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無錫科萊恩流體控制設備有限公司
閱讀:689發布時間:2015-1-19
世界各地建造了大量的石油液化氣設備,這些設備及其元器件必須具有抵抗嚴寒,能夠承受液化氣體物理和化學腐蝕。閥門生產商如何使自家的產品滿足這些嚴苛的要求?
在美國,由于地緣政治的影響出現了工業再度發展,在水力壓解技術的幫助下開采出了大量的天然氣。在短短的兩年時間里天然氣的價格下降了85%,從而使美國的天然氣價格只有歐洲的1/4。主要因為美國國內供過于求,缺乏向海外運輸的能力。目前,天然氣輸送一般采用管道輸送,但是長距離的管道輸送方式造價昂貴。液化天然氣(LNG)成為長距離管道輸送的替代方案。天然氣液化后的體積只有原來的1/600,可以用鐵路和船舶運輸到世界各地。當陸路運輸距離超過4000km,航運距離超過2000km,液化天然氣的基礎設施比氣體管道輸送的基礎設施更加經濟。
業內人士認為,液化天然氣因其很高的使用靈活性將會有很大的市場。設備制造商,例如(生產液化天然氣設備的)Linde公司和Uhde公司,(生產液化天然氣閥門的)裝備生產商KSB公司都將從這一產品的發展中獲利。
天然氣液化時,*步需要對天然氣進行凈化清洗,天然氣中二氧化碳含量zui高可達9%,并能檢測到*的蹤跡。這兩種成分的氣體都應在天然氣液化前的液化準備過程中清除掉。第二步,凈化后的天然氣進入一個復雜的液化過程,溫度需要冷卻到-161~-164℃,液化過程是天然氣液化設備投資zui大的一個部分,以下為天然氣液化設備的成本分布:
液化設備占總投資的60%(液化設備消耗自己生產液化氣的12%左右);
液化天然氣運輸儲罐的費用占20%;
再氣化和分配到用戶網絡前中間存儲設備的造價占20%。
然而,目前所有的天然氣液化設備都建造在陸地上。業內正在討論遠海天然氣田的FPSO(浮式生產儲油卸油船)的海上天然氣液化設備。
極寒條件下的液體輸送需要相應的設備和裝備,例如切斷管道所需的閥門,能夠適應液化天然氣特殊物理和化學特性的管道閥門。因為無意間的液化天然氣泄露會帶來很大的爆炸和燃燒風險。
圖1 KSB公司Danais系列低溫控制閥在法國蒙托伊爾市的試驗設備中進行測試
在極低的溫度條件下,大多數材料易冷脆,強度變小。因此,要求在低溫環境中使用的機械零件和密封件的材料要有非常好的低溫強度。每一個在低溫條件下使用的閥門都要用液氮在-196℃的低溫下進行檢測,保證其功能的安全和可靠。
除了承受低溫的考驗之外,參與天然氣液化的所有元器件還都必須要有非常好的耐熱膨脹性能,能夠承受天然氣冷卻液化和重新氣化時所產生的收縮和膨脹。
這些閥門的另一個承載因素就是持續性的壓力差,這類設備中的壓力等級為ANSI標準的150、300和600,相當于2MPa、5MPa和10MPa的壓力。這類設備閥門的發展趨勢是ANSI壓力等級900(15MPa),而且這種閥門已經在研發中。
雙重和三重偏心閥門
低溫閥設計時需要考慮的主要影響因素有3個:
溫度(決定了材料的選擇);
壓力(決定了閥體的結構);
壓力差(決定了密封材料的選擇);
為了保證液化天然氣控制閥的無泄漏,一般采用金屬密封件。這就使得低溫關閉閥有著明顯不同于*位置、軟密封的特殊結構:
安裝軸的通道中驅動軸是偏心配置的,驅動軸不在閥門的安裝軸線上,從幾何學的角度來講是非同心側置。這一驅動軸與殼體之間采用石墨密封圈和O型密封圈密封。這一解決方案保證了在火災發生時能夠在有限的時間內起到密封作用,同時這一方案能夠為天然氣液化設備運營商提供密封和免維護的控制閥。
圖2 正在裝配的大型低溫控制閥
第二個偏心指的是軸相對于管道中心軸線的側置偏心。這就減小了控制閥關閉時閥板與密封止口接觸的角度(與單重偏心結構型式的控制閥相比,這一角度從70°減少到35°)。接觸力和磨損都明顯減少,控制閥的使用壽命明顯延長。
為了保證高壓時的密封嚴密性,還需要第三次偏心。這一偏心與控制閥閥板的幾何形狀有關,并減小了閥板密封件與密封面接觸時的角度,接觸角度只有5°。這樣,盡管控制閥承受的壓力很高,但卻有著很長的使用壽命。這種三偏心的結構設計在許多重要的控制閥生產廠都得到了應用。
KSB公司在其研發生產的Triodis 300和600系列以及新一代的900系列控制閥中就采用了三偏心設計。這些控制閥都是在La Roche-Chalais市生產制造的,并在專門的測試池中利用液氮進行密封性能測試。
Technip公司、Eurodim公司和KSB公司一起開發了Cinnectis柔性裝卸系統。在實際的應用中,這一系統可以實現快速的連接和脫開,連接器處的雙重偏心密封裝置保證了密封的可靠性。在緊急脫開時,殘留的液化天然氣量非常小,不超過2L。2008年,Cinnectis裝卸系統在法國蒙托伊爾市的試驗設備中通過了挪威船級社的認證。
海上裝卸的連接系統
Cinnectis柔性裝卸系統也可以在其他應用領域中使用。例如兩艘船只在海上進行液體產品輸送時,兩船之間不再需要架設輸送管道的沉重機械輸送臂。同時,這一系統可以在離岸港口設備應用中使用。
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