二压力调节阀(18 )用于球阀左侧管道安全控制，第三压力调节阀(23)用于球阀右侧管道安全控制；球阀打开时，第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)进口均与盲区LNG接通，当盲区LNG压力大于第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)控制压力时，盲区LNG通过第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)导入LNG主流；第二压力调节阀(18)开启压力根据左侧管道安全压力设定，第三压力调节阀(23)开启压力根据右侧管道安全压力设定，第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)开启压力均小于球阀设计压力，大于第一压力调节阀(17)与第四压力调节阀(24)开启压力。
[0007]压力调节阀工作时，LNG自右侧调节阀阀座(43)顶部通孔进入调节阀阀座(43)与调节阀阀体(52)之间环形通道，并作用于调节阀阀杆(51)锥形密封面，当压力大于调节阀弹簧(44)设定预紧压力时，推动调节阀阀杆(51)，带动调节阀阀盖(47)向左运动，调节阀打开并泄放LNG，以此调节压力。四个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(47)与调节阀阀杆(51)之间的调节阀弹簧(44)预紧力调节，预紧力通过旋转调节阀阀盖(47)并改变调节阀弹簧(44)预紧高度的方法实现。
[0008]球体(16 )沿径向开有可连接第一压力调节阀(17 )、第二压力调节阀(18 )、第三压力调节阀(23)、第四压力调节阀(24)的通孔，第一压力调节阀(17)、第二压力调节阀(18)、第三压力调节阀(23 )、第四压力调节阀(24)通过调节阀阀体(52 )焊接于球体(16 )对应通孔内。
[0009]上阀杆(30)中部外表面连续开有多个环形齿槽，齿槽可根据实际节流需要工况，设计成矩形齿或螺纹形齿，起到迷宫密封作用。
[0010]上阀杆(30 )底部沿径向开有通孔，通孔沿上阀杆(30 )轴向向上扩展，并有两条直边；阀杆螺栓(14)中部穿过上阀杆(30)底部长通孔，两端穿透下阀杆(13)外壁并固定；阀杆螺栓(14 )可沿上阀杆(30 )底部通孔沿上阀杆(30 )轴向上下运动。
[0011]上阀杆(30)底部设有圆形凸台，凸台以下上阀杆(30)直径缩小后深入至下阀杆
(13)中部，下阀杆(13)为圆形中空结构，中部设置圆形凸台。
[0012]阀杆弹簧(28)预紧后安装于下阀杆(13)外表面，顶部与上阀杆(30)底部凸台下表面接触，底部与下阀杆(13)中部凸台上表面接触。
[0013]左泛塞密封圈(19)与右泛塞密封圈(22)内并列设置多个不锈钢弹簧，延长密封面长度，增加密封强度。
[0014]方案所涉及的原理问题:
首先，应用LNG自增压原理，导出球阀盲区内LNG。球阀无论打开或关闭，都存在盲区，当LNG自球阀左侧向右侧流动时，球阀关闭后，双向密封导致阀腔内形成LNG盲区，LNG无法排出，此时，外界环境提供热源加热盲区内的LNG，LNG受热后，饱和温度升高，对应饱和压力升高，自增压开始并很快超过管道内部压力，然后，盲区内的LNG自增压后打开安装于球体(16)上的第一压力调节阀(17)并反流LNG。当盲区LNG自增压压力低于左侧LNG设定主流压力时，第一压力调节阀(17)关闭，盲区LNG继续自增压，压力达到第四压力调节阀(24)开启压力时，第四压力调节阀(24)打开，盲区内LNG通过球阀右侧排出，可保证球阀安全，不至于主密封面破坏，阀门爆炸。反之，当LNG自球阀右侧向左侧流动时，可调换第一压力调节阀(17)与第四压力调节阀(24)的安装位置，原理与上相同。第一压力调节阀(17)与第四压力调节阀(24)沿球体(16)径向安装于球体(16)上半球。球阀关闭时，第一压力调节阀(17)出口向左且进口与球阀盲区内LNG接通，第四压力调节阀(24)出口向右且进口与球阀盲区内LNG接通，用于导出盲区内LNG;球阀打开时，第一压力调节阀(17)与第四压力调节阀(24)出口均与盲区接通；LNG自球阀左侧向右侧流动时，第一压力调节阀(17)开启压力可根据阀腔盲区内LNG汽化压力设定，高于球阀输送压力，低于第四压力调节阀(24)设定调节压力。第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)沿球体(16)径向安装于球体
