Lng蝶閥的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種-162℃LNG蝶閥，根據(jù)LNG蝶閥需要雙向?qū)ú⒕哂邪踩δ艿奶攸c，在蝶板處沿軸設(shè)置兩個單向?qū)ǖ膲毫φ{(diào)節(jié)閥門，可根據(jù)LNG管道流程的具體要求，進行設(shè)置并調(diào)節(jié)各自控制壓力，能夠自動雙向?qū)ü艿纼蓚?cè)的LNG，有效控制閥門兩側(cè)的壓力平衡，易于反流控制，起到即可開關(guān)又可安全控制的效用。同時，采用設(shè)置預(yù)應(yīng)力彈簧的可收縮彈性閥桿技術(shù)、迷宮密封技術(shù)的全焊接球閥技術(shù)等，可有效降低閥門設(shè)計壓力及LNG輸送系統(tǒng)的設(shè)計壓力，閥門體積更小，安全性更高，加工制造成本更低。
【專利說明】LNG蝶閥
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種-162°c LNG蝶閥，根據(jù)LNG蝶閥單向密封、控制流量大的特點，在蝶板處沿軸向設(shè)置兩個單向?qū)ǖ膲毫φ{(diào)節(jié)閥門，可根據(jù)LNG管道流程的具體要求，進行設(shè)置并調(diào)節(jié)各自控制壓力，能夠有效控制閥門兩側(cè)的壓力平衡，易于反流控制，起到管道安全效用。同時，采用設(shè)置預(yù)應(yīng)力彈簧的可收縮彈性閥桿技術(shù)、迷宮密封技術(shù)及多重密封的全焊接閥門技術(shù)等，根據(jù)低溫閥體的溫差應(yīng)力自由收縮以適應(yīng)閥體的溫度變化，維持閥門密封面所需預(yù)應(yīng)力，防止溫差應(yīng)變引起的泄漏。可有效降低整體閥桿的高度，縮小LNG蝶閥的整體尺寸，具備LNG雙向截止與雙向安全雙重功效；可有效降低閥門設(shè)計壓力及LNG輸送系統(tǒng)的設(shè)計壓力，閥門體積更小，安全性更高，加工制造成本更低。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)的流體控制領(lǐng)域，成套工藝流程中常用的過程控制閥門數(shù)量眾多，蝶閥為主要通斷閥門之一，具有流動阻力小，閥門不易堵塞，控制大流量，控制方便等特點，為成套工藝設(shè)備中不可缺少的主要設(shè)備，且一般都采用法蘭或螺紋連接于管道中。由于傳統(tǒng)的蝶閥存在控制密封面大，密封面多，易于泄漏等特點，不能應(yīng)用于低溫易燃流體等領(lǐng)域，尤其-162°C LNG領(lǐng)域。首先，當(dāng)?shù)y關(guān)閉時，由于管道兩端的LNG均極易汽化，兩端壓力往往與兩相流控制有關(guān)，LNG流體易于自增壓并帶來安全隱患，要求LNG蝶閥在關(guān)閉后同時具備雙向?qū)ǖ陌踩饔谩１景l(fā)明根據(jù)LNG蝶閥特點，在蝶板處沿軸向設(shè)置兩個單向?qū)ǖ膲毫刂崎y門，可根據(jù)LNG管道流程的具體安全要求，進行設(shè)置并調(diào)節(jié)各自控制壓力，能夠自動雙向?qū)ü艿纼?nèi)的LNG，有效控制閥門兩側(cè)的壓力平衡，易于反流控制，起到雙向?qū)ǖ陌踩в?。其次，由于LNG汽化后為易燃易爆氣體，主要成份為CH4，傳統(tǒng)的低溫蝶閥由于存在大量的密封面，容易引起LNG泄漏，如雙向主密封面、閥體與閥蓋之間，管道連接處法蘭及其它螺紋連接處等，尤其在_162°C低溫工況下，密封墊片及密封面往往直接與LNG接觸，密封材料容易出現(xiàn)低溫脆斷，密封面經(jīng)常出現(xiàn)泄漏，存在很大安全隱患，尤其對于易燃易爆的天然氣，泄漏造成的危險性更大。本發(fā)明根據(jù)LNG低溫滲漏特點，按照迷宮密封的原理，在低溫閥桿上部開有多個節(jié)流降壓的環(huán)形齒槽，當(dāng)閥門打開時，壓力較高的LNG經(jīng)多個環(huán)形齒槽連續(xù)節(jié)流降壓后，迅速汽化形成高壓氣體，并密封于閥門上部，與底部的LNG壓力達到平衡，以此抵制LNG直接向上滲透并接觸上部密封面，以免凍壞密封面，延長了密封面的使用壽命。節(jié)流汽化后的氣體，溫度升高后，密封于閥門上部，可降低LNG與閥門內(nèi)表面的傳熱速度，延緩冷量向上傳遞，以此降低閥桿及整個閥門的高度，縮小閥門體積?？紤]到LNG低溫屬性，閥門頂部設(shè)置多重低溫密封，并填充多重密封函，主密封面采用具有內(nèi)置彈性彈簧的多重泛塞密封，延長密封面長度，增加密封強度，以滿足低溫密封面對NG及LNG的密封要求。同時，設(shè)置全焊型閥門，不再設(shè)置傳統(tǒng)的閥蓋，以下閥體對焊、上下閥體對焊的形式減少密封面，以最大限度的降低LNG泄漏。然后，由于LNG蝶閥上下溫差較大，閥體與LNG接觸，閥桿旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器、上閥體及上部閥桿部件與外部大氣環(huán)境接觸，閥門兩端存在200°C左右的溫差，部件內(nèi)部存在很大溫差應(yīng)力，尤其閥桿與上閥體之間。LNG閥體一般采用鑄鋼制造，傳熱速度較快，需要很長的上閥體及閥桿延遲傳熱，以防止閥桿旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器等部件溫度太低，以免造成低溫凍傷。一般要求閥桿延長到不結(jié)霜為至。此外，由于閥體一般采用鑄鋼件，閥桿采用鋼性鍛件，兩者熱膨脹系數(shù)相差較大，低溫工況下存在較大溫差應(yīng)力，相互接觸后，低溫應(yīng)變?nèi)菀讓?dǎo)致閥體開裂，閥桿變形，主密封面破壞，LNG無法截止等問題。所以，傳統(tǒng)的低溫閥門用于LNG領(lǐng)域時，要求閥桿較長以減少局部溫差應(yīng)變，使整個閥門體積較大，以適應(yīng)于冷收縮及解決較大溫差應(yīng)力等問題。