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LNG超低温截止阀设计参数如下所示。 公称通径：8" 工作温度：-196℃ 工作压力：1.6MPa 工作介质：液化天然气 安全等级：常规级 主体材料：AISI304 天然气经脱水、精制和冷却，在－ 163 ℃低温下压缩成液化天然气( Liquefied Natural Gas － LNG) ，节省储存和运输空间，降低储运成本。因此，LNG具有天然气的易燃易爆性。阀门对LNG 装置安全可靠地运行具有极为重要的作用。虽然阀门占LNG 接收站总投资的百分之几，但在日常维修中要占总维修费用的50% 以上。根据LNG 设备事故案例分析，有多起案例因阀门故障和失效造成LNG 泄漏，使整个装置停机甚至燃烧爆炸。LNG 阀门LNG 装置上使用的超低温阀门主要设计标准有JB /T 7749、GB /T 24925、BS 6364、MSS SP－134和MESC SPE77 /200 等。阀门材料LNG 阀门正常工作温度为约－ 163 ℃，在此温度下，金属材料将发生低温冷脆现象，即强度和硬度升高，塑性和韧性大幅下降，这会严重影响阀门的安全性。为防止材料在低温下的低应力脆断，阀体和阀瓣等部件常采用奥氏体不锈钢。如304、304L、316、316L 等，其中316L 稳定性。奥氏体不锈钢具有优良的强度、韧性、耐腐蚀性和焊接性，线膨胀系数低。但是奥氏体不锈钢中S 和P 等杂质会降低材料的强度及低温冲击韧性，应严格控制其含量。上海91视频色下载APP阀门有限公司主营阀门有：91视频看看簧色(91视频黄色网91视频看看簧色,可调式91视频看看簧色,波纹管91视频看看簧色,活塞式91视频看看簧色,91视频WWW免费下载91视频看看簧色,先导式91视频看看簧色,空气91视频看看簧色,氮气91视频看看簧色,水用91视频看看簧色,自力式91视频看看簧色,比例91视频看看簧色)、安全阀、保温阀、低温阀、球阀、截止阀、闸阀、止回阀、蝶阀、过滤器、放料阀、隔膜阀、旋塞阀、柱塞阀、平衡阀、调节阀、疏水阀、管夹阀、排污阀、排气阀、排泥阀、气动阀门、电动阀门、高压阀门、中压阀门、低压阀门、水力控制阀、真空阀门、衬胶阀门、衬氟阀门。阀体、阀盖、阀瓣、阀座和阀杆等部件必须进行低温深冷处理，使奥氏体转变成马氏体和变形充分后再进行精加工，以降低温度对超低温阀门密封性能的影响。低温处理温度应低于材料相变温度且低于阀门实际工作温度。处理时间1 ～ 2 h，然后取出自然冷却到常温，重复循环2 次。
2.1 超低温截止阀密封比压计算
根据ASME B16.34表2-2.1A，常温压力PN=1.9MPa 根据《阀门设计计算手册》P37表3-17 密封面上的密封力： 4/q)/1)(D(QMF22MMFαtgfDMMNW???? (2.1) =?(2022-1992)×（1+0.3/tg30°）9.13/4 = 13102.06N
式中：DMN—密封面的外径，DMN=202mm
DMN—密封面的内径，DMN=199mm bM—密封面的宽度，bM=3.5mm
α—密封面的锥半角，α=30° fM—密封面的摩擦系数，fM=0.3 密封面的必须比压：
密封面上的介质静压力：
MJQ=P)bD(42MMN??N=4?
(199+3.5)2×1.9= 61160.82N (2.3)
密封面上的总作用力：
MZQ=MFQ+MJQ=13102.06+61160.82=74262.88N (2.4)
密封面上比压LNG超低温阀门的设计及材料低温物性的研究
]q[—许用密封比压，]q[＝250Mpa
结论：MFq=9.13Mpa＜q＝114.65＜]q[＝250Mpa 满足条件
2.2 超低温截止阀阀体壁厚计算
根据洪勉成等《阀门设计计算手册》P25表3-1
式中：][L?—阀体材料许用拉应力，查表][L?＝84Mpa DN—阀体中腔大内径，DN＝250mm
C—腐蚀余量，按照沈阳阀门研究所《阀门设计》表7-5取C=5 阀体实际壁厚SB＝12.7mm
结论：SB＝12.7mm＞SB’＝7.48mm 满足条件
2.3 超低温截止阀阀杆分析
2.3.1 阀杆轴向力计算
阀杆为升降杆，介质从阀瓣下方流入，大轴向力在关闭的瞬时产生，根据沈阳阀门研究所《阀门设计》P179公式计算阀杆轴向大力：
QMJ—密封面上介质静压力，由6.0得MJQ=61160.82N QMF—密封面的密封力，由6.0得QMF= 13102.06N QT—阀杆和填料的摩擦力，按《阀门设计》P152进行计算 QT = πdFhZ1.2PNf = π×40×9.5×5×1.2×1.9×0.1=1360.25N 式中：dF—阀杆的直径，dF=40mm
h—单圈填料和阀杆直接接触的高度，h=9.5mm Z—填料的圈数，Z=5 PN—常温压力，PN=1.9Mpa f—填料和阀杆的摩擦系数，取f=0.1 QJ′ —关闭时，防转结构中的摩擦力
R—计算半径
fJ—防转结构中的摩擦系数，取0.2 RF—关闭后阀杆螺纹处摩擦的半径 2.3.2 阀杆总扭矩计算
介质从阀瓣下方流入，大扭矩在关闭的瞬时产生，根据《阀门设计》P181
公式进行计算：
M—关闭时阀杆扭矩，可按下式计算 'FL
M='FZQ·RFM =76626.24×3.6=275854.46N·mm
式中：RFM—关闭时阀杆螺纹的摩擦半径，查《阀门设计》P180表9-4，
RFM=3.6mm
FJM'—阀杆螺纹凸肩处的摩擦扭矩，可按下式计算
2''FJFJFZFJdfQM???