(16)下半球，球阀关闭时，第二压力调节阀(18)进口向左且出口与球阀盲区内LNG接通，第三压力调节阀(23 )进口向右且出口与球阀盲区内LNG接通，第二压力调节阀(18 )用于球阀左侧管道安全控制，第三压力调节阀(23)用于球阀右侧管道安全控制；当管道左侧压力由于左侧LNG自增压增高，并达到第二压力调节阀(18)控制压力时，第二压力调节阀(18)打开，LNG进入盲区，再打开第四压力调节阀(24)，LNG排入球阀右侧，管道两侧压力迅速达到平衡。当管道右侧压力由于右侧LNG自增压增高，并达到第三压力调节阀(23)控制压力时，第三压力调节阀(23)打开，LNG进入盲区，再打开第一压力调节阀(17)，LNG排入球阀左侧，两侧压力迅速达到平衡。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。球阀打开时，第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)进口均与盲区LNG接通，当盲区LNG压力大于第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)控制压力时，盲区LNG通过第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)导入LNG主流；第二压力调节阀(18)开启压力根据左侧管道安全压力设定，第三压力调节阀(23)开启压力根据右侧管道安全压力设定，第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)开启压力均小于球阀设计压力，大于第一压力调节阀(17)与第四压力调节阀(24)开启压力。然后，应用迷宫密封节流降压的原理，将阀门上部设置为NG段，下部为LNG段，以此保护阀门上部密封。在_162°C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，采用球阀后，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螺旋密封材料极易破坏，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，按照迷宫密封的原理，在低温阀杆上部开有多个节流降压的环形齿槽，当阀门打开时，压力较高的LNG经多个环形齿槽节流降压后，迅速汽化形成高压气体，并密封于阀门上部，与底部的LNG压力达到平衡，以此抵制LNG直接向上渗透并接触上部密封面，以免冻坏密封面。节流汽化后的气体，温度升高后，密封于阀门上部，可延缓冷量向上传递，即可降低阀杆及整个阀门的高度。考虑到LNG低温属性，阀门顶部设置多重低温密封，并填充多重密封函，主密封面采用具有内置弹性弹簧的多重泛塞密封，延长密封面长度，增加密封强度，以满足低温密封NG及LNG的要求，同时，设置全焊型阀门，不再设置阀盖，以上阀体与下阀体对焊的形式减少密封面数量。其次，应用可变长度的弹性阀杆，解决不同材料低温应变的问题。由于LNG球阀上下温差较大，阀体与LNG接触，阀杆旋转执行器等部件与外部大气环境接触，阀门两端存在200°C左右的温差，部件内部存在很大温差应力，尤其阀杆与上阀体之间，而LNG阀体一般采用铸钢制造，传热速度较快，所以要求较长的阀杆，保证阀杆旋转执行器等部件温度不能太低，以免造成低温冻伤，一般要求阀杆长到不结霜为至。