本發(fā)明根據(jù)LNG低溫閥門冷量由閥體向上傳遞的特點，可根據(jù)實際閥門的大小，在上閥體外設(shè)置傳熱系數(shù)較大的多重圓形散冷翅片，以阻止冷量向上傳遞，達到降低閥桿高度的要求。同時，由于采用了迷宮密封的多重節(jié)流降壓及氣化效應(yīng)，阻止LNG向上滲漏，也可降低閥桿的高度。此外，采用設(shè)置預(yù)應(yīng)力的可收縮的彈性閥桿技術(shù)，根據(jù)低溫工況下閥體的溫差應(yīng)力，自由收縮以適應(yīng)閥體的溫度變化，保證密封面的所需的預(yù)應(yīng)力，確保密封面不會因大溫差變化而導(dǎo)致泄漏，還可有效降低整體閥桿的高度，縮小蝶閥的整體尺寸。最后，LNG為低溫流體，管道輸送壓力一般低于0.2MPa，處于飽和狀態(tài)或過熱狀態(tài)，輸送時外界會源源不斷通過閥門及管道給LNG提供熱量，導(dǎo)致LNG持續(xù)汽化，出現(xiàn)兩相流。兩相流遇到蝶閥突然截止時，容易導(dǎo)致管道內(nèi)剩余LNG壓力聚增并過臨界。當(dāng)壓力迅速超過臨界壓力4.6MPa后，溫度超過臨界溫度-82.59°C后，會給整個輸送系統(tǒng)完全造成極大隱患，所以，一般的LNG蝶閥或LNG系統(tǒng)的設(shè)計壓力大于6 MPa,使整個LNG系統(tǒng)設(shè)計難度增大，設(shè)備笨重，體積龐大。本發(fā)明根據(jù)LNG易過臨界的特性，在蝶閥設(shè)計過程中，采用自增壓安全平衡技術(shù)及彈性閥桿技術(shù)，設(shè)置控制LNG截止的預(yù)壓力，當(dāng)預(yù)壓力超過LNG截止設(shè)定壓力時可通過設(shè)置于蝶板上的壓力調(diào)節(jié)閥導(dǎo)通LNG，起到蝶閥及安全閥的雙重功效，可有效降低LNG蝶閥的設(shè)計壓力及LNG輸送系統(tǒng)的設(shè)計壓力，使LNG蝶閥體積更小，安全性更高，加工制造成本更低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明根據(jù)_162°C LNG低溫輸運的特點，發(fā)明了 LNG蝶閥，用于解決傳統(tǒng)的在輸送LNG時存在的不能雙向密封、不能雙向?qū)?、密封泄漏、不易安全控制、體積較大、設(shè)計笨重、閥桿太長等問題，可提高管道內(nèi)LNG過程控制效率，降低系統(tǒng)設(shè)計壓力，縮小閥門體積，提高LNG系統(tǒng)的安全性等。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
LNG蝶閥，由閥桿旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器(I)、壓緊螺母(2)、壓緊螺桿(3)、第一密封圈(4)、壓緊銷
[5]、第二密封圈(6)、第三密封圈(7)、第四密封圈(8)、彈性密封圈(9)、左散冷翅片(10)、上閥體(11)、第六密封擋圈(12)、下閥桿(13)、閥桿螺栓(14)、第七高彈性密封圈(15)、蝶板(16)、蝶板上螺栓連接件(17)、第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)、左下閥體(19)、右下閥體(20)、閥座(21)、蝶板下螺栓連接件(22)、第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)、第八主密封圈(24)、閥座彈簧(25 )、第九密封圈(26 )、閥桿螺栓螺母(27 )、閥桿彈簧(28 )、第六密封圈(29 )、上閥桿(30 )、右散冷翅片(31)、彈性密封支撐圈(32)、第五密封圈(33)、第三填料函(34)、第二填料函(35)、第一填料函(36)、填料函壓套(37)、填料函壓蓋(38)、壓緊螺母彈簧墊(39)、執(zhí)行器連接螺栓(40)組成，其中，壓力調(diào)節(jié)閥由錐面第一密封圈(41)、錐面第二密封圈(42)、調(diào)節(jié)閥閥座(43)、調(diào)節(jié)閥彈簧(44)、卡箍(45)、銷桿(46)、調(diào)節(jié)閥閥蓋(47)、壓緊螺釘(48)、彈簧第一墊圈(49)、彈簧第二墊圈(50)、調(diào)節(jié)閥閥桿(51)、調(diào)節(jié)閥閥體(52)組成，所述上閥桿(30)底部通過閥桿螺栓(14)連接下閥桿(13)，下閥桿(13)與上閥桿(30)之間安裝閥桿彈簧(28);下閥桿(13)底部安裝蝶板(16);第八主密封圈(24)安裝于閥座(21)上，閥座
(21)安裝于右下閥體(20)內(nèi)，形成右側(cè)主密封面；左下閥體(19)與右下閥體(20)焊接并形成整個下閥體；右下閥體(20)頂部安裝第七高彈性密封圈(15)，第七高彈性密封圈(15)內(nèi)表面安裝第九密封圈(26);蝶板(16)左側(cè)安裝第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)，右側(cè)安裝第二壓力調(diào)節(jié)閥(23);上閥桿(30)外部安裝上閥體(11)，上閥體(11)中部外表面安裝圓形左散冷翅片(10)及右散冷翅片(31)，左散冷翅片(10)與右散冷翅片(31)對接形成整體多層圓環(huán)形外置散冷翅片；上閥體(11)底部與右下閥體(20)頂部對焊，下部內(nèi)表面安裝第六密封擋圈(12)，第六密封擋圈(12)上部安裝第六密封圈(29);上閥體(11)中部內(nèi)表面安裝彈性密封圈(9)，彈性密封圈(9)底部安裝彈性密封支撐圈(32);彈性密封圈(9)上部向上依次安裝第五密封圈(33)、第四密封圈(8)、第三填料函(34)、第三密封圈(7)、第二填料函(35)、第二密封圈(6)、第一填料函(36)、第一密封圈(4);第一密封圈(4)上部安裝填料函壓套
