本文(wen)主(zhu)要內(nei)容為(wei)介紹LNG接收站、天(tian)然氣液化工(gong)廠用低溫(wen)閥門的(de)實(shi)際應用概況。針(zhen)對LNG領域苛刻工況用J-T閥的(de)(de)選(xuan)型要點展開論述，總結提出低(di)溫(wen)閥門(men)工(gong)程設計的(de)(de)注意事(shi)項，并提出國(guo)產閥門(men)推(tui)廣應用(yong)的(de)(de)下一步(bu)工(gong)作建議(yi)。

LNG作(zuo)為(wei)一種(zhong)高(gao)效(xiao)的(de)、可儲存的(de)清潔能源，在產業鏈(lian)的(de)各個環(huan)節上都具有(you)廣闊的(de)發展前景。國(guo)內天(tian)然氣液化工廠主要以小型為(wei)主，湖北黃岡處理(li)規(gui)模已達到120萬噸/年的(de)液化能力。國(guo)內其他(ta)LNG接(jie)收(shou)站(zhan)儲(chu)備規模(mo)也在不斷擴(kuo)大，截(jie)至目前(qian)中國(guo)海油已投產6座LNG接收站(zhan)，LNG年(nian)接收能力超(chao)過(guo)2400萬噸/年。

在(zai)LNG產業(ye)的(de)快(kuai)速發展過程中，與(yu)(yu)其配套的(de)低溫閥門需求量與(yu)(yu)日俱增。由于LNG具有易燃易爆超低溫的顯著特點，且LNG工廠通常(chang)地處海邊鹽霧環(huan)境，因此對低溫閥門的選(xuan)型設計提(ti)出更(geng)高的要求。目(mu)前國(guo)內大部(bu)分站場的LNG用深(shen)冷(leng)閥門(men)仍(reng)需進口，有些苛刻工況(kuang)用低溫閥門(men)仍(reng)被國(guo)外所壟斷，如J-T閥、大型LNG儲(chu)罐的(de)呼吸閥、大(da)口徑高磅級(ji)閥門等。盡管國內材質設計已滿足低溫要求，但某些零部件(jian)的(de)承(cheng)壓和(he)密封(feng)性能仍需改(gai)進優化。

　  LNG用(yong)低(di)溫(wen)閥門型式

小型天然氣液(ye)化工(gong)廠中，低(di)溫閥門(men)主要集中在(zai)液(ye)化單元和(he)LNG儲存單元，壓力等級不高，內徑較小，其中較為(wei)苛刻工況為(wei)混合(he)制冷(leng)循環工藝還用低溫混合(he)制冷(leng)劑節(jie)流(liu)閥和LNG節流閥這(zhe)種多級降壓調節閥。據粗略統計(ji)，一般液化工廠(chang)用低溫閥門數量約占整個(ge)工廠(chang)閥門總量的(de)30%。在LNG接收站中（主(zhu)要指接收能力200萬噸/年以上的大型站場），低溫閥門數量(liang)在2000個左(zuo)右，其中小尺寸閥門數量約700個，低溫閥門占全部閥門的90%以上，部分閥門壓力等(deng)級(ji)較(jiao)高，口徑較(jiao)大。

LNG領域涉(she)及(ji)的(de)低溫及(ji)超低溫工況閥(fa)(fa)門主要包括單座直通閥(fa)(fa)（包括角閥(fa)(fa)）、球閥(fa)(fa)、蝶閥(fa)(fa)、截(jie)止閥(fa)(fa)、止回(hui)閥(fa)(fa)和安全閥(fa)(fa)。

球閥(fa)                偏心蝶閥(fa)                 蝶閥                 閘(zha)閥(fa)                止回閥

