專利名稱：Lng低溫過程控制安全閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液化天然氣(LNG)低溫過程控制安全閥，主要由LNG導(dǎo)閥與LNG主閥兩部分組成，利用導(dǎo)閥控制主閥從而控制LNG低溫系統(tǒng)壓力，進(jìn)一步控制成套LNG液化系統(tǒng)壓力，解決LNG生產(chǎn)過程中壓力控制問題，確保液化過程安全運(yùn)行。本發(fā)明適用于LNG低溫系統(tǒng)安全生產(chǎn)及輸運(yùn)過程控制，實(shí)現(xiàn)低溫高壓工況(_164°C、6. 4MPa)下LNG生產(chǎn)過程穩(wěn)定。根據(jù)低溫高壓流體安全輸運(yùn)技術(shù)特點(diǎn)，LNG安全閥可用于解決LNG多相流流動(dòng)過程控制技術(shù)難題，提高LNG安全輸運(yùn)效率，促進(jìn)LNG生產(chǎn)輸運(yùn)過程的有效管理，克服普通安全閥體積龐大、控壓點(diǎn)過高等缺點(diǎn)，提高LNG安全閥靈敏度及安全性能，使其結(jié)構(gòu)更加精巧、運(yùn)行更加靈活。
背景技術(shù)：
LNG安全生產(chǎn)技術(shù)一直是制約LNG發(fā)展的一個(gè)主要瓶頸，直到本世紀(jì)60年代以后， LNG安全生產(chǎn)技術(shù)才得以解決，大規(guī)模工業(yè)化過程才得以實(shí)現(xiàn)，LNG工業(yè)開始迅猛發(fā)展，究其原因，LNG液化溫度一般在-ierc以下，相對(duì)環(huán)境溫度有很大差別，液化及儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)具有復(fù)雜的傳熱工況，LNG 一般處于激烈的相變及多相流動(dòng)狀態(tài)并伴隨有壓力及溫度的劇烈變化，不斷產(chǎn)生大量的飽和蒸汽、過熱蒸汽、過熱液體和汽液兩相流，在變壓變溫過程中不段發(fā)生相變并伴隨嚴(yán)重的安全問題，如果系統(tǒng)密閉，液化后的LNG很容易過臨界并引起爆炸。 LNG多相流極易引起過熱沸騰并產(chǎn)生多相流，導(dǎo)致管道內(nèi)溫度及壓力發(fā)生劇變，過程控制裝備須具備控制多相流的能力，提高減壓與節(jié)流制冷過程效率及反應(yīng)速度，所以與系統(tǒng)連接的過程控制安全閥門須具備以下基本條件能夠承受劇烈的壓力及溫度瞬間變化過程， 嚴(yán)格控制飽和壓力或過臨界壓力；閥門動(dòng)密封盡可能少，能夠承受劇烈的振動(dòng)，連接件不脫落，不泄漏；安全閥須穩(wěn)定控制過程壓力，在壓力突變的情況下可有效降低并維持系統(tǒng)壓力；安裝維護(hù)方便。傳統(tǒng)的LNG安全閥沒有導(dǎo)閥，采用獨(dú)立主閥控制，由于承受系統(tǒng)壓力大， 安全閥體積龐大，維護(hù)操作困難，安裝很不方便，存在反應(yīng)遲鈍，靈敏度差，控制范圍太寬等缺點(diǎn)，已經(jīng)不能滿足日益發(fā)展的LNG工業(yè)生產(chǎn)過程控制需求。本發(fā)明針對(duì)LNG低溫流體過程控制及輸運(yùn)過程中存在的減壓節(jié)流效率及動(dòng)密封泄漏問題，提出LNG低溫過程控制安全閥技術(shù)，提高過程控制反應(yīng)速度，滿足LNG生產(chǎn)及輸運(yùn)壓力控制要求，減少了由于變壓、變溫出口及流體多相不穩(wěn)定造成的系統(tǒng)壓力突變，最終實(shí)現(xiàn)LNG安全生產(chǎn)及輸運(yùn)過程控制目的。