(37)，填料函壓套(37)頂部安裝填料函壓蓋(38)，填料函壓蓋(38)上安裝壓緊螺母彈簧墊(39)及壓緊螺母(2);上閥體(11)上部通過執(zhí)行器連接螺栓(40)連接閥桿旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器Cl);調(diào)節(jié)閥閥桿(51)右側(cè)螺紋連接調(diào)節(jié)閥閥蓋(47);調(diào)節(jié)閥閥蓋(47)安裝于調(diào)節(jié)閥閥座
(43)內(nèi)；調(diào)節(jié)閥閥座(43)通過壓緊螺釘(48)連接調(diào)節(jié)閥閥體(52);銷桿(46)穿過調(diào)節(jié)閥閥蓋(47 )及調(diào)節(jié)閥閥桿(51);卡箍(45 )安裝于調(diào)節(jié)閥閥蓋(47 )卡槽內(nèi)；調(diào)節(jié)閥彈簧(44)安裝于調(diào)節(jié)閥閥蓋(47)與調(diào)節(jié)閥閥座(43)內(nèi)，中心為調(diào)節(jié)閥閥桿(51)，右側(cè)與彈簧第一墊圈(49)接觸，左側(cè)與彈簧第二墊圈(50)接觸；調(diào)節(jié)閥彈簧(44)預(yù)緊調(diào)節(jié)閥閥桿(51)左側(cè)閥芯錐面與調(diào)節(jié)閥閥體(52)左側(cè)擴壓罩內(nèi)表面形成密封面；錐面第一密封圈(41)、錐面第二密封圈(42)從左至右依次安裝于調(diào)節(jié)閥閥桿(51)左側(cè)閥芯錐面密封槽內(nèi)。
[0005]第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)沿蝶板(16)軸向安裝于蝶板(16)上。蝶閥關(guān)閉時，第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)出口向左且進口與LNG主流接通，LNG自蝶閥右側(cè)向左側(cè)流動時，第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)開啟壓力可根據(jù)右側(cè)管道內(nèi)LNG汽化壓力設(shè)定，高于蝶閥輸送壓力，低于蝶閥設(shè)計壓力，用于右側(cè)管道完全控制。
[0006]第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)沿蝶板(16)軸向安裝于蝶板(16)上。蝶閥關(guān)閉時，第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)出口向右且出口與LNG主流接通，LNG自蝶閥右側(cè)向左側(cè)流動時，第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)開啟壓力可根據(jù)左側(cè)管道內(nèi)LNG汽化壓力設(shè)定，高于蝶閥輸送壓力，低于蝶閥設(shè)計壓力，用于左側(cè)管道完全控制。
[0007]蝶閥關(guān)閉時，當(dāng)管道左側(cè)壓力由于左側(cè)LNG自增壓增高，并達到第二壓力調(diào)節(jié)閥
(23)控制壓力時，第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)打開，LNG排入蝶閥右側(cè)，管道兩側(cè)壓力迅速達到平衡。當(dāng)管道右側(cè)壓力由于右側(cè)LNG自增壓增高，并達到第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)控制壓力時，第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)打開，LNG排入蝶閥左側(cè)，管道兩側(cè)壓力迅速達到平衡。兩側(cè)壓力平衡并導(dǎo)通后，可有效解決LNG由于非正常操作等原因引起的LNG管道內(nèi)自增壓造成的危害。
[0008]壓力調(diào)節(jié)閥工作時，LNG自右側(cè)調(diào)節(jié)閥閥座(43)頂部通孔進入調(diào)節(jié)閥閥座(43)與調(diào)節(jié)閥閥體(52)之間環(huán)形通道，并作用于調(diào)節(jié)閥閥桿(51)錐形密封面，當(dāng)壓力大于調(diào)節(jié)閥彈簧(44)設(shè)定預(yù)緊壓力時，推動調(diào)節(jié)閥閥桿(51)，帶動調(diào)節(jié)閥閥蓋(47)向左運動，調(diào)節(jié)閥打開并泄放LNG，以此調(diào)節(jié)壓力。兩個調(diào)節(jié)閥設(shè)定壓力可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計壓力設(shè)定，通過調(diào)節(jié)閥閥蓋(47)與調(diào)節(jié)閥閥桿(51)之間的調(diào)節(jié)閥彈簧(44)預(yù)緊力調(diào)節(jié)，預(yù)緊力通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥閥蓋(47)并改變調(diào)節(jié)閥彈簧(44)預(yù)緊高度的方法實現(xiàn)。
[0009]蝶板(16)沿軸向開有可連接第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)、第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)的通孔，第一壓力調(diào)節(jié)閥(18 )、第二壓力調(diào)節(jié)閥(23 )通過調(diào)節(jié)閥閥體(52 )焊接于蝶板(16 )對應(yīng)通孔內(nèi)。
[0010]上閥桿(30)中部外表面連續(xù)開有多個環(huán)形齒槽，齒槽可根據(jù)實際節(jié)流需要工況，設(shè)計成矩形齒或螺紋形齒，起到迷宮密封作用。
