进口低温阀门的发展趋势和选型

LNG作为一种高效的、可储存的清洁能源，在产业链的各个环节上都表现出广阔的发展前景。本文将根据LNG阀门的特征，结合获得各大LNG项目使用的美国威盾VTON品牌，并对LNG项目使用者的采访，详细分析LNG阀门的发展趋势和选型。

在LNG产业的快速发展过程中，与其配套的低温阀门需求量与日俱增。由于LNG具有易燃易爆超低温的显著特点，而且LNG工厂通常地处海边盐雾环境，因此对低温阀门的选型设计提出了更高的要求。目前国内大部分站场的LNG用深冷阀门仍需进口低温阀门，比如很多大项目的LNG阀门都采用美国威盾VTON品牌，有些苛刻工况用低温阀门仍被国外所垄断，如J-T阀，大型LNG储罐的呼吸阀，大口径、高磅级阀门等。

选型方面，我们主要以大项目采购的美国威盾VTON进口低温LNG阀门为例，下面先介绍下LNG用低温阀门型式

小型天然气液化工厂中，低温阀门主要集中在液化单元和LNG储存单元，压力等级不高，内径较小，比如常用的有美国威盾VTON的小口径的进口低温截止阀，进口低温止回阀，进口低温减压阀，其中较为苛刻工况为混合制冷循环工艺还用低温混合制冷剂节流阀喝LNG节流阀这种多级降压调节阀。据粗略统计，一般液化工厂用低温阀门数量约占整个工厂阀门总量的30%。在LNG接收站中（主要指接收能力200万吨/年以上的大型站场），低温阀门数量在2000个左右，其中小尺寸阀门数量约700个，低温阀门占全部阀门的90%以上，部分阀门压力等级较高，口径较大。

LNG用低温阀门的分类，LNG领域涉及的进口低温阀门主要包括单座直通阀（包括角阀）、进口低温截止阀，进口低温止回阀，进口低温减压阀，进口低温球阀、蝶阀、进口低温安全阀，进口低温调节阀，进口低温电磁阀等。

LNG苛刻工况用阀门的选型要点

LNG苛刻工况用阀门举例

J-T阀是LNG液化工厂中运行工况恶劣的调节阀之一。目前采用最多的液化工艺流程是混合制冷剂循环，分别采用制冷剂J-T阀和LNG J-T阀对混和制冷剂和天然气进行节流降压。混合制冷循环所用2个J-T阀，都在-150℃以下的超低温环境，在阀门正常开启的条件下，J-T阀两端承受的压力通常在30～80bar之间。由于J-T阀处于高压差和超低温环境，易产生气蚀，阀芯、阀座和阀体的表面容易损坏。若阀芯受损关不严，阀门在全关位置会出现泄漏、结霜现象。而且工艺上对J-T阀的性能要求较高。为达到制冷效果，使用过程中需保证阀两端压差和出口温度稳定，同时装置变负荷时需对J-T阀进行精确调节。因此，在J-T阀选型中，除了要遵守低温阀门设计的一般规则外，还须考虑在高压差工况对阀内件选型设计的特殊要求。

LNG低温阀门选型的特殊要求

1: 阀内件结构性能对比及其选型

一般冷剂用J-T阀和LNG J-T阀的压差比都在0.9以上，需采用多级降压手段。目前，阀内件设计的基本思想是曲折通道、多级减压、扩大流动区域和多孔设计等。这种结构的阀内件可以使高速流体在通过阀芯、阀座时每一点的压力都高于在该温度下的饱和蒸汽压，主要有两种结构形式，多孔套筒式调节阀和迷宫式调节阀。

国外供应商产品的共性都是利用多级套筒实现逐级降压，区别在于对迷宫式和多孔式套筒结构的选用上，其中CCI、MASONEILAN、Copes Vulcan、SevernGlocon等主要生产迷宫阀，美国威盾VTON，美国Fisher和美国Flowsever（Valtek）主要生产多孔套筒阀。迷宫控制阀对流速的控制强于多孔套筒阀。在选择套筒阀级数时，若多孔套筒阀流速不满足要求，应选用迷宫阀。如采用迷宫阀芯，J-T阀寿命至少在两年以上，寿命是套筒阀5～10倍。套筒钻孔阀适用于小尺寸的多级减压工况，大尺寸选迷宫阀。迷宫阀量程范围较宽，但迷宫阀与多孔套筒阀相比价格更高。

2: 出口流速的控制要求

高压差产生气蚀，介质的高流速也直接影响阀体和阀内件的使用寿命，需通过多通道设计的方法进行分级减压，使调节阀内流体压力-速度曲线变得平稳过渡。因此，选择阀内件流道结构时，应重点控制介质流速，尽量使高速流体撞击，造成动能的消耗，进而减小气蚀、振动对阀门的磨损。应满足ISA标准给出的介质流出阀内件的速度和动压能的要求。

