液化天然气槽车用紧急切断阀

　　介绍了液化天然气槽车用紧急切断阀的结构特点、工作原理和动作特性，探讨了易熔合金熔化温度的选择。

1、概述

　　液化天然气(LNG) 作为管道天然气的有益补充，在优化能源结构，促进经济持续健康发展，实现节能减排和治理环境方面都发挥着重要作用，并有助于我国实现能源供应的多元化，从而促进国民经济的发展。随着LNG产业链的延伸，国内大量LNG卫星站和加气站建成投运，在LNG从接收站和液化厂到达LNG卫星站、加气站等中小型用户环节中，LNG槽车运输是目前最广泛且唯一的陆运方式。紧急切断阀作为LNG 槽车装卸料过程中的重要安全保护元件，真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为其功能影响到LNG槽车的安全。

2、结构特点

　　LNG 槽车用紧急切断阀主要由截止阀和气动装置两部分组成( 图1) 。

　　(1) 非金属密封结构

　　由于紧急切断阀在事故状态下进行紧急切断，为保证阀门密封良好，彻底将介质隔离，阀瓣上镶有PCTFE 非金属密封圈，通过压板及ISO 7042 型全金属自锁螺母紧固。阀瓣与PCTFE 非金属密封圈接触的表面车有同心圆的沟槽，实现迷宫功能，确保该部位的密封。

　　(2) 阀瓣导向

　　阀瓣的外圆和阀体的中腔均进行机加工，并采用基孔制H11/d11 配合，以利于阀瓣导向，确保阀瓣在运动时不会倾斜或翘起，从而避免由于阀座不均匀磨损而引起的泄漏。

　　(3) 阀杆导向

　　紧急切断阀的阀杆加长，以使填料远离低温冷媒介质，保证填料处于0℃ 以上，确保填料密封可靠。加长后的阀杆属于细长轴，因此阀杆下端需要径向支撑。在阀盖内压入与阀盖过盈配合用HPb59 -1材料制成的导向套，导向套压入后在导向套与阀盖接合线靠近阀盖的一侧打冲眼，以利于导向套限位，防止导向套轴向窜动。导向套既可以起到对阀杆的导向作用，又可以起到对阀杆的支撑作用，避免在极端条件下，造成阀杆弯曲。此外，导向套也防止在阀杆上产生侧面推力。

　　(4) 中法兰连接螺栓防松

　　由于LNG槽车在运输过程中不可避免发生振动，并且在装卸料过程中阀门要承受交变温度变化，从而引起螺栓的松弛，进而影响中法兰垫片的密封。为避免螺栓松弛，在螺栓与中法兰接触面位置配置了JB/ZQ 4342 型双面滚花碟形垫圈，有效防止了螺栓产生松弛现象，确保中法兰垫片密封可靠。

　　(5) 阀杆双重密封

　　阀杆密封的填料函中装有PTFE 填料，填料压套外圆及内孔各加工两道沟槽，沟槽中分别装有O形圈，使之与填料函孔及阀杆外圆相密封，从而实现PTFE + 橡胶O形圈的双重填料密封效果，确保填料部位不发生外漏。

图1 LNG槽车紧急切断阀

　　(6) 活载荷填料

　　由于阀门频繁启闭，填料在阀门启闭过程中不可避免的产生磨损，影响填料的密封性能，为避免这一情况的发生，填料压套上设有螺旋圆柱弹簧。通过压盖螺母压紧弹簧，使弹簧贮存弹性能，当填料体积发生损失，如摩擦、压实等损耗，以及填料松弛、振动、不同热膨胀等引起的填料与阀杆接触力的跌落，弹性能可以弥补填料应力的松弛，使填料在阀门运行期间保护密封，从而延长填料的使用寿命。