此外，由于阀体一般采用铸钢件，阀杆采用钢性锻件，两者热膨胀系数相差较大，低温工况下存在较大温差应力，相互接触后容易导致阀体开裂，阀杆变形，主密封面破坏，LNG无法截止等问题。所以，传统的低温阀门用于LNG领域时，要求阀杆较长，整个阀门体积较大，以适应于冷收缩及解决较大温差应变等问题。本发明根据LNG低温阀门冷量由阀体向上传递的特点，可根据实际阀门的大小，在上阀体外设置传热系数较大的多重圆形散冷翅片，以阻止冷量向上传递，达到降低阀杆高度的要求。同时，由于采用了迷宫密封的多重节流降压及气化效应，阻止LNG向上渗漏，降低传热速度，也可有效降低阀门的高度。此外，采用设置预应力弹簧的可收缩的弹性阀杆技术，可根据低温工况下阀体的温差应力自由收缩以适应阀体的温度变化，同时保证密封面的所需的预应力，确保主密封面不会因大温差应变而导致泄漏，即可有效降低整体阀门的高度，缩小LNG球阀的整体尺寸。最后，应用低温预紧应力与输送压力匹配的原理，解决LNG球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。两相流遇到球阀突然截时，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°C，给整个输送系统的完全造成极大隐患。所以，一般的低温球阀或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，在球阀设计过程中，采用盲区LNG导出技术，自增压安全平衡技术，弹性阀杆技术，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，可导通LNG，起到球阀及安全阀的双重功效，可有大大降低LNG球阀的设计压力及LNG输送系统的设计压力，阀门体积更小，安全性更高，力口工制造的成本更低。
[0015]本发明的技术特点:
首先，本发明根据LNG球阀需要双向密封、双向截止的特点，在球体处沿轴设置四个单向导通的压力控制阀门，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，在球阀打开或关闭时，均能够自动双向导出盲区内的LNG，并有效控制阀门两侧的压力平衡，易于反流控制，起到即可双向截止，又可双向密封、双向导通LNG的安全效用。然后，本发明根据LNG低温渗漏特点，按照迷宫密封的原理，在低温阀杆上部开有多个节流降压的环形齿槽，当阀门打开时，压力较高的LNG经多个环形齿槽节流连续降压后，迅速汽化形成高压气体，并密封于阀门上部，与底部的LNG压力达到平衡，以此抵制LNG直接向上渗透并接触上部密封面，以免密封面冻坏，延长了密封面的寿命。节流汽化后的气体，温度升高后，密封于阀门上部，可降低LNG与阀门内表面的传热速度，延缓冷量向上传递，以此，可降低阀杆及整个阀门的高度，缩小阀门体积，便于阀门管理。考虑到LNG低温属性，阀门顶部设置多重低温密封，并填充多重密封函，主密封面采用具有内置弹性弹簧的多重泛塞密封，延长密封面长度，增加密封强度，以满足低温密封面对NG及LNG的密封要求。同时，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。其次，本发明根据LNG低温阀门冷量由阀体向上传递的特点，可根据实际阀门的大小，在上阀体外设置传热系数较大的多重圆形散冷翅片，以阻止冷量向上传递，达到降低阀杆高度的要求。同时，由于采用了迷宫密封的多重节流降压及气化效应，阻止LNG向上渗漏，也可降低阀杆的高度。采用设置预应力的可收缩的弹性阀杆技术，可根据低温工况下阀体的温差应力，自由收缩以适应阀体的温度变化，保证密封面的所需的预应力，确保密封面不会因大温差变化而导致泄漏，还可有效降低整体阀杆的高度，缩小球阀的整体尺寸。最后，本发明根据LNG易过临界的特性，在球阀设计过程中，采用盲区LNG导出技术，自增压安全平衡技术，弹性阀杆技术，可有效降低LNG球阀的设计压力及LNG输送系统的设计压力，使LNG球阀体积更小，安全性更高，加工制造成本更低。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1所示为LNG球阀关闭时的主要部件及安装位置关系。