LNG接收站(zhan)低(di)溫閥門使用情況統計：

LNG苛刻(ke)工況(kuang)用閥門的選型(xing)要點：

以LNG苛刻(ke)工(gong)況用閥門舉例

J-T閥是LNG液(ye)化(hua)工(gong)廠中運行工(gong)況最為惡劣的調節(jie)閥之一。目前采用較多的液(ye)化(hua)工(gong)藝流程是(shi)混合(he)制(zhi)冷(leng)劑循(xun)環，分別采用制(zhi)冷(leng)劑J-T閥和LNG J-T閥對混(hun)和制冷(leng)(leng)劑和天然(ran)氣進(jin)行節流降壓。混(hun)合制冷(leng)(leng)循環所用的2個J-T閥，都在-150℃以(yi)下的(de)超低溫環境，在閥門正常開啟的(de)條(tiao)件下，J-T閥兩端承受的壓力通常(chang)在(zai)30～80bar之間。由于J-T閥(fa)處于(yu)高壓(ya)差和超低溫環(huan)境，易產生氣蝕，閥(fa)芯、閥(fa)座(zuo)和閥(fa)體的表(biao)面(mian)容易損壞(huai)。若閥(fa)芯受損無法關嚴，閥(fa)門在(zai)全關位置(zhi)會出現泄(xie)漏、結霜現象(xiang)，且工藝上對(dui)J-T閥(fa)的性能(neng)要求(qiu)較高。為達到制冷效果，使(shi)用(yong)過(guo)程中需保證(zheng)閥(fa)兩端壓差和出(chu)口溫度穩定，同時(shi)裝置變(bian)負荷時(shi)需對J-T閥進(jin)行調(diao)節。因(yin)此，在J-T閥選型(xing)中，除了要(yao)遵(zun)守低溫閥門設計的(de)一般規則(ze)外，還須考(kao)慮(lv)在高(gao)壓差工況(kuang)對閥內件(jian)選型(xing)設計的(de)特殊要(yao)求。

J-T閥選型的特殊要求(qiu)

J-T閥就是焦耳-湯姆遜節(jie)流膨脹閥(fa)，利(li)用焦耳-湯(tang)姆遜節(jie)流膨脹原理設計(ji)的(de)節(jie)流閥(fa)門。節(jie)流膨脹（Throttling Expansion）也叫焦耳湯(tang)姆遜膨脹，即較高(gao)壓(ya)(ya)力(li)下的(de)流(liu)(liu)體(ti)(ti)（氣(qi)(qi)或(huo)液）經(jing)多孔塞（或(huo)節流(liu)(liu)閥）向較低(di)壓(ya)(ya)力(li)方向絕(jue)熱膨脹過(guo)程。調節閥在管道中起可變阻力(li)作用，它改變工藝(yi)流(liu)(liu)體(ti)(ti)的(de)紊流(liu)(liu)度或(huo)者在層流(liu)(liu)情況下提(ti)供一(yi)個(ge)壓(ya)(ya)力(li)降(jiang)(jiang)，壓(ya)(ya)力(li)降(jiang)(jiang)是由改變閥門(men)阻力(li)或(huo)“摩擦”所引起的(de)，這一(yi)壓(ya)(ya)力(li)降(jiang)(jiang)低(di)過(guo)程通常稱為(wei)(wei)“節流(liu)(liu)”。對于氣(qi)(qi)體(ti)(ti)，它接(jie)近于等溫絕(jue)熱狀態，偏差(cha)取決于氣(qi)(qi)體(ti)(ti)的(de)非理(li)想程度。在液體(ti)(ti)的(de)情況下，壓(ya)(ya)力(li)則為(wei)(wei)紊流(liu)(liu)或(huo)粘滯摩擦所消耗，這兩種情況都(dou)把壓(ya)(ya)力(li)轉化為(wei)(wei)熱能，導致溫度略(lve)為(wei)(wei)升(sheng)高(gao)。J-T閥門多用(yong)來實現降溫，常用(yong)于天然氣處理和液化工藝(yi)中。J-T閥門前(qian)后(hou)壓差較大，介(jie)質溫(wen)度超低，容易(yi)產(chan)生汽蝕，容易(yi)損壞。因此，多采(cai)用多級降(jiang)壓控(kong)制閥。

