Analiza uszczelnienia zaworu kriogenicznego LNG

Zawory kriogeniczne koncentrują się głównie w częściach skroplonych i częściach do magazynowania LNG w zakładach skraplania gazu ziemnego. Z przybliżonych statystyk wynika, że w stacjach odbiorczych LNG dostępnych jest około 2000 zaworów kriogenicznych (duże stacje o zdolności odbiorczej ponad 2 mln ton/rok), co stanowi ponad 90% wszystkich zaworów. Wśród nich znajduje się około 700 zaworów małych rozmiarów, reszta to zawory wysokociśnieniowe i wielkośrednicowe.

LNG ma małą masę cząsteczkową, niską lepkość, dużą przepuszczalność, jest łatwy do wyciekania, jest łatwopalny i wybuchowy, co wymaga wysokiego uszczelnienia zaworu, a także elektryczności statycznej, zapobiegania pożarom i przeciwwybuchowym. Uszczelnienia odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu sprawności zaworów. Dzisiaj analizujemy wymagania dotyczące uszczelnień zawory kriogeniczne w systemie LNG.

Uszczelnienie łodygi

Uszczelnienie trzpienia zaworów kriogenicznych jest zwykle uszczelnione. Typowymi wypełniaczami są PTFE, impregnowana lina azbestowa PTFE i elastyczny grafit. Aby zapewnić skuteczność uszczelnienia kriogenicznego, często stosuje się kombinację podwójnego uszczelnienia miękkiego i twardego, podwójne uszczelnienie z pośrednim pierścieniem izolacyjnym (mieszanina odporna na niskie i wysokie temperatury) oraz dodatkowe elastyczne urządzenie obciążające. Elastyczne urządzenie obciążające, takie jak uszczelka sprężyny talerzowej, dzięki czemu uszczelnienie w niskotemperaturowej sile wstępnego dokręcania może być w sposób ciągły kompensowane, aby zapewnić skuteczność uszczelnienia uszczelnienia przez długi czas.

Wyciek zaworu dzieli się na wyciek wewnętrzny i wyciek zewnętrzny. Wyciek zewnętrzny jest bardziej niebezpieczny ze względu na łatwopalny i wybuchowy charakter LNG. Wyciek z uszczelnienia trzpienia jest głównym potencjalnym źródłem wycieków zewnętrznych. Kriogeniczne uszczelnienie trzpienia zaworu może być metalową konstrukcją uszczelniającą z mieszkiem, która może pracować w wysokich temperaturach i warunkach niskich temperatur. W porównaniu z uszczelnieniami mechanicznymi, uszczelnienie mieszkowe ma tę zaletę, że ma zerowy wyciek, brak kontaktu, brak tarcia, brak zużycia itd., co może skutecznie zmniejszyć wyciek medium na trzpieniu zaworu i poprawić niezawodność i bezpieczeństwo zaworów kriogenicznych.

Uszczelka kołnierza

Idealny materiał uszczelki kriogenicznej jest miękki w temperaturze pokojowej, sprężysty w niskiej temperaturze, ma mały współczynnik rozszerzalności liniowej i pewną wytrzymałość mechaniczną. Uszczelka kołnierza środkowego zaworu kriogenicznego wykonana jest z pierścienia ze stali nierdzewnej i elastycznego grafitu. Przy niskich temperaturach uszczelka jest mniejsza od redukcji co może spowodować wyciek medium.

Elementy złączne

Elementy złączne ze stali austenitycznej należy dobierać tak, aby zapewnić udarność w niskich temperaturach w warunkach pracy LNG. Ze względu na niską granicę plastyczności austenitycznej stali nierdzewnej konieczne jest poddanie części gwintu hartowaniu przez odkształcenie i zastosowaniu dwusiarczku molibdenu.

Do łączników zaworów często stosuje się kołki z pełnym gwintem. W celu poprawy właściwości mechanicznych, w przypadku elementów złącznych ze stali austenitycznej można przeprowadzić obróbkę cieplną przesycającą (klasa 1), wyżarzanie z końcową obróbką cieplną (klasa 1A), wyżarzanie z końcową obróbką cieplną i utwardzanie przy rozciąganiu (klasa 2). Elementy złączne ze stali austenitycznej 304, 321, 347 i 316 o średnicy poniżej 1/2 cala (12,5 mm) należy stosować w temperaturach powyżej -200℃. Jeżeli przeprowadzono obróbkę cieplną przesycającą lub utwardzanie przez odkształcenie, próba udarności w niskiej temperaturze nie jest wymagana, w przeciwnym razie należy ją przeprowadzić.

Elementy złączne są podatne na uszkodzenia zmęczeniowe pod zmiennym obciążeniem. Klucze dynamometryczne powinny być używane w rzeczywistej pracy, aby zapewnić równomierną siłę na każdej śrubie i uniknąć wycieków spowodowanych nadmierną siłą działającą na pojedynczą śrubę.