　　(7) 易熔塞

　　气缸上设有易熔塞(图2) ，当环境温度达到易熔塞的设定温度时易熔塞熔化，放出气缸中气体。在弹簧力的作用下，气缸活塞带动阀杆及阀瓣将阀门关闭，实现紧急切断功能。易熔塞是一种热启动的卸压装置，能防止由于过高的热量而引起的超压。易熔塞由塞体和易熔合金( 伍德合金，表1) 组成。为防止在空气压力作用下易熔合金被挤出，将塞体内孔设计为从受压端开始一系列孔径逐渐减小的阶梯形孔。易熔合金由铋、铅、锡、镉4 种金属组成。按不同质量百分比组成时，可实现不同的熔化温度(表1) 。易熔合金组成的4 种金属纯度要求较高，其中铋的纯度不小于99.95%，铋中杂质含量应符合表2 的规定，铅的纯度不低于99. 94%，锡的纯度不低于99.90%，镉的纯度不低于99.95%。

图2 易熔塞

表1 易熔合金Wt%

表2 铋中杂质含量Wt%

　　(8) 手动功能

　　气缸设有手动操作机构，在没有气源的情况下，可手动实现阀门的启闭。

3、工作原理

　　气缸充入0.4 ～0.7MPa 气压时，活塞上升带动阀杆开启阀门。关闭阀门时，将气缸内的气体排空，活塞在弹簧力作用下带动阀杆与阀瓣向下运动，密封件压紧阀座，阀门关闭。气动操作时，当阀门的周围环境温度达到易熔合金熔化温度( 70 ± 5℃) 时，易熔塞内部的易熔合金就会熔化，气缸内的空气会自动排空，活塞在复位弹簧力及阀杆、阀瓣组件重力的作用下，带动阀杆及阀瓣将阀门关闭。当没有气源时，逆时针旋转手轮带动阀杆及阀瓣向上运动，可手动开启阀门，反之操作，则实现手动关闭阀门。

4、动作特征

　　(1) 超温关闭

　　当易熔塞在设定温度下熔化时，紧急切断阀实现超温关闭、紧急切断的特性。

　　现有的国家标准和行业标准均规定易熔塞在环境温度达到70 ± 5℃时，应能熔化，该数据来源于日本JLPA NO.6:1977 最后草案的规定，该标准已被JLPA 206:2000 代替。在JLPA 206 标准中规定，易熔合金的熔化温度应不超过110℃，并且JLPANO.6 及JLPA 206 规定仅适用于LPG 装置。美国NFPA 59A 标准中关于LNG 槽车的技术要求则规定按照NFPA 58 标准执行，该标准规定易熔合金的熔化温度应不超过121℃。建议国内各相关制造企业及标准化管理部门应研究我国的相关标准是否按照JLPA 206 或NFPA 58 提高切断温度的可行性，从而确保LNG 槽车装卸料过程的安全可靠。

　　(2) 紧急切断时间

　　由于气动装置的活塞上设有弹簧复位机构，可以实现紧急关闭阀门、切断介质流道的特性，其切断时间小于10s。

　　(3) 防自然关闭

　　LNG 槽车在装卸料过程中，需连续运行48h，此时紧急切断阀处于全开位置。非事故状态下，阀门不允许自然关闭。因此阀门在全开状态下进行装卸时不能自然关闭，以保证LNG槽车的正常装卸料。

　　(4) 耐振动

　　LNG 槽车在公路上运输，由于公路路线长，路况复杂，LNG槽车在行驶过程中必然会受到振动，因此要求紧急切断阀必须具有耐振动功能。阀门应按GB/T 22653-2008 的规定通过振动型式试验。

5、结语

　　紧急切断阀是LNG 槽车装卸料过程中的重要安全附件。在非装卸料时，阀门处于关闭状态。在装卸料时，阀门开启。装卸料过程中，非事故状态下，阀门不能自然关闭。当环境温度达到易熔合金设定切断温度范围内时，紧急切断阀应迅速关闭，切断介质，确保LNG 槽车在装卸料过程中的安全。由于易熔合金的设定切断温度与阀门性能相关，建议国内相关企业及有关技术监督部门应研究是否参照国外相关标准进行修订。