3: 防堵塞设计

在液化工厂中，造成堵塞的原因主要有介质中存在水蒸气和CO2导致冰堵；管线吹扫不干净残留焊渣、铜屑等杂质造成脏堵。因此，需考虑多级减压套筒设计的防堵功能。尽量选择光滑平稳的流路，必要时应缩小阀座直径，以提高节流速度来提高“自洁”性能，还可配置足够刚度和推力（力矩）的执行机构。

LNG低温阀门选型关键技术

通用性低温技术要求

LNG领域涉及的低温或超低温阀门应满足如下基本要求：

①  低温阀门须要加长阀盖，阀盖应为整体式螺栓连接结构；比如美国威盾VTON的进口低温截止阀，阀盖比常温的加长1倍。

②  ②应装备加长阀杆，保证填料处于环境温度，所有阀杆都是防吹出结构。比如美国威盾VTON的进口低温长轴截止阀，阀杆长度为常温的的阀门的长度的3倍左右。

③阀内件应易于拆卸，尤其是阀座可在线维护并易于更换，内件和密封能 够快速从阀顶部拆卸，可在线维修。

④具有软密封结构的阀门应采用防火设计。

⑤所有球阀都应装有泄压装置。

⑥具有外密封结构的球阀、截止阀等应具有外密封性能。

⑦阀体、内件、阀盖、阀杆、执行机构等须设计成防静电结构。

低温阀门选型注意事项

【1】承压零部件的材质选择

材料质量是衡量阀门强度可靠性和使用寿命的一个重要指标。目前LNG用低温阀门推荐选用奥氏体不锈钢材料，阀体常用牌号有A351 Gr.CF3M、A182 Gr.F316L、A182 Gr.F304L；阀芯常用牌号有A351 Gr.CF8M、A182 Gr.F316、A182 Gr.F304。比如美国威盾VTON一般采用的材质是A351 Gr.CF3M、A182 Gr.F316L这几种。

【2】密封面型式及其材质的选择

LNG用低温阀门通常采用硬密封结构。阀芯（或阀板）材质不低于316不锈钢，在高压差或易发生气蚀或闪蒸的场合考虑采用硬质不锈钢或斯泰莱合金，在阀芯（或阀板）和阀座上堆焊STL合金。LNG用低温球阀阀座密封推荐采用金属密封+嵌入式软密封，软密封材质可采用聚三氟氯乙烯（PTFCE）。阀杆填料一般推荐采用“唇式密封+石墨”的结构。

【3】阀杆延长长度的合理确定

对于LNG超低温介质，阀盖的延长量是关键的设计指标。现场LNG项目阀门外漏80%原因都源自厂家为了节约成本没有配置足够的延长阀盖。BS6364以及壳牌（Shell）的MESC SPE77/200都对此长度有不同的要求。壳牌的延长度要求严格，但仅靠提高延长量要求来保证填料不结冰缺少现场依据，建议以BS6364的中对非冷箱阀门的要求为基础，综合考虑材质选择、当地环境露点值以及各厂家项目经验等多种因素，通过热分析和实际的试验结论选择延长量。

【4】阀门配管附件的设计考虑

为防止破坏阀门的软密封结构，堆焊球阀两端应配置焊接短管。带短管的球阀要求可以在线焊接。对于DN大于等于80mm的阀门，管道短管长度不小于150mm，建议短管材质与管道材质保持一致。此外，所有阀盖加长的阀门应有滴盘进行保冷，保证填料箱处于环境温度。滴盘需要跟阀盖满焊，材质与阀体保持一致。

【5】低温阀门的核心试验项目

应对低温阀门材料进行检验，尤其对于国内产品，材料标准通常情况下要求较低，应做好相关试验检测项目，主要包括承压部件及焊接连接处的射线探伤测试、液体渗透等无损探伤试验。零部件在加工过程中必须进行低温深冷处理，使材料相变充分。在结构设计和材料检验满足要求的前提下，阀门的壳体液压测试、低压气密性试验、上密封泄漏测试（上密封结构）及低温泄漏测试是必须完成的测试项目。针对产品可以批量生产之前需进行低温冲击试验、常温性能试验、低温性能试验、无损检测、低温寿命试验等五大类试验。

结束语

本文立足LNG行业的长远发展前景，针对LNG产业链中两个关键环节，天然气液化工厂及LNG接收站，梳理了常用低温阀门的使用情况。针对结构设计稍复杂的多级降压阀，详细分析了工艺要求及多级降压结构的选型要点。总结了已建站场在低温阀门设计及试验方面的关键注意事项，对进口低温阀门的选型和注意事项进行了阐述。