[0011]上閥桿(30 )底部沿徑向開有通孔，通孔沿上閥桿(30 )軸向向上擴展，并有兩條直邊；閥桿螺栓(14)中部穿過上閥桿(30)底部長通孔，兩端穿透下閥桿(13)外壁并固定；閥桿螺栓(14 )可沿上閥桿(30 )底部通孔沿上閥桿(30 )軸向上下運動。
[0012]上閥桿(30)底部設(shè)有圓形凸臺，凸臺以下上閥桿(30)直徑縮小后深入至下閥桿
[13]中部，下閥桿(13)為圓形中空結(jié)構(gòu)，中部設(shè)置圓形凸臺。
[0013]閥桿彈簧(28)預(yù)緊后安裝于下閥桿(13)外表面，頂部與上閥桿(30)底部凸臺下表面接觸，底部與下閥桿(13)中部凸臺上表面接觸。
[0014]方案所涉及的原理問題:
首先，應(yīng)用LNG自增壓原理，確保管道兩側(cè)壓力平衡。蝶閥突然關(guān)閉時，外界環(huán)境提供熱源加熱管道兩側(cè)LNG，管道內(nèi)LNG受熱后，飽和溫度升高，對應(yīng)飽和壓力迅速升高，自增壓開始并很快超過管道內(nèi)部輸送壓力。第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)沿蝶板(16)軸向安裝于蝶板
(16)上。蝶閥關(guān)閉時，第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)出口向左且進口與LNG主流接通，LNG自蝶閥右側(cè)向左側(cè)流動時，第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)開啟壓力可根據(jù)右側(cè)管道內(nèi)LNG汽化壓力設(shè)定，高于蝶閥輸送壓力，低于蝶閥設(shè)計壓力，用于右側(cè)管道完全控制。第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)沿蝶板(16)軸向安裝于蝶板(16)上。蝶閥關(guān)閉時，第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)出口向右且出口與LNG主流接通，LNG自蝶閥右側(cè)向左側(cè)流動時，第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)開啟壓力可根據(jù)左側(cè)管道內(nèi)LNG汽化壓力設(shè)定，高于蝶閥輸送壓力，低于蝶閥設(shè)計壓力，用于左側(cè)管道完全控制。當(dāng)管道左側(cè)壓力由于左側(cè)LNG自增壓增高，并達到第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)控制壓力時，第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)打開，LNG排入蝶閥右側(cè)，管道兩側(cè)壓力迅速達到平衡。當(dāng)管道右側(cè)壓力由于右側(cè)LNG自增壓增高，并達到第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)控制壓力時，第一壓力調(diào)節(jié)閥
(18)打開，LNG排入蝶閥左側(cè)，管道兩側(cè)壓力迅速達到平衡。兩側(cè)壓力平衡并導(dǎo)通后，可有效解決LNG由于非正常操作等原因引起的LNG管道內(nèi)自增壓造成的危害。壓力調(diào)節(jié)閥工作時，LNG自右側(cè)調(diào)節(jié)閥閥座(43)頂部通孔進入調(diào)節(jié)閥閥座(43)與調(diào)節(jié)閥閥體(52)之間環(huán)形通道，并作用于調(diào)節(jié)閥閥桿(51)錐形密封面，當(dāng)壓力大于調(diào)節(jié)閥彈簧(44)設(shè)定預(yù)緊壓力時，推動調(diào)節(jié)閥閥桿(51 )，帶動調(diào)節(jié)閥閥蓋(47)向左運動，調(diào)節(jié)閥打開并泄放LNG，以此調(diào)節(jié)壓力。兩個調(diào)節(jié)閥設(shè)定壓力可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計壓力設(shè)定，通過調(diào)節(jié)閥閥蓋(47)與調(diào)節(jié)閥閥桿(51)之間的調(diào)節(jié)閥彈簧(44)預(yù)緊力調(diào)節(jié)，預(yù)緊力通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥閥蓋(47)并改變調(diào)節(jié)閥彈簧(44)預(yù)緊高度的方法實現(xiàn)。然后，應(yīng)用迷宮密封節(jié)流降壓的原理，將閥門上部設(shè)置為NG段，下部為LNG段，以此保護閥門上部密封。在_162°C低溫工況下，由于大氣環(huán)境不段提供熱量，管道內(nèi)LNG處于飽和或過熱狀態(tài)，采用蝶閥后，極易產(chǎn)生多相流，多相流極易引起過熱沸騰，使LNG處于激烈的相變過程并伴隨有壓力及溫度突變，不斷產(chǎn)生大量過熱蒸氣及過熱液體等。LNG在管道輸運過程中，系統(tǒng)壓力及溫度難以控制，相變過程復(fù)雜多變，管道內(nèi)LNG溫度及壓力劇烈變化，使管道與閥門的連接處法蘭密封件或螺旋密封材料極易破壞，導(dǎo)致管道內(nèi)LNG泄漏，產(chǎn)生極大的安全隱患。本發(fā)明根據(jù)LNG低溫滲漏特點，按照迷宮密封的原理，在低溫閥桿上部開有多個節(jié)流降壓的環(huán)形齒槽，當(dāng)閥門打開時，壓力較高的LNG經(jīng)多個環(huán)形齒槽節(jié)流降壓后，迅速汽化形成高壓氣體，并密封于閥門上部，與底部的LNG壓力達到平衡，以此抵制LNG直接向上滲透并接觸上部密封面，以免凍壞密封面。節(jié)流汽化后的氣體，溫度升高后，密封于閥門上部，可延緩冷量向上傳遞，即可降低閥桿及整個閥門的高度?？