1、閥內件(jian)結構性能對比(bi)及其(qi)選(xuan)型

一般(ban)冷劑用J-T閥和(he)LNG J-T閥的壓差比(bi)都在(zai)0.9以(yi)上，需采用多(duo)級降壓手段。目前，閥(fa)(fa)內件設計的(de)(de)基本思想(xiang)是曲折通(tong)道、多(duo)級減壓、擴(kuo)大(da)流動區域和(he)多(duo)孔設計等。這種結(jie)構(gou)的(de)(de)閥(fa)(fa)內件可以(yi)使高(gao)速流體在(zai)通(tong)過(guo)閥(fa)(fa)芯、閥(fa)(fa)座時每(mei)一點的(de)(de)壓力(li)都高(gao)于在(zai)該溫(wen)度(du)下(xia)的(de)(de)飽和(he)蒸汽(qi)壓，主要(yao)有兩(liang)種結(jie)構(gou)形式(shi)：多(duo)孔套筒式(shi)調(diao)節(jie)閥(fa)(fa)和(he)迷宮式(shi)調(diao)節(jie)閥(fa)(fa)。

國(guo)(guo)外知名供應商產品(pin)（如德(de)國(guo)(guo)沃德(de)WODE低(di)溫(wen)閥門）的共性都(dou)是利用(yong)多級套(tao)筒(tong)實現(xian)逐(zhu)級降壓，區別在于對迷宮式和多孔式套(tao)筒(tong)結構的選用(yong)上，其中德(de)國(guo)沃(wo)德(de)WODE、CCI、MASONEILAN、Copes Vulcan、SevernGlocon等主(zhu)要(yao)生產迷宮(gong)閥，Fisher和Flowsever（Valtek）主要生產多(duo)(duo)孔(kong)(kong)套(tao)筒(tong)閥。迷宮(gong)控制閥對(dui)流(liu)速的(de)控制強于多(duo)(duo)孔(kong)(kong)套(tao)筒(tong)閥，在選(xuan)擇套(tao)筒(tong)閥級(ji)數時，若多(duo)(duo)孔(kong)(kong)套(tao)筒(tong)閥流(liu)速不滿足(zu)要求(qiu)，應選(xuan)用(yong)(yong)迷宮(gong)閥。如(ru)采用(yong)(yong)迷宮(gong)閥芯，J-T閥(fa)(fa)壽命至少(shao)在(zai)兩年以上(shang)，壽命是套筒閥(fa)(fa)5～10倍。套筒(tong)鉆孔閥適用于小尺(chi)寸的多級減壓工況，大尺(chi)寸選迷(mi)宮(gong)(gong)閥；迷(mi)宮(gong)(gong)閥量程范圍(wei)較(jiao)寬(kuan)，但(dan)迷(mi)宮(gong)(gong)閥與多孔套筒(tong)閥相(xiang)比價格更高。

2、出口流速的控制要求

高壓差(cha)產生氣(qi)蝕，介質(zhi)的(de)(de)高流(liu)(liu)(liu)速(su)(su)也直(zhi)接(jie)影(ying)響閥(fa)體和(he)閥(fa)內件的(de)(de)使用壽命，需(xu)通(tong)過(guo)多通(tong)道設計(ji)的(de)(de)方法進行分級減壓，使調節閥(fa)內流(liu)(liu)(liu)體壓力、速(su)(su)度曲線平穩過(guo)渡。因此，選擇閥(fa)內件流(liu)(liu)(liu)道結構時(shi)，應著重控制介質(zhi)流(liu)(liu)(liu)速(su)(su)，盡量使高速(su)(su)流(liu)(liu)(liu)體撞擊，造成動能的(de)(de)消耗，進而(er)減小(xiao)氣(qi)蝕、振動對閥(fa)門的(de)(de)磨損。應滿(man)足ISA標準(zhun)給出的(de)介質流出閥內件的(de)速(su)度和(he)動壓能的(de)要求。