本發(fā)明主要針對(duì)LNG系統(tǒng)低溫高壓流體的安全問題，提出LNG低溫過程控制安全閥技術(shù)，用以控制LNG壓力，進(jìn)而控制LNG飽和溫度，減少由于系統(tǒng)變壓、變溫出口及表面熱流密度不穩(wěn)定所造成的內(nèi)部壓力突變問題，最終解決LNG安全生產(chǎn)及儲(chǔ)運(yùn)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)LNG低溫高壓系統(tǒng)安全減壓技術(shù)特點(diǎn)，發(fā)明先導(dǎo)式LNG安全閥用于控制變壓、變溫、變流量的LNG生產(chǎn)過程，克服普通安全閥在低溫高壓下彈簧過粗、體積過大， 反應(yīng)遲鈍等難題，提高過程控制靈敏度，使LNG安全裝置結(jié)構(gòu)精巧、安全性高、反應(yīng)更加靈敏。本發(fā)明的技術(shù)解決方案
LNG低溫過程控制安全閥主要由主閥壓蓋1、彈簧墊片2、主閥彈簧3、密封圈4、主閥閥桿5、彈簧墊片6、密封圈7、閥瓣8、密封圈9、高壓管道10、法蘭11、閥體12、低壓管道13、法蘭14、密封圈15、密封圈16、密封圈17、密封圈18、導(dǎo)閥閥芯19、密封圈20、密封圈21、導(dǎo)閥彈簧22、彈簧支座23、導(dǎo)閥壓蓋M組成。LNG主閥與導(dǎo)閥并列安裝于閥體12內(nèi)，閥體12底部連接管道10及法蘭11，右側(cè)連接管道13及法蘭14 ；主閥壓蓋1螺紋連接閥體12，連接處有端面密封圈4，主閥墊片2裝于壓蓋1內(nèi)，一端與壓蓋1接觸，一端與彈簧2接觸；主閥閥桿5螺紋連接閥瓣8，閥瓣8上部安裝墊片6，下部與閥體12主閥進(jìn)氣通道形成錐形密封面，錐面密封槽內(nèi)安裝密封圈9， 柱面密封槽內(nèi)安裝密封圈7 ；導(dǎo)閥壓蓋M螺紋連接閥體12，連接處有端面密封圈21 ；壓蓋 24內(nèi)安裝“T”型彈簧支座23，支座23上安裝彈簧22 ；彈簧22下部為導(dǎo)閥閥芯19，閥芯19 安裝于閥體12導(dǎo)閥氣缸內(nèi)。閥體12內(nèi)部自上而下有四條小直徑水平氣流控制通道，第一通道與導(dǎo)閥閥芯19 上部氣缸連接，為主閥高壓泄氣通道；第二通道位于導(dǎo)閥右側(cè)，進(jìn)口接通導(dǎo)閥閥芯19氣缸泄氣口，出口與低壓管道13接通；第三通道與導(dǎo)閥閥芯19下部氣缸連接，為主閥高壓進(jìn)氣通道；第四通道為導(dǎo)閥高壓進(jìn)氣通道，進(jìn)氣口與主閥底部高壓管道10接通，出口與導(dǎo)閥氣缸接通。導(dǎo)閥閥芯19整體為圓柱形結(jié)構(gòu)，柱面開有五道密封槽，分別安裝密封圈15、密封圈16、密封圈17、密封圈18、密封圈20 ；導(dǎo)閥閥芯19沿軸向兩端向內(nèi)開兩孔，沿徑向開三孔，第一軸向孔與第一徑向孔、第二徑向孔連通，第二軸向孔與第三徑向孔連通。LNG安全閥正常工作時(shí)，導(dǎo)閥將系統(tǒng)壓力通過管路引入主閥背面，使主閥承受正壓力與承受背壓力達(dá)到平衡，減輕彈簧3預(yù)緊力，使主閥彈簧3、閥桿5及閥瓣8等組件承受壓力大大減小，整個(gè)主閥體積大大減?。幌到y(tǒng)壓力增大時(shí)，氣流沿閥體12第四水平通道進(jìn)入導(dǎo)閥，推動(dòng)閥芯19向上運(yùn)動(dòng)，使閥體12第一水平通道與導(dǎo)閥閥芯19第一徑向孔連通，第二水平通道與第二徑向孔連通，第三水平通道與第三徑向孔脫離，主閥背部氣流沿閥體12第一水平通道、閥芯19第一徑向孔、閥芯19第一軸向孔、閥芯19第二徑向孔、閥體12第二水平通道流至低壓管道13，主閥背壓降低，閥瓣8受向上正壓力壓縮彈簧3向上運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)氣流沿高壓管道10經(jīng)閥體12主氣流通道流向低壓管道13，達(dá)到安全減壓目的；系統(tǒng)壓力降低后，彈簧22推動(dòng)導(dǎo)閥閥芯19向下運(yùn)動(dòng)，使閥體12第一水平通道與閥芯19第一徑向孔脫離，閥體12第二水平通道與第二徑向孔脫離并與第一徑向孔接通，第三水平通道與第三徑向孔接通，氣流沿閥體12第四通道向上進(jìn)入導(dǎo)閥第二軸向孔，再經(jīng)第三徑向孔、閥體12第三水平通道進(jìn)入主閥背部，主閥背壓升高，閥瓣8在彈簧3作用下向下運(yùn)動(dòng)，安全閥關(guān)閉，系統(tǒng)壓力達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。方案所涉及的原理問題