紤]到LNG低溫屬性，閥門頂部設(shè)置多重低溫密封，并填充多重密封函，主密封面采用具有內(nèi)置彈性彈簧的多重泛塞密封，延長密封面長度，增加密封強度，以滿足低溫密封NG及LNG的要求，同時，設(shè)置全焊型閥門，不再設(shè)置閥蓋，以上閥體與下閥體對焊的形式減少密封面數(shù)量。其次，應(yīng)用可變長度的彈性閥桿，解決不同材料低溫應(yīng)變的問題。由于LNG蝶閥上下溫差較大，閥體與LNG接觸，閥桿旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器等部件與外部大氣環(huán)境接觸，閥門兩端存在200°C左右的溫差，部件內(nèi)部存在很大溫差應(yīng)力，尤其閥桿與上閥體之間，而LNG閥體一般采用鑄鋼制造，傳熱速度較快，所以要求較長的閥桿，保證閥桿旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器等部件溫度不能太低，以免造成低溫凍傷，一般要求閥桿長到不結(jié)霜為至。此外，由于閥體一般采用鑄鋼件，閥桿采用鋼性鍛件，兩者熱膨脹系數(shù)相差較大，低溫工況下存在較大溫差應(yīng)力，相互接觸后容易導(dǎo)致閥體開裂，閥桿變形，主密封面破壞，LNG無法截止等問題。所以，傳統(tǒng)的低溫閥門用于LNG領(lǐng)域時，要求閥桿較長，整個閥門體積較大，以適應(yīng)于冷收縮及解決較大溫差應(yīng)變等問題。本發(fā)明根據(jù)LNG低溫閥門冷量由閥體向上傳遞的特點，可根據(jù)實際閥門的大小，在上閥體外設(shè)置傳熱系數(shù)較大的多重圓形散冷翅片，以阻止冷量向上傳遞，達到降低閥桿高度的要求。同時，由于采用了迷宮密封的多重節(jié)流降壓及氣化效應(yīng)，阻止LNG向上滲漏，降低傳熱速度，也可有效降低閥門的高度。此外，采用設(shè)置預(yù)應(yīng)力彈簧的可收縮的彈性閥桿技術(shù)，可根據(jù)低溫工況下閥體的溫差應(yīng)力自由收縮以適應(yīng)閥體的溫度變化，同時保證密封面的所需的預(yù)應(yīng)力，確保主密封面不會因大溫差應(yīng)變而導(dǎo)致泄漏，即可有效降低整體閥門的高度，縮小LNG蝶閥的整體尺寸。最后，應(yīng)用低溫預(yù)緊應(yīng)力與輸送壓力匹配的原理，解決LNG蝶閥低溫工況下的完全問題，降低閥門及系統(tǒng)設(shè)計壓力。LNG為低溫流體，管道輸送壓力一般低于0.2MPa，總處于飽和狀態(tài)或過熱狀態(tài)，輸送時外界會源源不斷通過閥門及管道提供熱量，導(dǎo)致LNG不段汽化，易出現(xiàn)兩相流。兩相流遇到蝶閥突然截時，環(huán)境熱源不段加熱，容易導(dǎo)致管道內(nèi)剩余LNG壓力聚增并過臨界，壓力迅速超過臨界壓力4.6MPa，溫度超過臨界溫度-82.59°C，給整個輸送系統(tǒng)的完全造成極大隱患。所以，一般的低溫蝶閥或LNG系統(tǒng)的設(shè)計壓力將超過6 MPa,使整個LNG系統(tǒng)設(shè)計難度增大，設(shè)備笨重，體積龐大。本發(fā)明根據(jù)LNG易過臨界的特性，在蝶閥設(shè)計過程中，自增壓安全平衡技術(shù)，彈性閥桿技術(shù)，設(shè)置控制LNG截止的預(yù)壓力，當(dāng)預(yù)壓力超過LNG截止設(shè)定壓力時，可導(dǎo)通LNG，起到蝶閥及安全閥的雙重功效，可有大大降低LNG蝶閥的設(shè)計壓力及LNG輸送系統(tǒng)的設(shè)計壓力，閥門體積更小，安全性更高，加工制造的成本更低。
[0015]本發(fā)明的技術(shù)特點:
首先，本發(fā)明根據(jù)LNG蝶閥需要單向密封特點，在蝶板處沿軸設(shè)置兩個單向?qū)ǖ膲毫刂崎y門，可根據(jù)LNG管道流程的具體要求，進行設(shè)置并調(diào)節(jié)各自控制壓力，在蝶閥關(guān)閉時，有效控制閥門兩側(cè)的壓力平衡，易于反流控制，起到安全效用。然后，本發(fā)明根據(jù)LNG低溫滲漏特點，按照迷宮密封的原理，在低溫閥桿上部開有多個節(jié)流降壓的環(huán)形齒槽，當(dāng)閥門打開時，壓力較高的LNG經(jīng)多個環(huán)形齒槽節(jié)流連續(xù)降壓后，迅速汽化形成高壓氣體，并密封于閥門上部，與底部的LNG壓力達到平衡，以此抵制LNG直接向上滲透并接觸上部密封面，以免密封面凍壞，延長了密封面的壽命。節(jié)流汽化后的氣體，溫度升高后，密封于閥門上部，可降低LNG與閥門內(nèi)表面的傳熱速度，延緩冷量向上傳遞，以此，可降低閥桿及整個閥門的高度，縮小閥門體積，便于閥門管理?？紤]到LNG低溫屬性，閥門頂部設(shè)置多重低溫密封，并填充多重密封函，主密封面采用具有內(nèi)置彈性彈簧的多重泛塞密封，延長密封面長度，增加密封強度，以滿足低溫密封面對NG及LNG的密封要求。同時，設(shè)置全焊型閥門，不再設(shè)置傳統(tǒng)的閥蓋，以上閥體與下閥體對焊的形式減少密封面，以最大限度的降低LNG泄漏。其次，本發(fā)明根據(jù)LNG低溫閥門冷量由閥體向上傳遞的特點，可根據(jù)實際閥門的大小，在上閥體外設(shè)置傳熱系數(shù)較大的多重圓形散冷翅片，以阻止冷量向上傳遞，達到降低閥桿高度的要求。同時，由于采用了迷宮密封的多重節(jié)流降壓及氣化效應(yīng)，阻止LNG向上滲漏，也可降低閥桿的高度。采用設(shè)置預(yù)應(yīng)力的可收縮的彈性閥桿技術(shù)，可根據(jù)低溫工況下閥體的溫差應(yīng)力，自由收縮以適應(yīng)閥體的溫度變化，保證密封面的所需的預(yù)應(yīng)力，確保密封面不會因大溫差變化而導(dǎo)致泄漏，還可有效降低整體閥桿的高度，縮小蝶閥的整體尺寸。最后，本發(fā)明根據(jù)LNG易過臨界的特性，在蝶閥設(shè)計過程中，采用自增壓安全平衡技術(shù)，彈性閥桿技術(shù)，可有效降低LNG蝶閥的設(shè)計壓力及LNG輸送系統(tǒng)的設(shè)計壓力，使LNG蝶閥體積更小，安全性更高，加工制造成本更低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1所示為LNG蝶閥打開時的主要部件及安裝位置關(guān)系。