3、防堵(du)塞(sai)設計

在液(ye)化工(gong)廠(chang)中(zhong)，造成堵塞的原因主要有介質中(zhong)存在水(shui)蒸(zheng)氣和CO2導致冰堵，管(guan)線吹掃不(bu)干凈殘留焊渣、銅屑(xie)等雜質造成臟堵。因(yin)此，需考慮多(duo)級減壓套筒設計(ji)的(de)(de)防堵功能，盡(jin)量選擇光滑平穩(wen)的(de)(de)流路，必要時應縮(suo)小閥座直徑，以提高節流速(su)度(du)來提高“自潔”性能，還可配置足夠剛度(du)和(he)推(tui)力（力矩）的(de)(de)執(zhi)行機構(gou)。

LNG低溫閥門選型關鍵技術(shu)

1、通用性低(di)溫技術要求

LNG領域涉及的低(di)溫或(huo)超低(di)溫閥門(men)應滿足(zu)如下基本要求：

①低溫閥(fa)門(men)須要加長閥(fa)蓋(gai)，閥(fa)蓋(gai)應(ying)為(wei)整體(ti)式螺栓(shuan)連接結構；

②應裝備加長(chang)閥桿(gan)，保證(zheng)填料處(chu)于環境溫度(du)，所(suo)有(you)閥桿(gan)都(dou)是防吹出(chu)結(jie)構(gou)；

③閥內(nei)件應易于拆(chai)卸，尤其是閥座可(ke)在(zai)線(xian)維(wei)(wei)護并易于更換，內(nei)件和密封能夠快速從閥頂部拆(chai)卸，可(ke)在(zai)線(xian)維(wei)(wei)修；

④具有軟(ruan)密封結構的閥門應采(cai)用(yong)防火設(she)計；

⑤所有球閥都應裝有泄壓裝置；

⑥具(ju)有外密(mi)封結構的球閥、截(jie)止(zhi)閥等(deng)應具(ju)有外密(mi)封性能(neng)；

⑦閥(fa)(fa)體、內(nei)件、閥(fa)(fa)蓋、閥(fa)(fa)桿(gan)、執行機構等(deng)須設(she)計(ji)成防靜電結構。

2、低溫閥門(men)選型注意事項(xiang)

【1】承壓零部件的材質(zhi)選擇

材料質(zhi)量(liang)是(shi)衡量(liang)閥門強(qiang)度可靠性和使用壽命的一(yi)個重要指標。目前LNG用(yong)低溫(wen)閥門(men)推薦(jian)選用(yong)奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼材料，閥體常(chang)用(yong)牌號(hao)有A351 Gr.CF3M、A182 Gr.F316L、A182 Gr.F304L；閥芯常用牌(pai)號有(you)A351 Gr.CF8M、A182 Gr.F316、A182 Gr.F304。

【2】密封形式及其材質的選擇

LNG用低(di)(di)溫閥(fa)門通常采用硬(ying)密封(feng)結(jie)構。閥(fa)芯（或閥(fa)板）材(cai)質不低(di)(di)于316不(bu)銹(xiu)鋼，在高壓差或(huo)易發生氣蝕或(huo)閃蒸(zheng)的(de)場合考慮采用硬質不(bu)銹(xiu)鋼或(huo)斯泰萊合金，在閥(fa)(fa)芯（或(huo)閥(fa)(fa)板）和(he)閥(fa)(fa)座上堆焊STL合金。LNG用低溫球閥閥座密(mi)(mi)封(feng)推(tui)薦(jian)采用金(jin)屬(shu)密(mi)(mi)封(feng)嵌入式軟(ruan)密(mi)(mi)封(feng)，軟(ruan)密(mi)(mi)封(feng)材質可采用聚三氟氯乙烯（PTFCE）。閥桿(gan)填料一般推薦采用“唇式密封(feng)石墨”的結構。

