本文主要是探讨分析了液化天然气用超低温阀门的设计，详细介绍了超低温阀门的结构设计，工控特性，制造材料以及制造工艺等，并在此基础上阐述了超低温阀门的关闭力矩、密封结构以及材料性能等，希望能够为超低温阀门设计人员提供参考价值。
关键词：液化天然气；深冷处理；超低温阀门；设计与研究
中图分类号：TH134 文献标志码：A
1 阀门材料选择
1.1 奥式体不锈钢
超低温阀门材料需要具备较强的稳定性和韧性，才能确保其在低温或超低温工况中不会由于相变而出现变形情况，对阀门的密封性造成影响。一般来说，体心立方结构具有低温脆性，面心立方结构的低温韧塑性较好，适用面心立方结构奥氏体不锈钢作为阀门的阀瓣，阀座和阀体材料，由于以上材料不具备低温冷脆临界溫度，因此能够在低温条件下表现出较高的韧塑性。在26℃～-265℃，奥式体不锈钢材料屈服强度和抗拉强度会随着温度的降低而升高。
1.2 PCTFE
该种材料属于三氟氯乙烯聚合物，材料性质为热塑性树脂。由于PCTFE的分子结构当中引入C-CL键，因此与四氟乙烯等材料相比在化学惰性、耐热性、刚性以及耐蠕变性方面都比较低。在液化天然气和液氧当中，PCTFE不会出现蠕变和脆裂。在大部分非金属材料当中，其水汽渗透率较低，不会渗透到气体当中，没有助燃性，属于密封聚合物。由于该种物质的耐低温性较为显著，在特定条件下能够达到-270℃。
2 深冷处理
深冷处理是利用冷媒作为冷却介质，对材料进行程序化深冷处理（-196℃）和低温回火，从而达到改善和强化金属材料性能的目的。深冷处理是近年来国际上最新的一种改善和强化金属材料性能的新工艺技术，是目前最有效、最经济的一种技术手段。深冷处理过程中金属中大量残余奥氏体转变为马氏体，特别是过饱和的亚稳定马氏体在处理过程中会降低饱和度，析出弥散，并与基体保持共格关系的超微细碳化物，可以使马氏体晶格畸变减少，微观应力降低，而细小弥散的碳化物在材料塑性变形时可以阻碍位错运动。
3 结构设计
3.1 长颈阀盖
液化天然气超低温阀门使用长颈阀盖主要是为了避免外界向装置内传递热量；能够使填料部位远离阀体中的液化天然气，全面确保填料温度在0℃以上，避免由于填料温度较低而导致阀杆和阀盖零部件冻结，确保填料工作稳定性。
3.2 滴水板
该部件能够有效避免阀体温度向阀杆上端以及填料传递，全面确保阀杆上部零件和填料部位的温度在0℃以上。图1和图2表示无滴水板和有滴水板的阀体温度场模拟图，对其进行对比分析能够看出，有滴水板的阀门盖上端温度显著高于无滴水板。在将阀盖上部进行延伸处理之后能够有效降低温度，一般来说，将阀门暴露在空气当中，当遇到低温时会使其液化为水珠。滴水板的直径大于中法兰直径，这样能够避免低温液化水滴落在中法兰螺栓上，防止螺栓出现锈蚀。
3.3 泄压部件
液化天然气在气化之后体积将会迅速扩大，存在中腔异常升压问题。在关闭阀门之后残留在阀体腔内的液化天然气会从周边环境当中吸收热量并迅速气化，阀体内腔压力会迅速升高，当阀体内腔的压力超过阀体材料的使用极限时，阀门将会爆炸。因此超低温阀门需要提供泄压结构的设计，按照工艺管路的实际要求向阀前或阀后进行泄压，避免腔体出现异常升压情况。
3.4 防静电结构
由于液化天然气介质存在易燃易爆特征，因此在设计液化天然气超低温阀门时需要全面分析防静电措施。特别是对于PCTEF材料阀座来说存在聚集静电隐患，静电摩擦产生火花能使液化天然气爆炸。在阀体与阀杆，关闭件与阀杆之间需要设置导通装置，这样能够将静电引出，避免发生安全事故。对于金属密封超低温阀门来说可以不设置导通装置，但是关闭件，阀杆和阀体的电阻值需要满足标准规范。
4 阀门的密封
4.1 阀杆密封
阀杆泄漏主要分为外泄露和内泄露，液化天然气存在易燃易爆性，因此外泄露具有较大的危险性。阀杆密封泄露在整个外泄露当中占主要原因，超低温阀门的阀杆密封，通常都是使用弹性蓄能密封圈、低温型密封圈和填料进行。为了全面确保低温密封性能，阀杆的密封结构采用多种密封件相结合的组合型密封结构，还需要使用附加弹性复合装置，该装置如蝶形弹簧垫片，在低温条件下能够使填料的预紧力得到补偿，确保填料密封效果。
4.2 中法兰密封
在低温条件下具有良好的回弹性和机械强度，线膨胀系数小。超低温阀门的中法兰密封垫通常都是使用柔性石墨缠绕垫片和弹性蓄能密封圈的组合型密封结构。在低温条件下垫片密封比压会相对减小，这样可能会导致介质泄漏。所以需要使用碟形弹簧垫片对中法兰紧固螺栓连接处进行补偿处理。
结语
综上所述，随着液化天然气接收站、工厂气化站以及运输船的快速发展，也逐渐扩大了超低温阀门的应用范围。因此在设计和制造液化天然气超低温阀门时，需要全面分析、试验阀门结构以及材料对产品的影响作用，全面研究相关课题，并且使用试验方法验证设计理论，这样才能够确保液化天然气超低温阀门设计结构的实效性，从根本上提升阀门的可靠性和安全性。
参考文献
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