上海申弘閥門有限公司
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之前介紹JIS日標(biāo)不銹鋼截止閥標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在介紹石化LNG閥門設(shè)計(jì)選型根據(jù)發(fā)展的生命周期理論，目前LNG閥門技術(shù)正在處于快速增長(zhǎng)期，即數(shù)量與發(fā)明人數(shù)量都呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭（如圖4所示）。LNG閥門技術(shù)在經(jīng)歷20世紀(jì)70年代至20世紀(jì)末的初始發(fā)展階段后，自2000年后開始處于快速增長(zhǎng)階段，而在2005年之后更是表現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭。這說明目前LNG閥門技術(shù)仍是一個(gè)新興技術(shù)領(lǐng)域，具有較強(qiáng)的吸引力。圖4 LNG閥門技術(shù)的數(shù)量與發(fā)明人數(shù)量分布為了保證低溫閥能在低溫下安全可靠地運(yùn)行,在低溫閥的設(shè)計(jì)和制造方面有一些特殊的考慮和要求。同樣，低溫閥的試驗(yàn)與普通閥門也有所不同。下面就JB/T7749-1995《低溫閥門技術(shù)條件》和英國(guó)BS6364：R1998《低溫閥門》的試驗(yàn)方法，試驗(yàn)要求和度驗(yàn)裝置作簡(jiǎn)略的介紹。
1石化LNG閥門設(shè)計(jì)選型.低溫閥門試驗(yàn)(JB/T7749-1995)
(1)試驗(yàn)條件
低溫閥門的低溫試驗(yàn)在常溫試驗(yàn)合格后進(jìn)行。試驗(yàn)前應(yīng)消除閥門水分和油脂，擰緊螺栓至預(yù)定的力矩或拉力，記錄其數(shù)值。用符合試驗(yàn)要求的熱電偶與閥門連接，試驗(yàn)過程中臨測(cè)閥體、閥蓋的溫度。低溫試驗(yàn)冷卻介質(zhì)為液氮與酒精的混合液或液氮，試驗(yàn)介質(zhì)為氦氣。
(2)試驗(yàn)步驟
1)低溫閥門試驗(yàn)裝置見圖2-46。如圖所示，將閥門安裝在試驗(yàn)容器里，并接好所有接頭，保證閥門填料處在容器上部，且溫度保持在0度以上。
2)在常溫及zui大閥門試驗(yàn)壓力下，使用氮?dú)庾龀跞鐧z測(cè)試驗(yàn)，確保閥門在合適的條件下進(jìn)行試驗(yàn)。
3)將閥門浸入液氮與酒精的混合液或液氮中冷卻至閥門低溫工況溫度，其水平面蓋住閥體與閥蓋。
4)在低溫工況溫度下，按下列步驟進(jìn)行操作:
①在低溫工況溫度下，浸泡閥門直到各處的溫度穩(wěn)定為止，用熱電偶測(cè)量保證閥門各處溫度的均勻性;
②在試驗(yàn)溫度下，重復(fù)2.11.1(2)-2)的初始檢測(cè)試驗(yàn);
③在試驗(yàn)溫度和閥門的公稱壓力下，開關(guān)閥門5次做低溫操作性能試驗(yàn)，配有驅(qū)動(dòng)裝置的閥門按上述要求做動(dòng)作試驗(yàn);
④在zui大閥門試驗(yàn)壓力下，按閥門的正常流向做閥門密封試驗(yàn)，對(duì)于雙向密封的閥門應(yīng)分別進(jìn)行試驗(yàn)，用流量計(jì)測(cè)量泄漏量時(shí)，其泄漏率應(yīng)符合表2-23規(guī)定;
⑤閥門處在開啟位置時(shí)，關(guān)閉閥門出口端的針形閥(見圖2-46,并向閥體加壓至密封試驗(yàn)壓力，保持15min，檢查閥門填料處、閥體和閥蓋連接處的密封性;
⑥閥蓋上密封的檢查，有上密封的閥門應(yīng)做上密封試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)閥門全開，兩端封閉，向閥內(nèi)通入氦氣至密封試驗(yàn)壓力為止，松開填料壓蓋，檢查上密封的密封性。
3.2 石化LNG閥門設(shè)計(jì)選型LNG閥門技術(shù)的主要研究領(lǐng)域
（1）標(biāo)題關(guān)鍵詞分析
LNG閥門文獻(xiàn)標(biāo)題中的主要關(guān)鍵詞（如表1所示），進(jìn)一步說明了目前該領(lǐng)域的主要研究?jī)?nèi)容。除了3.1部分主要IPC的分析外，我們還可以看出，LNG閥門技術(shù)與低溫流體或液體閥門技術(shù)具有一致性，而且低溫與高壓是該技術(shù)領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)問題。此外LNG閥門技術(shù)更多是與LNG的存儲(chǔ)與運(yùn)輸相關(guān)聯(lián)，如車載或船運(yùn)。
標(biāo)題高頻詞語的共現(xiàn)關(guān)系（如圖5所示）可以進(jìn)一步揭示技術(shù)領(lǐng)域的研究主題。車用發(fā)動(dòng)機(jī)與制冷系統(tǒng)是低溫閥門系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)閥門系統(tǒng)的研究主要包括低溫管道、傳感器、球形閥、計(jì)量裝置、閥體等，其中低溫管道、流體控制、制冷系統(tǒng)應(yīng)用、存儲(chǔ)罐、壓力技術(shù)等是熱點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。
（2）分類號(hào)分析