(2.9) =76626.24×0.01×71.5/2=27393.88N·mm
fFJ—摩擦系数，查表9-6取0.01dFJ—接触面平均直径
'
ZM—作用在手轮上的总扭矩 'Z
M='FLM+FJM'=275854.46+27393.88=303248.34 N·mm 2.4 超低温截止阀阀杆应力校核
（1）小截面积
阀杆的小截面积在阀杆螺纹处 阀杆螺纹部分选用1 1/2-4ACME-2G-LH，螺纹中径d=31.75mm 小截面积22233.79175.314
4mmdA??????
?
（2）阀杆压应力
y?=AQFZ?=76626.24/791.33=96.83MPa
(2.10) ][y?—阀杆材料许用压应力，根据《阀门设计计算手册》表4-7查得][y?=170MPa 结论: y?=96.83MPa＜][y?= 170MPa 满足条件
（3）扭转剪应力
上部螺杆受轴向力与力矩作用，下部阀杆只受轴向力，因此扭转剪应力只考虑上部螺杆即可。
N?=1FL'r/JM =275854.46/(81685.42/12.7)=42.89MPa (2.11)
式中：J—螺杆螺纹根部小截面惯性矩
J=264d42?=2×π×25.44/64=81685.42mm4 (2.12)
r1—螺纹根部小半径，r1=d2/2=25.4/2=12.7mm
][N?-阀杆材料的许用扭转剪应力，根据《阀门设计计算手册》表4-7查得
][N?=87MPa
结论： N?=42.89MPa＜][N?=87MPa 满足条件 （4）合成应力2.5 超低温截止阀阀杆稳定性分析
（1）阀杆柔度（细长比）λ
根据《阀门设计》P153阀杆的强度，计算阀杆柔度λ：
λ=4094051.044????FFdl??=47.94 (2.14) 式中：
lF—阀杆计算长度，阀杆螺母螺纹总长中点到阀杆端部的长度，lF=940mm
dF—阀杆光杆处的直径，dF= 40 mm
μλ—和阀杆两端的支承状态相关的系数，由《阀门设计》P153表7-19查：
取μλ = 0.51
（2）阀杆的稳定性校核
由《阀门设计》P154表7-20可以查得阀杆柔度上临界λ2与阀杆柔度下临界λ1：
λ1=60 λ2=115.0
λ =47.94≤ λ1 = 60 满足*种情况属于低细长比小柔度压杆，不进行稳定性验算。
结论：低细长比 阀杆稳定
2.6 超低温截止阀阀瓣应力校核
阀瓣大载荷是在关闭的终，这时阀瓣受到阀杆力、介质作用力和密封面间摩擦力以及阀座支反力的作用，应对危险断面的弯应力进行校核。根据《阀门设计》P187公式，阀瓣图形如图2.1所示，对于介质从下方流入的升降杆阀瓣，弯曲应力计算如下：
当介质从阀瓣下面引入时，弯曲应力2.11 中法兰螺栓扭紧力矩
计算螺母扭紧力矩的计算公式为(《机械设计手册》P6-15)
T＝KFd/n
(2.27) ＝0.2?285809.12?19/12 ＝90506.22N·mm ＝90.51N·m
式中：
F―预紧力(垫片压紧状况下)，F＝Q＝285809.12N d―螺纹大径，d＝19mm K―扭转系数，取K＝0.2 N－螺栓个数，n＝12
特殊要求
(1) 设计与工艺
防止LNG 泄漏非常重要。为减少泄漏点，阀体要求锻造( 或铸造) 整体成型。端法兰采用对焊连接，慎用法兰连接。为保证对焊端面焊后低温机械性能，阀体应选用低碳奥氏体不锈钢304L 或316L。对于阀门部件的强度焊接，应实施焊接工艺评定。
奥氏体不锈钢在焊接热影响区由于碳化物析出和马氏体形成，会引起低温脆性，焊后进行固溶处理。阀门部件原材料质量要严格控制。与LNG 直接或间接接触的部件必须进行渗透、超声波或射线等无损检测，还须深冷处理及－ 196℃ 低温冲击试验。所用奥氏体不锈钢要求进行固溶、退火热处理供货。
