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低溫頂裝式三偏心蝶閥深冷LNG優(yōu)劣

作者:進(jìn)口閥門(mén) 日期:2021-10-28 點(diǎn)擊:4050

LNG行業(yè)中,依據相關(guān)國際標準,如EN 1473NFPA 59A,以及當地法規(尤其是LNG罐區),最終用戶(hù)已經(jīng)普通接受低溫深冷閥采用對焊BW連接方式與管道相連,用戶(hù)指定閥門(mén)采用法蘭連接的情況已經(jīng)很少。在閥體焊接到管道上成為普及的解決方案時(shí),問(wèn)題也隨之而來(lái),閥門(mén)出現故障時(shí)如何檢修?操作人員如何更換關(guān)鍵部件?

三偏心閥的設計非常適合深冷應用

三偏心閥采用三個(gè)偏心設計,因其金屬對金屬扭矩密封、90度旋轉全行程無(wú)摩擦的特性,實(shí)現真正意義上的雙向零泄漏性能,即按照現行的國際標準,在高壓水測試和低壓空氣測試下均無(wú)可見(jiàn)的泄漏。它的免維護內件設計(密封結構中沒(méi)有任何軟材料),使其擁有超長(cháng)壽命并幾乎不需要維護。

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低溫三偏心閥是一種帶有延長(cháng)閥蓋和彈性實(shí)心金屬密封圈的閥門(mén),使用的密封圈是由高耐腐蝕材料Nitronic 50超級奧氏體不銹鋼制成,它在低溫下的強度比我們常規的奧氏體不銹鋼316要高出2~4倍,能夠在極低溫度下保證機械特性。

什么是正頂裝和側頂裝設計

三偏心閥(TOV)LNG行業(yè)應用上的設計本著(zhù)降低逸散性外漏風(fēng)險和全生命周期維修任務(wù)的便利性和安全性,從最初的雙法蘭,到對焊連接,再升級到正頂裝式對焊閥體設計,如下圖1。
正頂裝式閥的閥板采用上裝結構,需要將閥內件在外部進(jìn)行維護以及易損件的更換時(shí),整個(gè)閥板閥桿以及閥板上的密封圈都可以從閥體上部吊裝出閥體內部,也就是閥門(mén)無(wú)需從管道上切割下來(lái),就可以進(jìn)行閥內件、閥桿、閥板、密封圈、軸承的維修和更換。

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1正頂裝式對焊低溫深冷閥

側頂裝式閥如圖2,采用的是常規閥板側裝方式,加長(cháng)一端閥體長(cháng)度,在其上方開(kāi)一監測孔(通常俗稱(chēng)檢修口)。當閥門(mén)與管道焊接連接后,閥內件無(wú)法從閥體上方抽出,維修和更新內件需要從監測孔內進(jìn)行操作。

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2  側頂裝式對焊低溫深冷閥這種設計的缺點(diǎn)在于:

閥座通常為 316奧氏體不銹鋼,經(jīng)滲氮硬化,滲氮層的厚度通常只有20微米。而正頂裝閥門(mén)常規采用耐磨、較高彈性的Stellite堆焊層作為閥座,厚度達到2.5毫米,能夠有效消除機械故障、并長(cháng)時(shí)間地維持閥門(mén)的低泄漏,達到全生命周期免維護。側頂裝式多采用多層石墨層壓密封圈,石墨材料在低溫下會(huì )變得易碎,而且,石墨在低溫下的收縮系數比不銹鋼小2~3倍,意味著(zhù)低溫工況下,石墨會(huì )被擠出不銹鋼密封層。

側頂裝閥門(mén)暴露在介質(zhì)中的螺栓數量比整體閥座型增加了一倍多,這就需要更加特殊地采取有效防止螺栓松動(dòng)的措施??偟膩?lái)說(shuō),這種設計造成密封部件容易損壞,因此必須進(jìn)行定期維護。

由于閥內件無(wú)法抽出,維修人員探身或進(jìn)入監測孔進(jìn)行維修,如圖34所示。不但直接暴露在安全風(fēng)險中(因為介質(zhì)是LNG有毒氣體會(huì )造成風(fēng)險更大,人吸進(jìn)純LNG,迅速失去知覺(jué),幾分鐘就會(huì )造成死亡),且大口徑閥門(mén)的內件更換很難完成(監測孔小且不方便操作)。

試想一下當工作人員維修有害氣液體介質(zhì)的高壓、大口徑側頂裝式閥門(mén)時(shí),人員要佩戴防毒面具、要采取特殊安全措施和持續監測供氧;如果出現意外加壓、閥門(mén)意外動(dòng)作以及重型部件的拆除情況,這個(gè)工作難度不言而喻。

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頂裝設計的閥門(mén)能實(shí)現在線(xiàn)維護嗎?