LNG閥門的主要IPC如表2所示。通過這些IPC可以看出，目前LNG閥門技術(shù)開發(fā)主要面向的是應(yīng)用，如LNG存儲(chǔ)過程需要的裝填與釋放、計(jì)量與控制等，而非閥門自身技術(shù)，因?yàn)镕16K小類的相對(duì)較少。從IPC小組來看，F(xiàn)16K中的主要為控制閥（ControlValve）、球形閥（BallValve）、提升閥、閘門閥或滑閥（機(jī)械致動(dòng)裝置）、蝶形閥等。
LNG低溫閥門的IPC小類的共現(xiàn)關(guān)系（如圖6所示）。通過圖6，除了可以發(fā)現(xiàn)閥門技術(shù)本身（F16K）外，同樣也能找到低溫閥門的應(yīng)用領(lǐng)域，如低溫液體的存儲(chǔ)（F17C）與運(yùn)輸（B67D、B63B、B65B）、制冷裝置與系統(tǒng)（F25D、F25B）、醫(yī)療儀器（A61B）、清潔與除垢（B09C、B08B）、食品加工設(shè)備（A23L）、低溫液態(tài)燃料供給（F02M、F02D、B60K）等，其中面向低溫液體存儲(chǔ)（F17C）與制冷系統(tǒng)（F25B）的閥門設(shè)計(jì)與改進(jìn)是目前技術(shù)的重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容。
通過IPC小組的共現(xiàn)關(guān)系（如圖7所示），可以進(jìn)一步揭示出低溫閥門領(lǐng)域的技術(shù)重點(diǎn)：低溫液體存儲(chǔ)過程中的裝填與排放技術(shù)、管道及其監(jiān)測(cè)技術(shù)、制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用、提升閥切斷裝置、泵裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)非液態(tài)燃料輸送技術(shù)、低溫液態(tài)氣體分離中的應(yīng)用等。
3.3 主要競(jìng)爭(zhēng)者分析
在LNG低溫閥門領(lǐng)域擁有較多的企業(yè)如表3所示，其中擁有數(shù)量較多的權(quán)人并非閥門制造商，而是處于應(yīng)用領(lǐng)域的企業(yè)。
3.4 技術(shù)*分析
的被引情況可以在一定程度上反映被引用權(quán)人在該技術(shù)領(lǐng)域的程度。通過LNG低溫閥門領(lǐng)域的高被引權(quán)人（如表4所示），我們可以看出，
3.5 研究團(tuán)隊(duì)分析
本研究數(shù)據(jù)集中的主要發(fā)明人如表5所示。需要特別說明的是，因?yàn)樾彰?jiǎn)寫問題極有可能造成數(shù)據(jù)的不*性。通過發(fā)明人的共現(xiàn)關(guān)系（如圖9所示）不僅可以在一定程度上克服這一問題，而且還可以發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域的主要研究團(tuán)隊(duì)。
3.6 利益相關(guān)者分析
本研究中的利益相關(guān)者，指通過共權(quán)而形成的利益團(tuán)體。LNG低溫閥門領(lǐng)域的主要利益團(tuán)體如圖10所示。通過圖10可以發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域通過共權(quán)而形成的兩個(gè)較大的利益團(tuán)體：
4 LNG低溫閥門領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：截止閥,電動(dòng)截止閥從標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)集來看，目前LNG低溫閘閥、球閥、截止閥、止回閥、蝶閥及安全閥等，已經(jīng)走上了標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的道路，每一種閥門都有其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，其中涉及閘閥、止回閥、船載閥的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)較多，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如表6所示。目前，比較通用的設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn)共有31項(xiàng)，主要包括BS6364、ASMEB16.34、NFM51-002-2007、MSSSP-134、SHELLSPE77/200，比較通用的國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)與制造標(biāo)準(zhǔn)主要有GBT24925—2010；比較通用的檢驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)共有8項(xiàng)，包括BSEN12567—2000、BS6364、ISO15848等。