【3】閥桿延長長度的合理確定

對于LNG超低溫介質，閥蓋的延長量是關鍵(jian)的設計指標。現場LNG項(xiang)目(mu)閥(fa)門外漏80%原因都源(yuan)自廠(chang)家為了(le)節約(yue)成(cheng)本沒有(you)配置足夠的延長閥(fa)蓋。BS6364以(yi)及殼牌(pai)（Shell）的MESC SPE77/200都對此長度有不(bu)同(tong)的要求(qiu)。殼牌(pai)的延長度要求(qiu)嚴格，但僅靠提高延長量(liang)要求(qiu)來保證填料不(bu)結冰(bing)缺少(shao)現場(chang)依(yi)據，建議以BS6364中(zhong)對非冷箱閥門的(de)要(yao)求為基礎，綜合考(kao)慮材(cai)質選擇、當地環境露點值以及各廠(chang)家項(xiang)目經(jing)驗等(deng)多種因素(su)，通過熱分析和實際的(de)試驗結論選擇延(yan)長量。

【4】閥門配(pei)管附件的設計考慮

為防止破壞(huai)閥門的軟密封結構，堆焊(han)球(qiu)閥兩(liang)端應配置焊(han)接(jie)(jie)短(duan)管，帶短(duan)管的球(qiu)閥要求可以在(zai)線焊(han)接(jie)(jie)。對于DN大于等于80mm的閥門(men)，管道短(duan)管長度(du)不小(xiao)于150mm，建議短管(guan)材(cai)質(zhi)與(yu)管(guan)道材(cai)質(zhi)保持一(yi)(yi)致。此外，所有閥(fa)(fa)蓋加長的閥(fa)(fa)門應有滴(di)盤(pan)進行保冷(leng)，保證填料(liao)箱處于(yu)環境溫度。滴(di)盤(pan)需要跟(gen)閥(fa)(fa)蓋滿焊，材(cai)質(zhi)與(yu)閥(fa)(fa)體(ti)保持一(yi)(yi)致。

【5】低(di)溫閥門的核心試驗項目

應對低(di)溫閥門材料(liao)進行檢(jian)驗(yan)(yan)(yan)，尤其對于國內產(chan)品(pin)，材料(liao)標(biao)準通(tong)常(chang)情況下要(yao)求較低(di)，應做好(hao)相關試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)檢(jian)測(ce)項目，主要(yao)包括承(cheng)壓(ya)部件及(ji)焊接連接處(chu)的(de)(de)射線探傷(shang)測(ce)試(shi)(shi)、液(ye)體(ti)滲透等無(wu)損(sun)探傷(shang)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)。零部件在加工過(guo)程(cheng)中必(bi)須進行低(di)溫深冷處(chu)理，使材料(liao)相變充分(fen)。在結構(gou)設(she)計和材料(liao)檢(jian)驗(yan)(yan)(yan)滿足(zu)要(yao)求的(de)(de)前提下，閥門的(de)(de)殼(ke)體(ti)液(ye)壓(ya)測(ce)試(shi)(shi)、低(di)壓(ya)氣(qi)密(mi)性(xing)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)、上密(mi)封泄漏測(ce)試(shi)(shi)（上密(mi)封結構(gou)）及(ji)低(di)溫泄漏測(ce)試(shi)(shi)是必(bi)須完成的(de)(de)測(ce)試(shi)(shi)項目。針對產(chan)品(pin)可(ke)以批量生產(chan)之前需進行低(di)溫沖擊(ji)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)、常(chang)溫性(xing)能試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)、低(di)溫性(xing)能試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)、無(wu)損(sun)檢(jian)測(ce)、低(di)溫壽命試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)等五大類(lei)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)。

國產(chan)及進口低溫閥門應(ying)用(yong)建議

目前(qian)國內LNG行業都不同程度地應(ying)用了國產化低溫(wen)閥門，除了廣泛應(ying)用進(jin)口低溫(wen)閥門的品牌：KSB、德國(guo)沃德WODE、英國(guo)BESTOBELL等。中(zhong)石(shi)(shi)油(you)和中(zhong)石(shi)(shi)化都成(cheng)立了國產(chan)化工(gong)作小組，與能源局指(zhi)定的蘇(su)州紐威(wei)、大連大高(gao)以及(ji)中(zhong)核蘇(su)閥等廠家開展聯合研(yan)制工(gong)作；中(zhong)海油(you)也在2“低溫(wen)球閥中采用了國產球閥。下一步建議從以(yi)下方(fang)面做好低溫(wen)閥門(men)國產化工作(zuo)的(de)跟(gen)進(jin)和推廣工作(zuo)：