LNG低溫液化系統(tǒng)(_164°C、6. 4MPa)表面接受太陽能輻射、空氣對(duì)流換熱、環(huán)境熱輻射或管內(nèi)摩擦熱以后，系統(tǒng)內(nèi)部流體尤其在接受瞬時(shí)高熱流密度熱量加熱后會(huì)產(chǎn)生大量的過熱蒸氣，過熱蒸氣導(dǎo)致系統(tǒng)壓力劇烈變化，如果不能有效排出過熱蒸氣可能會(huì)造成一定的安全問題。如果系統(tǒng)壓力過低，低于三相點(diǎn)壓力時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的階段性液泛現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力劇增。本發(fā)明著重描述通過先導(dǎo)式LNG安全閥控制低溫系統(tǒng)壓力，實(shí)現(xiàn)LNG低溫流體的有效管理。LNG低溫過程控制安全閥的工作原理是導(dǎo)閥將系統(tǒng)壓力通過管路引入主閥背面，使主閥正面承受壓力與背面承受壓力達(dá)到平衡，從而大大降低主閥彈簧3的預(yù)應(yīng)力，從理論上可使主閥彈簧3預(yù)應(yīng)力為零，所以，只要主閥承受很小的正壓力，即可實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)壓力要求，這樣可使主閥彈簧3的體積大大減小，即使整個(gè)LNG安全閥體積大大減??；由于主閥承受壓力很小，而導(dǎo)閥承受壓力很大，通過減小導(dǎo)閥閥桿(閥芯19)直徑可使導(dǎo)閥承受的正壓力減小，因此，導(dǎo)閥只需很小的彈簧22預(yù)應(yīng)力便可靈活控制主閥，導(dǎo)閥彈簧22直徑很小，導(dǎo)閥體積也很?。粸榱私鉀Q動(dòng)密封引起的密封問題，將導(dǎo)閥與主閥同時(shí)安裝于同一閥體12內(nèi)，連接導(dǎo)閥與主閥的管道全部設(shè)置于閥體12內(nèi)，使導(dǎo)閥及主閥在運(yùn)動(dòng)過程中不存在動(dòng)密封泄漏問題；由于整體結(jié)構(gòu)緊湊，除了連接管路的法蘭、導(dǎo)閥端蓋、主閥端蓋存在靜密封以外，與外界再無密封，使整個(gè)閥門在工作過程的密封面大大減少，控制過程更加安全。本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)
LNG安全閥由導(dǎo)閥與主閥兩部分組成，利用導(dǎo)閥控制主閥從而控制LNG液化低溫系統(tǒng)壓力，可實(shí)現(xiàn)_164°C、6. 低溫高壓工況下LNG安全生產(chǎn)及儲(chǔ)運(yùn)過程控制需求；主閥預(yù)緊力小，導(dǎo)閥控制壓力點(diǎn)高；可用于控制LNG多相流，提高LNG生產(chǎn)及儲(chǔ)運(yùn)效率；能夠承受劇烈的壓力及溫度瞬間變化過程，可嚴(yán)格控制飽和壓力或過臨界壓力；主閥與導(dǎo)閥擁有同一閥體，所有連接管路內(nèi)置于閥體內(nèi)，靜密封大大減少；動(dòng)密封內(nèi)置于閥體，能夠承受劇烈的振動(dòng)，連接件不脫落，不泄漏；在壓力突變的情況下可有效降低并維持系統(tǒng)壓力；LNG安全閥解決了普通安全閥在低溫高壓下彈簧過粗、體積過大、靈敏度低等難題，具備體積小、靈敏度高、結(jié)構(gòu)精巧、運(yùn)行靈活、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。