[0017]圖2所示為LNG蝶閥關(guān)閉時的主要部件及安裝位置關(guān)系。
[0018]圖3所示為壓力調(diào)節(jié)閥的主要部件及安裝位置關(guān)系。
【具體實施方式】
[0019]加工制造LNG蝶閥主要部件，包括閥桿旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器(I)、壓緊螺母(2)、壓緊螺桿
(3)、第一密封圈(4)、壓緊銷(5)、第二密封圈(6)、第三密封圈(7)、第四密封圈(8)、彈性密封圈(9)、左散冷翅片(10)、上閥體(11)、第六密封擋圈(12)、下閥桿(13)、閥桿螺栓(14)、第七高彈性密封圈(15)、蝶板(16)、蝶板上螺栓連接件(17)、第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)、左下閥體(19)、右下閥體(20)、閥座(21)、蝶板下螺栓連接件(22)、第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)、第八主密封圈(24)、閥座彈簧(25)、第九密封圈(26)、閥桿螺栓螺母(27)、閥桿彈簧(28)、第六密封圈(29)、上閥桿(30)、右散冷翅片(31)、彈性密封支撐圈(32)、第五密封圈(33)、第三填料函(34)、第二填料函(35)、第一填料函(36)、填料函壓套(37)、填料函壓蓋(38)、壓緊螺母彈簧墊(39)、執(zhí)行器連接螺栓(40)，其中，壓力調(diào)節(jié)閥包括錐面第一密封圈(41)、錐面第二密封圈(42)、調(diào)節(jié)閥閥座(43)、調(diào)節(jié)閥彈簧(44)、卡箍(45)、銷桿(46)、調(diào)節(jié)閥閥蓋
(47)、壓緊螺釘(48)、彈簧第一墊圈(49)、彈簧第二墊圈(50)、調(diào)節(jié)閥閥桿(51)、調(diào)節(jié)閥閥體(52)等部件，在-162°C低溫工況下，根據(jù)系統(tǒng)要求，調(diào)節(jié)并校正閥桿彈簧(28)預(yù)應(yīng)力，并在預(yù)緊狀態(tài)下安裝于閥桿，使閥桿彈簧(28)預(yù)應(yīng)力大于LNG管道內(nèi)工作壓力。然后，在低溫工況下，調(diào)節(jié)并校正第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)、第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)的設(shè)定控制壓力，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥閥蓋(47)并改變調(diào)節(jié)閥彈簧(44)預(yù)緊高度，調(diào)節(jié)閥閥蓋(47)與調(diào)節(jié)閥閥桿(51)之間的調(diào)節(jié)閥彈簧(44)預(yù)緊力，調(diào)節(jié)完成后，再根據(jù)調(diào)節(jié)閥閥桿(51)與調(diào)節(jié)閥閥蓋(47)所在相對位置，開孔并安裝銷桿(46 )及卡箍(45 )，調(diào)節(jié)校正完成后，安裝于蝶板(16 )上。然后，安裝主要部件，焊接上閥體(11)與右下閥體(20)，再焊接左下閥體(19)與右下閥體(20)。最后，將LNG蝶閥下閥體兩端焊接于LNG管道中，并加裝保溫層。
[0020]當(dāng)需要閥門關(guān)閉時，通過閥桿旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器(I)旋轉(zhuǎn)上閥桿(30)頂部，上閥桿(30)帶動下閥桿(13)旋轉(zhuǎn)，下閥桿(13)帶動蝶板(16)旋轉(zhuǎn)并關(guān)閉蝶閥，主流LNG截斷。第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)沿蝶板(16)軸向安裝于蝶板(16)上。蝶閥關(guān)閉時，第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)出口向左且進口與LNG主流接通，LNG自蝶閥右側(cè)向左側(cè)流動時，第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)開啟壓力可根據(jù)右側(cè)管道內(nèi)LNG汽化壓力設(shè)定，高于蝶閥輸送壓力，低于蝶閥設(shè)計壓力，用于右側(cè)管道完全控制。第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)沿蝶板(16)軸向安裝于蝶板(16)上。蝶閥關(guān)閉時，第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)出口向右且出口與LNG主流接通，LNG自蝶閥右側(cè)向左側(cè)流動時，第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)開啟壓力可根據(jù)左側(cè)管道內(nèi)LNG汽化壓力設(shè)定，高于蝶閥輸送壓力，低于蝶閥設(shè)計壓力，用于左側(cè)管道完全控制。當(dāng)管道左側(cè)壓力由于左側(cè)LNG自增壓增高，并達到第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)控制壓力時，第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)打開，LNG排入蝶閥右側(cè)，管道兩側(cè)壓力迅速達到平衡。