LNG超低温阀门的设计及材料低温物性的研究

2018-12-06孙宁

商品与质量 2018年43期

孙宁

江苏诚功阀门科技有限公司江苏常州 213002

因为液态天然气的沸点极低，所以，对保温材料进行选用十分重要。另外，对保存其使用的阀门也要认真选择，阀门自身绝对的可依赖性以及安全性，能够预防其出现泄漏问题，还有就是由于泄漏事件造成的爆炸现象。

1 概念介绍

LNG超低温阀门是和进行液化之后的天然气存在关联的一种有着特殊作用的阀门，其大面积地使用在对液态天然气的运输设备、开展加工制作的工厂、气化站以及接收站等区域。因为这类天然气本身的分子量以及粘度相对偏小，具备很大的浸透性，另外，存在极易发生燃烧、爆炸以及汽化等特点，而本文所述的阀门包括滴水板、自动泄压、长颈阀盖、防静电、使用多层密封方式确保密封具备的可信赖性以及防火这六种结构。在对此类阀门进行设计期间，首先需要对其密封性进行考虑，其实质为怎样开展设计工作能够高效地降低LNG出现的泄漏问题。第一，要减少装置之间出现的耦合性，第二，要高效地对阀门盒容器之间出现的斜街区域进行处理。在设计方式方面，常规意义上涉及到对止回阀、蝶阀、闸阀、截止阀以及球阀等开展设计工作。注意：阀门类型不同，其具备的特点同样会存在差异，运输、LNG工厂、气化站以及接收站等设备当中应用的超低温阀门属于LNG工程当中的重点装置。现在，其大部分是依靠进口，实现其国产化目前在技术方面有一部分难关尚未攻克[1]。

2 低温物性分析

经过液化之后的天然气，其沸点是-162℃，因此，LNG阀门本身的正常温度同样要在-162℃。在此环境中，大多数金属材料会发生冷脆问题，这一情况说明若是对常规材料进行使用，会对阀门自身的稳定性、安全性以及密封性等性能产生巨大的影响。为预防冷脆问题的出现，在对材料进行选用方面，必须弃用常规意义上的金属材料，对具备耐低温性能的材料进行选用。奥氏不锈钢属于一类立方结构材料，其拥有相对优质的焊接性能、韧性以及强度，另外，还拥有耐腐蚀的特点。这类材料处于温度出现浮动的环境中，其膨胀系数相对偏小，若是在-200℃时，同样不会出现冷脆问题，其中大约三分之一的物质是Cr以及Ni,普遍使用的奥氏不锈钢材料包括AISI304、AISI304L、AISI316 L等，其中，AISI316 L本身具备的稳定性最优，故频繁将其当作低温材料进行使用[2]。还有，三氟氯乙烯形成的聚合物PCTFE同样属于一类频繁使用的超低温材料，这是一类热塑性的树脂材料，具备相对优质的硬度耐磨性，另外，在处于超低温环境下时，不易出现冷脆问题、具备的稳定性能以及可信赖性能较为优良。此外，膨胀石墨同样属于一类能够抵御腐蚀、具备耐低温性能、拥有相对优质密封性能的材料，在其处于超低温环境中时，拥有的渗漏率以及热膨胀率相对偏小，弹性相对优质。所以，在对超低温阀门具体开展设计工作时，通常会将其当作填充材料进行应用，这是由于此类材料可以让阀门自身具备的气密性得到显著的增大。

3 研究结论

（1）由于LNG具备极易发生燃烧、爆炸以及温度低等这些特性，因此，在对其超低温阀门开展具体的设计工作时，必须对防静电、长颈阀盖、三重密封、滴水板、防火以及泄压等这类特殊结构进行设计。（2）开展深冷处理能够让AISI304处于低温环境下的稳定性得到强化，在-196℃环境中，此材料在圆棒的长度尺寸方向出现收缩现象的频率是0.05%，其直径法相出现收缩现象的频率是0.79%。此材料处于低温环境中，仍旧存在极大的塑韧性，其处于低温以及常温这两种环境中，冲击断口全部属于韧性断口，温度减小，材料断口部位的韧窝会出现变浅及变小的情况；进行深冷处理以后，其硬度会有一定的加大，微观形态下的形貌并未发生显著的变化[3]。（3）AISI304表面区域将Ni40这一硬质合金进行堆焊操作，低温环境中，木材和堆焊层之间的联系完整，另外，熔合线的位置为出现裂缝等情况；Ni40的硬度由于深冷温度的减小，会出现一定的加大趋势；在母材以及堆焊层的各个区域的开口位置上，开展冲击测试，测试样品使用的冲击功存在差异；低温环境中，堆焊层和母材整体的冲击韧性，和常温状态下的冲击韧性出现的转变小；处于常温以及低温环境中时，Ni40的断口位置全部呈现出准解理断裂现象；进行深冷处理以后，堆焊层部位晶间组织当中存在少量的析出物，晶间部位的细碎颗粒含量降低。（4）AISI304表面区域将Ni60这一硬质合金进行堆焊操作，处于低温环境中，堆焊层和母材二者之间的结合完整。另外，熔合线的位置为出现裂缝等情况；Ni60自身的硬度由于深冷温度的减小，先出现升高的情况，随后减小；进行堆焊测试的样品，处于低温以及常温环境中，冲击韧性出现的变化普遍不大；另外，在低温以及常温环境中，Ni60端口位置全部呈现出解理断裂现象；进行深冷处理以后，堆焊层组织当中出现了极少数的析出物质，晶间部位的细碎颗粒含量降低[4]。