圖ι所示為L(zhǎng)NG低溫過程控制安全閥的主要部件及安裝位置關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
設(shè)置導(dǎo)閥彈簧預(yù)應(yīng)力并使其與被控系統(tǒng)壓力一致，主閥開啟壓力小于系統(tǒng)壓力；將 LNG安全閥安裝于系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)額定工作壓力為6. 4MPa ；系統(tǒng)壓力增大時(shí)，氣流沿閥體 12第四水平通道進(jìn)入導(dǎo)閥，推動(dòng)閥芯19向上運(yùn)動(dòng)，使閥體12第一水平通道與導(dǎo)閥閥芯19 第一徑向孔連通，第二水平通道與第二徑向孔連通，第三水平通道與第三徑向孔脫離，主閥背部氣流沿閥體12第一水平通道、閥芯19第一徑向孔、閥芯19第一軸向孔、閥芯19第二徑向孔、閥體12第二水平通道流至低壓管道13，主閥背壓降低，閥瓣8受向上正壓力壓縮彈簧3向上運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)氣流沿高壓管道10經(jīng)閥體12主氣流通道流向低壓管道13，達(dá)到安全減壓目的；系統(tǒng)壓力降低后，彈簧22推動(dòng)導(dǎo)閥閥芯19向下運(yùn)動(dòng)，使閥體12第一水平通道與閥芯19第一徑向孔脫離，閥體12第二水平通道與第二徑向孔脫離并與第一徑向孔接通，第三水平通道與第三徑向孔接通，氣流沿閥體12第四通道向上進(jìn)入導(dǎo)閥第二軸向孔，再經(jīng)第三徑向孔、閥體12第三水平通道進(jìn)入主閥背部，主閥背壓升高，閥瓣8在彈簧3作用下向下運(yùn)動(dòng)，安全閥關(guān)閉，系統(tǒng)壓力達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.LNG低溫過程控制安全閥，包括主閥壓蓋(1)、彈簧墊片(2)、主閥彈簧(3)、密封圈 (4)、主閥閥桿(5)、彈簧墊片(6)、密封圈(7)、閥瓣(8)、密封圈(9)、高壓管道(10)、法蘭 (11)、閥體(12)、低壓管道(13)、法蘭(14)、密封圈(15)、密封圈(16)、密封圈(17)、密封圈 (18)、導(dǎo)閥閥芯(19)、密封圈(20)、密封圈(21)、導(dǎo)閥彈簧(22)、彈簧支座(23)、導(dǎo)閥壓蓋 (M)，其特征在于閥體(12)底部連接管道(10)及法蘭(11)，右側(cè)連接管道(13)及法蘭 (14)；主閥壓蓋(1)螺紋連接閥體(12)，連接處有端面密封圈(4)，主閥墊片(2)裝于壓蓋 (1)內(nèi)，一端與壓蓋(1)接觸，一端與彈簧(2)接觸；主閥閥桿(5)螺紋連接閥瓣(8)，閥瓣 (8)上部安裝墊片(6)，下部與閥體(12)主閥進(jìn)氣通道形成錐形密封面，錐面密封槽內(nèi)安裝密封圈(9)，柱面密封槽內(nèi)安裝密封圈(7);導(dǎo)閥壓蓋(24)螺紋連接閥體(12)，連接處有端面密封圈(21)；壓蓋(24)內(nèi)安裝“T”型彈簧支座(23)，支座(23)上安裝彈簧(22)；彈簧 (22)下部為導(dǎo)閥閥芯(19)，閥芯(19)安裝于閥體(12)導(dǎo)閥氣缸內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LNG低溫過程控制安全閥，其特征在于閥體(12)內(nèi)部自上而下有四條小直徑水平氣流控制通道，第一通道與導(dǎo)閥閥芯(19)上部氣缸連接，為主閥高壓泄氣通道；第二通道位于導(dǎo)閥右側(cè)，進(jìn)口接通導(dǎo)閥閥芯(19)氣缸泄氣口，出口與低壓管道(13)接通；第三通道與導(dǎo)閥閥芯(19)下部氣缸連接，為主閥高壓進(jìn)氣通道；第四通道為導(dǎo)閥高壓進(jìn)氣通道，進(jìn)氣口與主閥底部高壓管道(10)接通，出口與導(dǎo)閥氣缸接通