低温阀门的阀杆应设计为防吹出结构。低温工况频繁操作的阀门，其内件应能避免引起卡阻、咬合和擦伤等。低温阀阀体在满足强度要求时，对不同壁厚的阀体连接应逐渐过渡，避免壁厚突变引起应力集中。壁厚设计不当会引起焊接裂纹。
低温阀各部件在温度和压力的交变载荷作用下不应出现明显的弹性塑性变形，因此，在阀门设计过程中，除了对阀体、阀盖、阀杆和阀瓣进行常规的强度计算外，还应采用有限元应力分析和抗震分析来确保阀门的可靠性。
(2) 加长阀盖
低温闸阀、截止阀、球阀和蝶阀的阀盖应设计成便于保冷的加长结构( 长颈阀盖) 。阀盖的长颈部分可采用与本体材质相同的无缝钢管对焊到阀盖和填料箱上，焊后应进行热处理以消除应力。加长阀盖可使填料函底部的工作温度高于0℃。如果填料函结冰，不但影响阀杆的正常操作，而且也会因阀杆的上下运动划伤填料，造成密封失效。阀杆与长颈部分的间隙应按尽可能小的对流热损失设计，但间隙对填料函温度影响很小，阀盖长度和阀径厚度是影响填料函温度的主要因素。加长阀盖下部焊接滴水盘，可防止冷凝水进入保冷层，避免或减少保温层下腐蚀( CUI) 。
(3) 防异常升压
当球阀和闸阀关闭时，阀门中腔残留的LNG 因周围环境的相对高温引起的热传递会快速升温气化、压力急剧升高。过高的气压可能导致阀杆密封泄漏、中法兰密封泄漏、阀体紧固件失效等。高压泄放通常采用阀门内部或外部泄放。内部泄放是指阀门进口端采用弹性泄放阀座或在闸板( 图1) 及球体( 图2) 上开设泄压孔连通中腔和管道进口端。一旦异常升压，中腔介质泄放至进口管道，可保持阀门中腔与管道进口段压力平衡。外部泄放是在中腔阀体外安装91视频看看簧色，当中腔压力达到泄放压力时，中腔介质通过91视频看看簧色进入泄放气收集系统。通常，对于DN≤300 的低温闸阀，在闸板( 球体) 上开设平衡孔。DN300 以上阀门在阀体外设旁路91视频看看簧色。低温闸阀的泄压孔 低温球阀的泄压孔图1 低温闸阀的泄压孔 图2 低温球阀的泄压孔
常用的超低温阀门
(1) 闸阀
标准低温闸阀是单向密封的，其弹性闸板上开有3 mm 的泄放孔，连通阀腔与上游管道。阀腔异常升压时，可通过泄放孔与上游管道达到压力平衡。在阀内部，上游介质压力将弹性闸板紧压在下游阀座密封圈上，实现下游低压侧密封。双向密封闸阀是在阀腔外设置91视频看看簧色，而不必在闸板上开孔。外部泄压使闸阀实现上下游双向密封。超低温闸阀须在阀体上标识介质流向。
(2) 球阀
超低温球阀采用顶装式结构。软密封球阀价格便宜，泄漏率低，仅用于小口径低压工况。相对而言，硬密封球阀价格高，泄漏率高，但可用于含有固体颗粒的流体，其耐冲刷、耐磨损性能好。LNG 软密封阀座选可经受－ 196 ℃ 的PCTFE( KEL－F) 。软密封球阀限于小口径低压工况。而大口径高压球阀应选用金属对金属硬密封结构。用于低温工况的对焊阀门执行ANSI B16. 34 规定的特殊等级要求。超低温球阀须在阀体上标识介质流向。
(3) 蝶阀
超低温蝶阀要求双向密封。LNG 蝶阀大多采用对焊端面。对焊蝶阀连接强度高( 其承受的载荷至少是法兰连接阀门的2 倍) ，连接更为可靠( 减少了潜在的法兰泄漏) ，维修方便(特别是大口径蝶阀的阀座、蝶板和阀杆等可以在线更换) ，且维修工作量小，时间短。超低温蝶阀须在阀体上标识流向。基于低温介质对密封性能的影响，蝶阀的密封宜采用双偏心或三偏心结构，以减轻或消除蝶阀启闭过程中密封面的过度挤压或刮擦等现象，降低磨损，提高使用寿命。KSB 阀门阀座密封采用Lip Seal结构，取得很好的密封效果。阀杆密封选用低逸散组合填料，可使填料密封满足TA－Luft 标准。与本文相关的论文有：91视频黄色网91视频看看簧色在草珊瑚牙膏的应用
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