[0017]图2所示为LNG球阀打开时的主要部件及安装位置关系。
[0018]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】
[0019]加工制造LNG球阀主要部件，包括阀杆旋转执行器(I)、压紧螺母(2)、压紧螺杆
(3)、第一密封圈(4)、压紧销(5)、第二密封圈(6)、第三密封圈(7)、第四密封圈(8)、弹性密封圈(9)、左散冷翅片(10)、上阀体(11)、第六密封挡圈(12)、下阀杆(13)、阀杆螺栓(14)、左下阀体(15)、球体(16)、第一压力调节阀(17)、第二压力调节阀(18)、左泛塞密封圈
(19)、定位阀杆(20)、定位阀杆螺钉(21)、右泛塞密封圈(22)、第三压力调节阀(23)、第四压力调节阀(24)、右下阀体(25)、第七密封圈(26)、阀杆螺栓螺母(27)、阀杆弹簧(28)、第六密封圈(29)、上阀杆(30)、右散冷翅片(31)、弹性密封支撑圈(32)、第五密封圈(33)、第三填料函(34)、第二填料函(35)、第一填料函(36)、填料函压套(37)、填料函压盖(38)、压紧螺母弹簧垫(39)、执行器连接螺栓(40)，其中，压力调节阀包括锥面第一密封圈(41)、锥面第二密封圈(42)、调节阀阀座(43)、调节阀弹簧(44)、卡箍(45)、销杆(46)、调节阀阀盖
(47)、压紧螺钉(48)、弹簧第一垫圈(49)、弹簧第二垫圈(50)、调节阀阀杆(51)、调节阀阀体(52)等部件，在-162°C低温工况下，根据系统要求，调节并校正阀杆弹簧(28)预应力，并在预紧状态下安装于阀杆，使阀杆弹簧(28)预应力大于LNG管道内工作压力。然后，在低温工况下，调节并校正第一压力调节阀(17)、第二压力调节阀(18)、第三压力调节阀(23)、第四压力调节阀(24)的设定控制压力，旋转调节阀阀盖(47)并改变调节阀弹簧(44)预紧高度，调节阀阀盖(47)与调节阀阀杆(51)之间的调节阀弹簧(44)预紧力，调节完成后，再根据调节阀阀杆(51)与调节阀阀盖(47)所在相对位置，开孔并安装销杆(46)及卡箍(45)，调节校正完成后，安装于球体(16)上。然后，安装主要部件，焊接上阀体(11)与左下阀体
(15),再焊接左下阀体(15)与右下阀体(25)。最后，将LNG球阀下阀体两端焊接于LNG管道中，并加装保温层。
[0020]当需要阀门关闭时，通过阀杆旋转执行器(I)旋转上阀杆(30)顶部，上阀杆(30)带动下阀杆(13)旋转,下阀杆(13)带动球体(16)旋转并关闭球阀,主流LNG截断。当LNG自球阀左侧向右侧流动时，球阀关闭后，双向密封导致阀腔内形成LNG盲区，LNG无法排出，此时，外界环境提供热源加热盲区内的LNG，LNG受热后，饱和温度升高，对应饱和压力升高，自增压开始并很快超过管道内部压力，然后，盲区内的LNG自增压后打开安装于球体(16)上的第一压力调节阀(17)并反流LNG。当盲区LNG自增压压力低于左侧设定主流压力时，第一压力调节阀(17)关闭，并继续自增压，压力达到第四压力调节阀(24)开启压力时，第四压力调节阀(24)打开，盲区LNG通过球阀右侧排出。当球阀关闭后，主管道内的LNG自增压后，管道压力迅速增大，可通过第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)排出LNG，以达到管道高压端泄压并保持压力平衡。当管道左侧压力由于左侧LNG自增压增高，并达到第二压力调节阀(18)控制压力时，第二压力调节阀(18)打开，LNG进入盲区，再打开第四压力调节阀(24)，LNG排入球阀右侧，两侧压力迅速达到平衡。当管道右侧压力由于右侧LNG自增压增高，并达到第三压力调节阀(23)控制压力时，第三压力调节阀(23)打开，LNG进入盲区，再打开第一压力调节阀(17)，LNG排入球阀左侧，两侧压力迅速达到平衡。球阀关闭时，冷量通过下阀体向上传递，经上阀体(11)中部安装的左散冷翅片(10)及右散冷翅片(31)散入大气环境，以确保阀门上端不结霜。上阀杆(30)及下阀杆(13)与上阀体(11)之间由于温差应力产生的相互作用力可通过阀杆弹簧(28)改变整体阀杆长度的方式自适应调节。
