криогенные клапаны для СПГ
4 мин read
Криогенные клапаны в применении СПГ
Обзор
Сжиженный природный газ (СПГ) - это природный газ, охлажденный до -163°C. При этом газ превращается в жидкость. Жидкая форма легче хранится и транспортируется. Она экономит пространство и снижает затраты. СПГ является высоковоспламеняющимся и взрывоопасным. Поэтому клапаны, используемые на объектах СПГ, должны быть очень надежными и безопасными.
Клапаны составляют небольшую часть общей стоимости на СПГ станциях. Однако они составляют более 50% затрат на техническое обслуживание. Многие аварии на объектах СПГ происходят из-за отказов клапанов. Это может вызвать утечки, остановку работы и даже взрывы.
Клапаны для СПГ
Материалы клапанов
Клапаны для СПГ работают при очень низких температурах, около -163°C. При этой температуре металлы могут становиться хрупкими и небезопасными. Чтобы предотвратить это, клапаны изготавливаются из специальных нержавеющих сталей, таких как 304, 304L, 316 и 316L.
- 304 и 304L: Эти стали прочные и устойчивы к коррозии.
- 316 и 316L: Эти стали обеспечивают лучшую стабильность при низких температурах.
Эти материалы выбираются за их прочность и долговечность. Клапаны проходят специальную обработку, чтобы они оставались прочными и герметичными.
Особые требования
Дизайн и процесс
Предотвращение утечек очень важно. Корпуса клапанов должны быть выполнены из одного куска. Они должны использовать сварные соединения вместо фланцев. Этот дизайн уменьшает количество потенциальных точек утечки.
- Материалы: Предпочтительны низкоуглеродистые нержавеющие стали, такие как 304L или 316L, для сварных частей.
- Испытания: Компоненты должны проходить строгие испытания, такие как ультразвуковые или радиографические.
- Криогенная обработка: Части обрабатываются при -196°C, чтобы они хорошо работали при низких температурах.
Удлиненная крышка
Криогенные клапаны, такие как задвижки, клапаны, шаровые и бабочки, нуждаются в удлиненных крышках. Этот дизайн помогает с изоляцией и предотвращает замерзание.
- Крышка выполнена из того же материала, что и корпус клапана.
- Она приваривается к корпусу клапана и уплотнительному коробу.
- После сварки применяется термообработка для устранения напряжений.
Защита от избыточного давления
Когда клапаны закрыты, пойманный СПГ может испариться из-за окружающего тепла. Это вызывает быстрое повышение давления. Избыточное давление может привести к утечкам или отказу клапана. Клапаны используют внутренние или внешние системы сброса давления для предотвращения этого.
- Внутренний сброс: Используются отверстия или эластичные сиденья для балансировки давления.
- Внешний сброс: Используется клапан на корпусе клапана для выпуска избыточного давления.
Типы криогенных клапанов
Задвижки
Стандартные криогенные задвижки односторонние. Они имеют 3мм отверстие для балансировки давления. Для двустороннего уплотнения используются внешние клапаны сброса давления вместо отверстий.
Шаровые клапаны
Криогенные шаровые клапаны обычно имеют верхнюю загрузку.
- Шаровые клапаны с мягким уплотнением: Экономичны для использования с малым диаметром и низким давлением.
- Шаровые клапаны с твердым уплотнением: Подходят для большего диаметра и высокого давления благодаря стойкости к абразивам.
Для СПГ используются сиденья с мягким уплотнением из PCTFE при температурах до -196°C. Шаровые клапаны с твердым уплотнением используют металл-металл уплотнение для больших размеров и высокого давления.
Бабочки
Криогенные бабочки нуждаются в двустороннем уплотнении. Они обычно сварные.
- Соединение: Сильнее и надежнее фланцев, что облегчает обслуживание.
- Структура: Предпочтительны двойные или тройные эксцентрические структуры. Они минимизируют трение, уменьшают износ и увеличивают срок службы.
Клапаны
Клапаны используют разные уплотнительные поверхности для работы при изменении температуры.