如上所述,側頂裝閥旁邊的檢修口最大的功能是檢查觀(guān)測孔,英文稱(chēng)為Inspection door。來(lái)源于LNG船的維修人員進(jìn)行日常巡檢時(shí),用一鏡子伸到孔中觀(guān)測閥門(mén)是否嚴密關(guān)斷。如果閥體和閥板密封圈有泄漏,就會(huì )存在間隙,在鏡子中就會(huì )有光線(xiàn)。
監測孔的在線(xiàn)檢修是很難實(shí)現的:

DN400口徑及以下的閥門(mén),監測孔的尺寸很小。例如:DN200的閥門(mén),其矩形監測孔的內徑長(cháng)x寬約為200*100mm,如圖5所示。在如此狹窄的空間內用手和工具來(lái)更換閥內件,等同于盲操作。再加上閥板密封圈和閥座密封圈的螺栓往往有放松措施以防止螺栓松落,這種防松螺栓的盲操作使拆卸動(dòng)作更是難上加難。

大口徑閥門(mén),如DN600-DN1050,從檢修口邊沿到閥座密封圈最下沿的距離(如圖6的長(cháng)度A)約為800-1200mm。而通常人胳膊長(cháng)度(如圖6的長(cháng)度B)600-700mm,意味著(zhù)人手從監測孔伸入閥體內后是無(wú)法夠到閥體根部的閥座密封圈螺栓從而進(jìn)行拆卸。

超大口徑閥門(mén),如DN1100,如圖3/4所示,維修人員必須鉆到管道內進(jìn)行維護,這可能對人員安全形成巨大風(fēng)險。

對于大口徑和超大口徑閥門(mén),一個(gè)閥板密封圈壓蓋的重量往往也不是一個(gè)人能夠靠雙手來(lái)實(shí)現搬運的。而側頂裝式閥的設計使吊裝設備也很難發(fā)揮作用。閥門(mén)密封面距離檢修口還有一段距離,這意味著(zhù)操作更困難。從圖34可以看出,通過(guò)側頂裝的檢修口來(lái)進(jìn)行維修是多么的不安全和困難。

另外,側頂裝閥在維修時(shí)也是需要將執行機構卸掉,以避免閥門(mén)誤動(dòng)作對維修人員造成傷害,如圖5右。

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在滿(mǎn)足外漏測試ISO 15848-1標準下,正頂裝型式與側頂裝型式的優(yōu)劣勢

按照ISO 15848-1的規定,揮發(fā)性物質(zhì)外漏的測試包括閥體閥蓋的密封,和填料處的密封。對于側頂裝式閥,閥體閥蓋必須包括閥體閥蓋處的泄漏量以及維護口的泄漏量,兩者相加的最高值不能超過(guò)50PPM,如圖7所示;而正頂裝只有閥體閥蓋一處泄漏點(diǎn),如圖8所示。

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正頂裝提升閥板閥蓋時(shí),是不需要動(dòng)填料的,不會(huì )破壞ISO 15848-1或者TA-LUFT認證的閥桿密封填料系統。而且閥桿填料壓蓋的螺栓扭矩是在閥門(mén)維護過(guò)程中需要時(shí)時(shí)監控的。隨著(zhù)管道系統的緊湊設計帶來(lái)的整體管道振動(dòng),會(huì )引起填料壓蓋螺栓的松動(dòng)。在ISO 15848-1的測試中,明確規定填料測試是允許填料壓蓋螺栓的緊固的,緊固的次數用SSA NO.記錄在報告上。而正頂裝的閥蓋提升更換密封圈以及維護等動(dòng)作對于閥體閥蓋連接法蘭的動(dòng)作,這一點(diǎn)和側頂裝的維護人孔的動(dòng)作是一樣的。

側頂裝式閥的檢修口增加了泄漏渠道

正頂裝結構還避免了側頂裝結構下額外增加的側裝檢修口法蘭所帶來(lái)的另一個(gè)泄漏渠道。而且也減少了絕熱保護的管道壓力容器由于過(guò)多法蘭連接而造成的冷損失。
NFPA 59A LNG生產(chǎn)儲存及操作標準(危險評價(jià))EN1473 LNG岸上設備安裝及設計(安全限制值、安全要素)中明確規定頂裝結構大大減少了法蘭連接的數量,以避免LNG泄露,增加安全性 涉及地震、易燃易爆物的泄漏、溢出、擴散、爆炸、燃燒、超壓、中毒、加熱蒸發(fā)等危險因素的防范 安全措施和安全技術(shù)要求。
側頂裝結構不但沒(méi)有減少法蘭數量,而且還在原有的閥門(mén)設計結構上增加了檢修口的法蘭數量,達到3個(gè),如圖9左側紅圈。而正頂裝的法蘭數量只有1個(gè)(底部端蓋焊死),如圖9右側紅圈。

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結論

幾十年來(lái),三偏心蝶閥集多年閥門(mén)專(zhuān)業(yè)知識并與LNG客戶(hù)深入溝通,對LNG低溫深冷三偏心閥的設計不斷進(jìn)行優(yōu)化,之所以推薦使用正頂裝對焊三偏心閥,正在從現場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗中發(fā)現,在保證雙向零泄漏、無(wú)閥腔設計、全金屬結構、很低/零維護需求的同時(shí),全生命周期維護的安全、便利和維護成本低也是客戶(hù)考慮的重中之重。

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