[0021]当阀门需要打开时，通过阀杆旋转执行器(I)旋转上阀杆(30)，上阀杆(30)带动下阀杆(13)旋转，下阀杆(13)带动球体(16)回转90°后打开，LNG主流导通，LNG通过下阀体左侧沿中部密封面向右侧流动，盲区内充满LNG。当盲区LNG压力大于第二压力调节阀(18)或第三压力调节阀(23)控制压力时，盲区LNG通过第二压力调节阀(18)或第三压力调节阀(23)打开并进入主流LNG。盲区内LNG有一少部分通过第六密封圈(32)沿上阀杆(30)外表面向上渗透运动，经上阀杆(30)中部的环形迷宫密封节流降压并汽化，汽化后温度升高，并经上部弹性密封圈(9)、第五密封圈(33)、第四密封圈(8)、第三填料函(34)、第三密封圈(7)、第二填料函(35)、第二密封圈(6)、第一填料函(36)、第一密封圈(4)等密封于阀体上部。阀门主要通过上阀体(11)内的LNG向上传递冷量，主要冷量经上阀体(11)中部安装的左散冷翅片(10)及右散冷翅片(31)散入大气环境，少部冷量通过上阀杆(30)向上传递，经迷宫密封内的气体散冷后，再传递至阀门顶部。上阀杆(30)及下阀杆(13)与上阀体(11)之间产生的温差应变可通过阀杆弹簧(28)自动调节。
【权利要求】
1.LNG球阀，由阀杆旋转执行器(I)、压紧螺母(2)、压紧螺杆(3)、第一密封圈(4)、压紧销(5)、第二密封圈(6)、第三密封圈(7)、第四密封圈(8)、弹性密封圈(9)、左散冷翅片(10)、上阀体(11)、第六密封挡圈(12)、下阀杆(13)、阀杆螺栓(14)、左下阀体(15)、球体(16)、第一压力调节阀(17)、第二压力调节阀(18)、左泛塞密封圈(19)、定位阀杆(20)、定位阀杆螺钉(21)、右泛塞密封圈(22)、第三压力调节阀(23)、第四压力调节阀(24)、右下阀体(25)、第七密封圈(26)、阀杆螺栓螺母(27)、阀杆弹簧(28)、第六密封圈(29)、上阀杆(30)、右散冷翅片(31)、弹性密封支撑圈(32)、第五密封圈(33)、第三填料函(34)、第二填料函(35 )、第一填料函(36 )、填料函压套(37 )、填料函压盖(38 )、压紧螺母弹簧垫(39 )、执行器连接螺栓(40)组成，其中，压力调节阀由锥面第一密封圈(41)、锥面第二密封圈(42),调节阀阀座(43)、调节阀弹簧(44)、卡箍(45)、销杆(46)、调节阀阀盖(47)、压紧螺钉(48)、弹簧第一垫圈(49)、弹簧第二垫圈(50)、调节阀阀杆(51)、调节阀阀体(52)组成，其特征在于:所述上阀杆(30)底部通过阀杆螺栓(14)连接下阀杆(13)，下阀杆(13)与上阀杆(30)之间安装阀杆弹簧(28);下阀杆(13)底部安装于球体(16)上部槽内；球体(16)左侧接触左泛塞密封圈(19)，左泛塞密封圈(19)安装于左下阀体(15)内，形成左侧主密封面；球体(16)右侧接触右泛塞密封圈(22)，右泛塞密封圈(22)安装于右下阀体(25)内，形成右侧主密封面；球体(16)下部接触定位阀杆(20)，定位阀杆(20)通过定位阀杆螺钉(21)固定安装于左下阀体(15)底部；左下阀体(15)与右下阀体(25)焊接并形成整个下阀体；球体(16)左侧上面安装第一压力调节阀(17)，下面安装第二压力调节阀(18);球体(16)右侧上面安装第四压力调节阀(24)，下面安装第三压力调节阀(23);上阀杆(30)外部安装上阀体(11)，上阀体(11)中 