1）國產(chan)化(hua)實(shi)施(shi)工作應對照一套完整(zheng)且(qie)嚴格的閥門設計與應用考(kao)核程序(xu)。從(cong)技術要(yao)求開始，提出覆蓋產(chan)品(pin)設計、設計計算、原(yuan)材料采購、原(yuan)材料檢(jian)(jian)驗(yan)(yan)與無損探傷后合格、機加工及檢(jian)(jian)驗(yan)(yan)合格、熱處(chu)理(li)及檢(jian)(jian)驗(yan)(yan)合格、再次機加工及檢(jian)(jian)驗(yan)(yan)合格、清洗及檢(jian)(jian)驗(yan)(yan)合格、裝(zhuang)配、檢(jian)(jian)驗(yan)(yan)與試驗(yan)(yan)合格、相關人士鑒定、現場試驗(yan)(yan)等一整(zheng)套國產(chan)化(hua)實(shi)施(shi)程序(xu)，并配備每個步驟的評估標準。

2）應(ying)充(chong)分考(kao)慮初次應(ying)用產品的(de)國產化風險(xian)。對于3“以上球閥，大口徑(jing)蝶閥、止回(hui)閥、截止閥等(deng)國(guo)產化產品，鑒于(yu)已有業績較少，在初次(ci)應用(yong)時(shi)建議應用(yong)場合盡(jin)量(liang)集中，避免(mian)產品過(guo)于(yu)分散，一旦(dan)發生泄(xie)漏將易于(yu)監測(ce)和發現。因(yin)此，建議優先(xian)選(xuan)擇小型液化工廠、微(wei)型移(yi)動液化裝置的液化單元進行應用(yong)推廣。

3）應建立用戶實地調研及(ji)產品后(hou)評估機(ji)制。目(mu)前國內LNG行(xing)業以小尺寸國產低溫球閥應用業績多，應通過(guo)項目(mu)大修(xiu)期(qi)間的檢修(xiu)率考核(he)大量應用閥門(men)的使(shi)用情況，尤其針(zhen)對批(pi)量采(cai)購而非(fei)試(shi)驗性質的應用場合進行(xing)實地調研。針(zhen)對新研制的少(shao)量應用的閥門(men)，可(ke)設置一個考核(he)期(qi)（8個月(yue)左右），用(yong)(yong)戶(hu)記錄產品的使用(yong)(yong)性能，并與國際(ji)一流廠家的產品的使用(yong)(yong)情況對比。 

結束(shu)語：

本文(wen)立(li)足(zu)于(yu)LNG行業(ye)的長遠發展前景(jing)，針對LNG產業鏈中兩個關(guan)鍵(jian)環節，天然氣液化工廠及(ji)LNG接收站，闡(chan)述了常用(yong)(yong)低溫(wen)閥門(men)的(de)使用(yong)(yong)情(qing)況。針對結(jie)構(gou)設計(ji)稍(shao)復雜、國產化難度較大的(de)多級(ji)(ji)降(jiang)壓閥，詳細探討了工(gong)(gong)藝要求(qiu)及多級(ji)(ji)降(jiang)壓結(jie)構(gou)的(de)選型要點。總結(jie)了已(yi)建站場在(zai)低溫(wen)閥門(men)設計(ji)及試驗方面的(de)關鍵注(zhu)意事(shi)項(xiang)。提出國產閥門(men)推廣應用(yong)(yong)的(de)下一(yi)步工(gong)(gong)作(zuo)建議：結(jie)合實際應用(yong)(yong)情(qing)況做好國產化考核流程、風(feng)險舒緩、應用(yong)(yong)性能收集等工(gong)(gong)作(zuo)，持續提升我國LNG行業的核心配套設備制(zhi)造水平。