- Предпочтительные уплотнения: Конические или сферические поверхности лучше для криогенного использования.
- Маркировка: Клапаны с двусторонним уплотнением маркируются по направлению потока.
Обратные клапаны
Криогенные обратные клапаны могут быть поворотными, двухпластинчатыми или осевыми типами. Поворотные и двухпластинчатые клапаны более надежны. Клапаны с резьбовыми соединениями и зажимами не рекомендуются из-за рисков утечек.
Уплотнение клапанов
Малый размер и высокая проницаемость СПГ требуют высокого качества уплотнения. Клапаны должны быть разработаны с учетом антистатических, огнеупорных и взрывозащищенных мер.
Уплотнение штока
Утечки клапанов могут быть внутренними или внешними. Внешние утечки более опасны из-за воспламеняемости СПГ. Уплотнения штока используют материалы, такие как PTFE, пропитанные асбестовой веревкой из PTFE или гибкий графит. Эти уплотнения сочетают мягкие и твердые элементы с эластичными устройствами для длительной работы.
- Металлические гофрированные уплотнения: Эти уплотнения используются для нулевых утечек и высокой надежности, соответствуя стандартам TA-Luft.
Уплотнение корпуса
Идеальные криогенные прокладки мягкие при комнатной температуре, но хорошо восстанавливаются при низких температурах. Широкораспространенные прокладки из нержавеющей стали и гибкого графита широко используются. Эти прокладки сохраняют свои свойства даже при низких температурах.
Крепеж
Крепеж должен быть прочным при низких температурах. Они обычно изготавливаются из аустенитной нержавеющей стали. Они проходят упрочнение и смазываются дисульфидом молибдена. Это обеспечивает равномерное распределение нагрузки и предотвращает утечки. Ключи для затяжки должны использоваться для обеспечения правильного натяжения и избежания перегрузки.
Антистатические меры
Криогенные клапаны должны предотвращать накопление статического электричества. Это может вызвать искры и пожары. Антистатические устройства должны быть установлены между компонентами клапана. Это безопасно рассеет статическое электричество. Металлические уплотненные клапаны не требуют этих устройств, но должны проходить испытания на сопротивление.
Криогенные испытания
Клапаны для СПГ проходят традиционные испытания на прочность и герметичность. Они также проходят специфические испытания при низких температурах. Эти испытания обеспечивают работоспособность. Испытания включают:
- Испытание на герметичность набивки и фланцевой прокладки: Отсутствие видимых утечек при -196°C в течение 15 минут при номинальном давлении.
- Испытание на герметичность седла: Мягкие уплотнения не показывают видимых утечек. Твердые уплотнения имеют скорость утечки менее 0,1xDN (мл/с).
- Испытание на работоспособность: Плавная работа без залипания при -196°C в течение пяти циклов.
Заключение
СПГ - это чистый и эффективный источник энергии. Он важен как для потребления энергии, так и для промышленности. Клапаны, используемые для СПГ, работают при -163°C. Они требуют специальных материалов, дизайна, методов уплотнения и технического обслуживания. Криогенные клапаны должны проходить испытания на работоспособность, чтобы использоваться в экстремальных условиях.
FAQS
- Какие материалы используются для клапанов СПГ? Аустенитные нержавеющие стали, такие как 304, 304L, 316 и 316L, используются из-за их характеристик при низких температурах.
- Почему удлиненная крышка необходима для криогенных клапанов? Удлин
енная крышка сохраняет уплотнение выше 0°C, предотвращая его замерзание и обеспечивая плавную работу.
- Какова цель сброса давления в криогенных клапанах? Сброс давления предотвращает избыточное давление, которое может привести к утечкам или отказу клапана.
- Какие типы уплотнений используются для уплотнения штока в криогенных клапанах? Уплотнения штока используют комбинацию мягких и твердых уплотнений с эластичными устройствами для длительной работы.
- Как тестируются криогенные клапаны? Они проходят испытания на прочность, герметичность и работоспособность, включая испытания при низких температурах для обеспечения надежности.