Анализ уплотнения криогенного клапана СПГ

Криогенные клапаны в основном сосредоточены в частях сжиженного газа и частях хранилищ СПГ на заводах по сжижению природного газа. Если привести приблизительную статистику, то на станциях приема СПГ (крупных станциях с приемной мощностью более 2 млн тонн в год) имеется около 2000 криогенных клапанов, что составляет более 901ТП3Т всех клапанов. Среди них около 700 малогабаритных клапанов, остальные — клапаны высокого давления и большого диаметра.

СПГ имеет небольшую молекулярную массу, низкую вязкость, высокую проницаемость, легко утекает, легко воспламеняется и взрывоопасен, что требует высокой герметизации клапана, а также статического электричества, противопожарной защиты и взрывозащиты. Уплотнения играют центральную роль в поддержании работоспособности клапанов. Сегодня мы анализируем требования к уплотнениям криогенные клапаны в системе СПГ.

Уплотнение штока

Уплотнение штока криогенных клапанов обычно является набивочным. Обычными наполнителями являются ПТФЭ, пропитанный ПТФЭ асбестовый канат и гибкий графит. Для обеспечения характеристик криогенного уплотнения часто используется комбинация мягкого и жесткого двойного уплотнения, двойного уплотнения с промежуточным изолирующим кольцом (смесь, устойчивая к низким и высоким температурам) и дополнительным эластичным нагружающим устройством. Эластичное нагрузочное устройство, такое как прокладка тарельчатой пружины, позволяет непрерывно компенсировать упаковку при низкотемпературном усилии предварительного затягивания, чтобы обеспечить производительность уплотнения упаковки в течение длительного времени.

Утечка клапана делится на внутреннюю утечку и внешнюю утечку. Внешняя утечка более опасна из-за легковоспламеняющейся и взрывоопасной природы СПГ. Утечка через уплотнение штока является основным потенциальным источником внешних утечек. Криогенное уплотнение штока клапана может представлять собой конструкцию металлического сильфонного уплотнения, которая может работать при высоких и низких температурах. По сравнению с механическими уплотнениями сильфонное уплотнение обладает преимуществами нулевой утечки, отсутствия контакта, отсутствия трения, отсутствия износа и т. д., что может эффективно уменьшить утечку среды на штоке клапана и повысить надежность и безопасность криогенных клапанов.

Фланцевое уплотнение

Идеальный материал прокладки криогенного уплотнения — мягкий при комнатной температуре, упругий при низкой температуре, с небольшим коэффициентом линейного расширения и определенной механической прочностью. Прокладка среднего фланца криогенного клапана изготовлена из кольца из нержавеющей стали и гибкого графита. При низких температурах уплотняющая прокладка меньше размера редукции, что может привести к утечке среды.

Крепежи

Крепёжные детали из аустенитной нержавеющей стали следует выбирать так, чтобы обеспечить ударную вязкость при низких температурах в условиях работы на СПГ. Из-за низкого предела текучести аустенитной нержавеющей стали необходимо пройти деформационную закалку и нанесение дисульфида молибдена на часть резьбы.

Для крепления клапанов часто используются шпильки с полной резьбой. Для улучшения механических свойств крепежных изделий из аустенитной нержавеющей стали можно провести термообработку на раствор исходного материала (Класс 1), отжиг при окончательной термообработке на раствор (Класс 1А), отжиг при окончательной термообработке на раствор и закалку на растяжение (Класс 2). Крепежные детали из аустенитной нержавеющей стали марок 304, 321, 347 и 316 толщиной менее 1/2 дюйма (12,5 мм) следует использовать при температурах выше -200 ℃. Если проводилась термообработка на раствор или деформационное упрочнение, испытание на низкотемпературный удар не требуется, в противном случае его следует провести.

Крепежные изделия склонны к усталостному разрушению при знакопеременной нагрузке. В реальных условиях эксплуатации следует использовать динамометрические ключи, чтобы обеспечить равномерное усилие на каждый болт и избежать утечек, вызванных чрезмерным усилием на один болт.