部外表面安装圆形左散冷翅片(10)及右散冷翅片(31)，左散冷翅片(10)与右散冷翅片(31)对接形成整体多层圆环形外置散冷翅片；上阀体(11)底部与左下阀体(15)顶部对焊，下部内表面安装第六密封挡圈(12)，第六密封挡圈(12)上部安装第六密封圈(29);上阀体(11)中部内表面安装弹性密封圈(9)，弹性密封圈(9)底部安装弹性密封支撑圈(32);弹性密封圈(9)上部向上依次安装第五密封圈(33)、第四密封圈(8)、第三填料函(34)、第三密封圈(7)、第二填料函(35)、第二密封圈(6)、第一填料函(36)、第一密封圈(4);第一密封圈(4)上部安装填料函压套(37)，填料函压套(37)顶部安装填料函压盖(38)，填料函压盖(38)上安装压紧螺母弹簧垫(39)及压紧螺母(2);上阀体(11)上部通过执行器连接螺栓(40 )连接阀杆旋转执行器(I);调节阀阀杆(51)右侧螺纹连接调节阀阀盖(47);调节阀阀盖(47)安装于调节阀阀座(43)内；调节阀阀座(43)通过压紧螺钉(48)连接调节阀阀体(52);销杆(46)穿过调节阀阀盖(47)及调节阀阀杆(51);卡箍(45)安装于调节阀阀盖(47)卡槽内；调节阀弹簧(44)安装于调节阀阀盖(47)与调节阀阀座(43)内，中心为调节阀阀杆(51)，右侧与弹簧第一垫圈(49)接触，左侧与弹簧第二垫圈(50)接触；调节阀弹簧(44)预紧调节阀阀杆(51)左侧阀芯锥面与调节阀阀体(52)左侧扩压罩内表面形成密封面；锥面第一密封圈(41)、锥面第二密封圈(42)从左至右依次安装于调节阀阀杆(51)左侧阀芯锥面密封槽内。
2.根据权利要求1所述的LNG球阀，其特征在于:球体(16)沿径向开有可连接第一压力调节阀(17)、第二压力调节阀(18)、第三压力调节阀(23)、第四压力调节阀(24)的通孔，第一压力调节阀(17)、第二压力调节阀(18)、第三压力调节阀(23)、第四压力调节阀(24)通过调节阀阀体(52 )焊接于球体(16 )对应通孔内。
3.根据权利要求1所述的LNG球阀，其特征在于:球阀关闭时，第一压力调节阀(17)出口向左且进口与球阀盲区内LNG接通，第四压力调节阀(24)出口向右且进口与球阀盲区内LNG接通，用于导出盲区内LNG;球阀打开时，第一压力调节阀(17)与第四压力调节阀(24)出口均与盲区接通；LNG自球阀左侧向右侧流动时，第一压力调节阀(17)开启压力可根据阀腔盲区内LNG汽化压力设定，高于球阀输送压力，低于第四压力调节阀(24)设定调节压力。
4.根据权利要求1所述的LNG球阀，其特征在于:球阀关闭时，第二压力调节阀(18)进口向左且出口与球阀盲区内LNG接通，第三压力调节阀(23)进口向右且出口与球阀盲区内LNG接通，第二压力调节阀(18)用于球阀左侧管道安全控制，第三压力调节阀(23)用于球阀右侧管道安全控制；球阀打开时，第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)进口均与盲区LNG接通，当盲区LNG压力大于第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)控制压力时，盲区LNG通过第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)导入LNG主流；第二压力调节阀(18)开启压力根据左侧管道安全压力设定，第三压力调节阀(23)开启压力根据右侧管道安全压力设定，第二压力调节阀(18)与第三压力调节阀(23)开启压力均小于球阀设计压力，大于第一压力调节阀(17)与第四压力调节阀(24)开启压力。
5.根据权利要求1所述的LNG球阀，其特征在于:通过调节阀阀盖(47)与调节阀阀杆(51)之间的调节阀弹簧(44)预紧力调节，预紧力通过旋转调节阀阀盖(47)并改变调节阀弹簧(44)预紧高度调节，调节完成后，再根据调节阀阀杆(51)与调节阀阀盖(47)所在相对位置，开孔 并安装销杆(46 )及卡箍(45 )。
【文档编号】F16K41/02GK103791116SQ201410060746
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2014年2月24日
【发明者】张周卫, 汪雅红, 张小卫, 薛佳幸, 李跃 申请人:张周卫