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LNG低溫過程控制安全閥，其特征在于導(dǎo)閥閥芯(19)整體為圓柱形結(jié)構(gòu)，柱面開有五道密封槽，分別安裝密封圈(15)、密封圈(16)、密封圈(17)、密封圈(18)、密封圈(20);導(dǎo)閥閥芯(19)沿軸向兩端向內(nèi)開兩孔，沿徑向開三孔，第一軸向孔與第一徑向孔、第二徑向孔連通，第二軸向孔與第三徑向孔連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的LNG低溫過程控制安全閥，其特征在于LNG安全閥正常工作時(shí)，導(dǎo)閥將系統(tǒng)壓力通過管路引入主閥背面，使主閥承受正壓力與承受背壓力達(dá)到平衡，減輕彈簧(3)預(yù)緊力，使主閥彈簧(3)、閥桿(5)及閥瓣(8)等組件承受壓力大大減小， 整個(gè)主閥體積大大減?。幌到y(tǒng)壓力增大時(shí)，氣流沿閥體(12)第四水平通道進(jìn)入導(dǎo)閥，推動(dòng)閥芯(19)向上運(yùn)動(dòng)，使閥體(12)第一水平通道與導(dǎo)閥閥芯(19)第一徑向孔連通，第二水平通道與第二徑向孔連通，第三水平通道與第三徑向孔脫離，主閥背部氣流沿閥體(12)第一水平通道、閥芯(19)第一徑向孔、閥芯(19)第一軸向孔、閥芯(19)第二徑向孔、閥體(12) 第二水平通道流至低壓管道(13)，主閥背壓降低，閥瓣(8)受向上正壓力壓縮彈簧(3)向上運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)氣流沿高壓管道(10)經(jīng)閥體(12)主氣流通道流向低壓管道(13)，達(dá)到安全減壓目的；系統(tǒng)壓力降低后，彈簧(22)推動(dòng)導(dǎo)閥閥芯(19)向下運(yùn)動(dòng)，使閥體(12)第一水平通道與閥芯(19)第一徑向孔脫離，閥體(12)第二水平通道與第二徑向孔脫離并與第一徑向孔接通，第三水平通道與第三徑向孔接通，氣流沿閥體(12)第四通道向上進(jìn)入導(dǎo)閥第二軸向孔，再經(jīng)第三徑向孔、閥體(12)第三水平通道進(jìn)入主閥背部，主閥背壓升高，閥瓣(8)在彈簧(3)作用下向下運(yùn)動(dòng)，安全閥關(guān)閉，系統(tǒng)壓力達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液化天然氣(LNG)低溫過程控制安全閥，主要由LNG導(dǎo)閥與LNG主閥兩部分組成，利用導(dǎo)閥將系統(tǒng)壓力通過管路引入主閥背面，使主閥正面承受壓力與背面承受壓力達(dá)到平衡，降低主閥過程控制預(yù)緊力，從而使主閥體積縮小，結(jié)構(gòu)精巧、控制靈敏度高、運(yùn)行更加靈活，克服了傳統(tǒng)安全閥體積龐大、控壓點(diǎn)過高、反應(yīng)遲鈍等缺點(diǎn)。本發(fā)明應(yīng)用導(dǎo)閥控制主閥進(jìn)而控制LNG低溫系統(tǒng)壓力，適用于LNG低溫系統(tǒng)安全生產(chǎn)及輸運(yùn)過程控制，確保-164℃、6.4MPa低溫高壓工況下LNG生產(chǎn)過程安全及穩(wěn)定，也適用于LNG低溫高壓多相流流動(dòng)控制過程，促進(jìn)LNG生產(chǎn)儲(chǔ)運(yùn)過程的有效管理，提高LNG安全生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)F16K17/10GK102537445SQ20111030278
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月10日
發(fā)明者任昱龍, 張周衛(wèi), 張小衛(wèi), 張鵬, 汪雅紅, 羅崇來, 趙想平, 趙浩瑞, 郭艷艷, 韓帥 申請(qǐng)人:張周衛(wèi)