通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目的細(xì)分可以發(fā)現(xiàn)，因?yàn)長(zhǎng)NG超低溫閥門的工作溫度極低，因此在設(shè)計(jì)這類閥門時(shí)，除了應(yīng)遵循一般閥門的設(shè)計(jì)原則外，還有一些特殊的要求。因此，在LNG閥門標(biāo)準(zhǔn)中也對(duì)閥門的材料、防火防靜電、閥桿設(shè)計(jì)以及閥門測(cè)試中溫度、壓力提出了要求，其中涉及閥門材料、密封材料、低溫處理和閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)較多。目前，低溫閥門主要選用奧氏體不銹鋼，密封材料主要用的聚三氟氯乙烯（PCTFE），法蘭連接處及填料函選用石墨材料。表6 LNG產(chǎn)品相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
5 LNG低溫閥門技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
5.1 閥門材料越來越成熟
LNG閥門正常工作溫度約-163℃，在此溫度下，一般閥門用的材料強(qiáng)度和硬度升高，塑性和韌性大幅下降，這會(huì)嚴(yán)重影響閥門的安全性，超低溫下能夠保證閥門安全性的材料成為閥門領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。從金相學(xué)的角度出發(fā)，在低溫狀態(tài)下不出現(xiàn)低溫脆性的是晶格呈現(xiàn)面心立方的材料是目前研究的重點(diǎn)，這類材料具有足夠的韌性和組織穩(wěn)定性，以保證在低溫下不會(huì)因相變導(dǎo)致變形繼而影響閥門的密封性，其中奧氏體不銹鋼材料低溫變形小，沒有明顯的低溫冷脆臨界溫度，在-200℃以下，仍能保持較高的韌性，是目前閥門選用zui多的材料。
5.2 新型密封材料研究
由于低溫下橡膠材料的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變及大多數(shù)非金屬材料存在著冷脆和嚴(yán)重冷流現(xiàn)象，因此低溫閥閥桿與閥體間的密封多采用填料函密封結(jié)構(gòu)。目前低溫填料主要有聚四氟乙烯、石棉、浸漬聚四氟乙烯石棉繩和柔性石墨等，其中由于石棉無法避免滲透性泄漏，聚四氟乙烯線膨脹系數(shù)很大、冷流現(xiàn)象嚴(yán)重，所以很少采用，而聚三氟乙烯（PCTFE）在液氦、液氧和液化天然氣中不發(fā)生脆裂，不蠕變，不滲透任何氣體，不助燃，是一種良好的密封聚合物，是目前采用較多的密封材料。柔性石墨是新發(fā)展起來的一種優(yōu)良的密封材料，具有耐低溫、耐腐蝕、自潤(rùn)滑、熱膨脹率小及氣液密封性能良好等特點(diǎn)，主要用于法蘭連接處及填料函。
5.3 低溫處理技術(shù)
奧氏體不銹鋼作為超低溫球閥的關(guān)鍵密封副材料在常溫下處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，鋼從奧氏體化狀態(tài)快速冷卻，在較低溫度下（低于Ms點(diǎn)）發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。此時(shí)，鐵原子和碳原子都不能進(jìn)行擴(kuò)散，其轉(zhuǎn)變過程僅僅是Fe的晶格發(fā)生改組，這種無擴(kuò)散型相變的宏觀表現(xiàn)即是閥門零件的尺寸變化。奧氏體不銹鋼深冷處理后會(huì)發(fā)生尺寸改變，一次深冷后試樣的zui大變形量比較大，二次深冷后尺寸zui大變形量有明顯的降低。為確保馬氏體的充分轉(zhuǎn)變，材料精加工前宜對(duì)材料進(jìn)行兩次深冷處理，盡量減少閥門在使用低溫條件下尺寸的改變。奧氏體不銹鋼進(jìn)行深冷處理后，會(huì)有效解決材料在超低溫條件下形變的問題，從而保證低溫閥門密封性能。
5.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)趨勢(shì)
LNG閥門在裝置中起重要的切斷、止回、調(diào)節(jié)等作用，并且LNG具有易燃易爆性，因此閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要保證在深冷工況及易燃易爆介質(zhì)下安全、密封可靠、開關(guān)靈活等要求。目前LNG閥門多采用長(zhǎng)頸閥蓋，使填料部位遠(yuǎn)離閥體中流過的介質(zhì)LNG，保證填料部位的溫度在0℃以上，防止因填料函部分過冷而使處在填料函部位的閥桿以及閥蓋上部的零件結(jié)霜或凍結(jié)，使填料可以正常工作；對(duì)于有密閉中腔結(jié)構(gòu)的閥門，由于在間歇管線或檢修狀態(tài)下，中腔存有的LNG可能會(huì)發(fā)生氣化，導(dǎo)致閥門內(nèi)部超壓，甚至威脅到閥門的安全，為保證閥門的安全性，此類閥門要求帶中腔自泄壓結(jié)構(gòu)，使閥門內(nèi)腔壓力異常超壓時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泄放；由于LNG介質(zhì)的易燃易爆特性，在設(shè)計(jì)LNG超低溫閥門時(shí)，一般設(shè)計(jì)有防靜電結(jié)構(gòu)，以保證閥門的導(dǎo)電性；為防止LNG外泄漏，在閥體/壓蓋處及閥桿處引入唇式密封的密封方式，可以很好控制閥門的外泄漏。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有不銹鋼波紋管密封安全閥
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