當(dāng)管道右側(cè)壓力由于右側(cè)LNG自增壓增高，并達到第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)控制壓力時，第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)打開，LNG排入蝶閥左側(cè)，管道兩側(cè)壓力迅速達到平衡。兩側(cè)壓力平衡并導(dǎo)通后，可有效解決LNG由于非正常操作等原因引起的LNG管道內(nèi)自增壓造成的危害。壓力調(diào)節(jié)閥工作時，LNG自右側(cè)調(diào)節(jié)閥閥座(43)頂部通孔進入調(diào)節(jié)閥閥座(43)與調(diào)節(jié)閥閥體(52)之間環(huán)形通道，并作用于調(diào)節(jié)閥閥桿(51)錐形密封面，當(dāng)壓力大于調(diào)節(jié)閥彈簧(44)設(shè)定預(yù)緊壓力時，推動調(diào)節(jié)閥閥桿(51)，帶動調(diào)節(jié)閥閥蓋(47)向左運動，調(diào)節(jié)閥打開并泄放LNG，以此調(diào)節(jié)壓力。兩個調(diào)節(jié)閥設(shè)定壓力可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計壓力設(shè)定，通過調(diào)節(jié)閥閥蓋(47)與調(diào)節(jié)閥閥桿(51)之間的調(diào)節(jié)閥彈簧(44)預(yù)緊力調(diào)節(jié)，預(yù)緊力通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥閥蓋(47)并改變調(diào)節(jié)閥彈簧(44)預(yù)緊高度的方法實現(xiàn)。蝶閥關(guān)閉時，冷量通過下閥體向上傳遞，經(jīng)上閥體(11)中部安裝的左散冷翅片(10)及右散冷翅片(31)散入大氣環(huán)境，以確保閥門上端不結(jié)霜。上閥桿(30)及下閥桿(13)與上閥體(11)之間由于溫差應(yīng)力產(chǎn)生的相互作用力可通過閥桿彈簧(28)改變整體閥桿長度的方式自適應(yīng)調(diào)節(jié)。
[0021]當(dāng)閥門需要打開時，通過閥桿旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器(I)旋轉(zhuǎn)上閥桿(30)，上閥桿(30)帶動下閥桿(13)旋轉(zhuǎn)，下閥桿(13)帶動蝶板(16)回轉(zhuǎn)90°后打開，LNG主流導(dǎo)通，LNG通過下閥體右側(cè)沿中部密封面向左側(cè)流動，第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)及第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)關(guān)閉。主流LNG有一少部分通過第九密封圈(26)、第六密封圈(32)沿上閥桿(30)外表面向上滲透運動，經(jīng)上閥桿(30)中部的環(huán)形迷宮密封節(jié)流降壓并汽化，汽化后溫度升高，并經(jīng)上部彈性密封圈(9)、第五密封圈(33)、第四密封圈(8)、第三填料函(34)、第三密封圈(7)、第二填料函
(35)、第二密封圈(6)、第一填料函(36)、第一密封圈(4)等密封于閥體上部。閥門主要通過上閥體(11)內(nèi)的LNG向上傳遞冷量，主要冷量經(jīng)上閥體(11)中部安裝的左散冷翅片(10)及右散冷翅片(31)散入大氣環(huán)境，少部冷量通過上閥桿(30)向上傳遞，經(jīng)迷宮密封內(nèi)的氣體散冷后，再傳遞至閥門頂部。上閥桿(30)及下閥桿(13)與上閥體(11)之間產(chǎn)生的溫差應(yīng)變可通過閥桿彈簧(28)自動調(diào)節(jié)。
【權(quán)利要求】
1.LNG蝶閥，由閥桿旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器(1)、壓緊螺母(2)、壓緊螺桿(3)、第一密封圈(4)、壓緊銷(5)、第二密封圈(6)、第三密封圈(7)、第四密封圈(8)、彈性密封圈(9)、左散冷翅片(10)、上閥體(11)、第六密封擋圈(12)、下閥桿(13)、閥桿螺栓(14)、第七高彈性密封圈(15)、蝶板(16)、蝶板上螺栓連接件(17)、第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)、左下閥體(19)、右下閥體(20)、閥座(21)、蝶板下螺栓連接件(22)、第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)、第八主密封圈(24)、閥座彈簧(25)、第九密封圈(26)、閥桿螺栓螺母(27)、閥桿彈簧(28)、第六密封圈(29)、上閥桿(30)、右散冷翅片(31)、彈性密封支撐圈(32)、第五密封圈(33)、第三填料函(34)、第二填料函(35)、第一填料函(36)、填料函壓套(37)、填料函壓蓋(38)、壓緊螺母彈簧墊(39)、執(zhí)行器連接螺栓(40)組成，其中，壓力調(diào)節(jié)閥由錐面第一密封圈(41)、錐面第二密封圈(42),調(diào)節(jié)閥閥座(43)、調(diào)節(jié)閥彈簧(44)、卡箍(45)、銷桿(46)、調(diào)節(jié)閥閥蓋(47)、壓緊螺釘(48)、彈簧第一墊圈(49)、彈簧第二墊圈(50)、調(diào)節(jié)閥閥桿(51)、調(diào)節(jié)閥閥體(52)組成，其特征在于:所述上閥桿(30)底部通過閥桿螺栓(14)連接下閥桿(13)，下閥桿(13)與上閥桿(30)之間安裝閥桿彈簧(28);下閥桿(13)底部安裝蝶板(16);第八主密封圈(24)安裝于閥座(21)上，閥座(21)安裝于右下閥體(20 )內(nèi)，形成右側(cè)主密封面；左下閥體(19 )與右下閥體(20)焊接并形成整個下閥體；右下閥體(20)頂部安裝第七高彈性密封圈(15)，第七高彈性密封圈(15)內(nèi)表面安裝第九密封圈(26);蝶板(16)左側(cè)安裝第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)，右側(cè)安裝第二壓力調(diào)節(jié)閥(23);上閥桿(30)外部安裝上閥體(11)，上閥體(11)中部外表面安裝圓形左散冷翅片(10)及右散冷翅片(31)，左散冷翅片(10)與右散冷翅片(31)對接形成整體多層圓環(huán)形外置散冷翅片；上閥體(11)底部與右下閥體(20)頂部對焊，下部內(nèi)表面安裝第六密封擋圈(12 )，第六密封擋圈(12 )上部安裝第六密封圈(29 );上閥體(11)中部內(nèi)表面安裝彈性密封圈(9)，彈性密封圈(9)底部安裝彈性密封支撐圈(32);彈性密封圈(9)上部向上依次安裝第五密封圈(33)、第四密封圈(8)、第三填料函(34)、第三密封圈(7)、第二填料函(35)、第二密封圈(6)、第一填料函(36)、第一密封圈(4);第一密封圈(4)上部安裝填料函壓套(37)，填料函壓套(37)頂部安裝填料函壓蓋(38)，填料函壓蓋(38)上安裝壓緊螺母彈簧墊(39)及壓緊螺母(2);上閥體(11)上部通過執(zhí)行器連接螺栓(40)連接閥桿旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器(I);調(diào)節(jié)閥閥桿(51)右側(cè)螺紋連接調(diào)節(jié)閥閥蓋(47);調(diào)節(jié)閥閥蓋(47)安裝于調(diào)節(jié)閥閥座(43)內(nèi)；調(diào)節(jié)閥閥座(43)通過壓緊螺釘(48)連接調(diào)節(jié)閥閥體(52);銷桿(46)穿過調(diào)節(jié)閥閥蓋(47)及調(diào)節(jié)閥閥桿(51);卡箍(45)安裝于調(diào)節(jié)閥閥蓋(47)卡槽內(nèi)；調(diào)節(jié)閥彈簧(44)安裝于調(diào)節(jié)閥閥蓋(47 )與調(diào)節(jié)閥閥座(43 )內(nèi)，中心為調(diào)節(jié)閥閥桿(51)，右側(cè)與彈簧第一墊圈(49)接觸，左側(cè)與彈簧第二墊圈(50)接觸；調(diào)節(jié)閥彈簧(44)預(yù)緊調(diào)節(jié)閥閥桿(51)左側(cè)閥芯錐面與調(diào)節(jié)閥閥體(52)左側(cè)擴壓罩內(nèi)表面形成密封面；錐面第一密封圈(41)、錐面第二密封圈(42)從左至右依次安裝于調(diào)節(jié)閥閥桿(51)左側(cè)閥芯錐面密封槽內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LNG蝶閥，其特征在于:第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)沿蝶板(16)軸向安裝于蝶板(16)上，蝶閥關(guān)閉時，第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)出口向左且進口與LNG主流接通，LNG自蝶閥右側(cè)向左側(cè)流動時，第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)開啟壓力可根據(jù)右側(cè)管道內(nèi)LNG汽化壓力設(shè)定，高于蝶閥輸送壓力，低于蝶閥設(shè)計壓力，用于右側(cè)管道完全控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LNG蝶閥，其特征在于:第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)沿蝶板(16)軸向安裝于蝶板(16)上，蝶閥關(guān)閉時，第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)出口向右且出口與LNG主流接通，LNG自蝶閥右側(cè)向左側(cè)流動時，第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)開啟壓力可根據(jù)左側(cè)管道內(nèi)LNG汽化壓力設(shè)定，高于蝶閥輸送壓力，低于蝶閥設(shè)計壓力，用于左側(cè)管道完全控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LNG蝶閥，其特征在于:蝶閥關(guān)閉時，當(dāng)管道左側(cè)壓力由于左側(cè)LNG自增壓增高，并達到第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)控制壓力時，第二壓力調(diào)節(jié)閥(23)打開，LNG排入蝶閥右側(cè)，管道兩側(cè)壓力迅速達到平衡；當(dāng)管道右側(cè)壓力由于右側(cè)LNG自增壓增高，并達到第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)控制壓力時，第一壓力調(diào)節(jié)閥(18)打開，LNG排入蝶閥左側(cè)，管道兩側(cè)壓力迅速達到平衡。
【文檔編號】F16K1/32GK103807452SQ201410067518
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】張周衛(wèi), 汪雅紅, 張小衛(wèi), 薛佳幸, 李躍 申請人:張周衛(wèi)