軸流式止回閥在LNG接收站中的應用
簡(jiǎn)述了軸流式止回閥的結構、性能特點(diǎn)，根據LNG 接收站的功能定位和各管路系統特點(diǎn)提出了軸流式止回閥的選擇原則，以某工程案例為依據提出了LNG 接收站應用于軸流式止回閥的位置組合，簡(jiǎn)述了應用于LNG接收站的軸流式止回閥的性能要求和國內外生產(chǎn)現狀，提出了國產(chǎn)化的必要性。
由于具有節能、降噪、低流阻、防水錘、開(kāi)關(guān)迅速等特點(diǎn)，軸流式止回閥被廣泛應用于油氣集輸管線(xiàn)上，而該類(lèi)型閥門(mén)在LNG接收站中的應用鮮有報道。實(shí)際上，國內已建或在建的大型LNG接收站如廣東大鵬、福建莆田、浙江寧波、粵東、天津等均在關(guān)鍵需要止逆的部位運用了軸流式止回閥。在LNG接收站的設計過(guò)程中，在充分考慮工藝技術(shù)先進(jìn)、可靠、安全、穩定等特點(diǎn)的同時(shí)，也遵循了消聲減震、節能減排等設計原則，軸流式止回閥在接收站中的應用順勢而生。
1、軸流式止回閥的結構形式及性能特點(diǎn)
1.1、軸流式止回閥的結構形式
軸流式止回閥結構簡(jiǎn)單，主要由閥體、閥座、閥瓣、彈簧、導向套及導流罩等零部件組成，其內部結構如圖1所示。
1———閥體; 2———閥座; 3———閥瓣; 4———彈簧; 5———導向套; 6———導流罩。
圖1 軸流式止回閥內部結構零部件圖
軸流式止回閥通過(guò)閥門(mén)進(jìn)口端與出口端的壓力差來(lái)決定閥瓣的開(kāi)啟和關(guān)閉。當進(jìn)口端的壓力大與出口端的壓力循環(huán)展開(kāi)彈簧力的總和時(shí)，閥瓣開(kāi)啟;當出口端壓力與彈簧彈力的總和大于進(jìn)口端壓力差時(shí)，閥瓣關(guān)閉。閥門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉狀態(tài)結構如圖2和圖3所示。
圖2 閥門(mén)開(kāi)啟狀態(tài)內部結構圖
圖3 閥門(mén)關(guān)閉狀態(tài)內部結構圖
1.2、軸流式止回閥的結構特點(diǎn)
傳統的升降式或旋啟式止回閥是利用鉸鏈或者彈簧固定閥板，流體較少或流速較低時(shí)板往往存在閥板不能完全打開(kāi)的現象，從而造成流體流動(dòng)不穩定、噪聲大、水錘現象嚴重等工況，而軸流式止回閥的直通軸流式對稱(chēng)結構和過(guò)流表面的流線(xiàn)型設計，使得它與傳統結構的止回閥相比具有不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，主要如下：
(1)啟閉迅速：軸流式止回閥閥瓣行程短，流線(xiàn)型結構設計阻力小，可以實(shí)現快速關(guān)閉。
(2)無(wú)噪音：閥瓣的開(kāi)啟與關(guān)閉處于動(dòng)態(tài)平衡系統中，閥門(mén)運行平衡，關(guān)閉瞬間倒流速度小，彈簧復位使得閥門(mén)啟閉無(wú)撞擊，降低噪音和水錘效應。
(3)密封性能優(yōu)良：閥瓣的質(zhì)量較輕，輕質(zhì)量、低慣性的閥瓣經(jīng)過(guò)短行程關(guān)閉后對閥座的沖擊力小，可有效減少閥座密封面因破壞而導致的泄漏。
(4)操作能耗低：流經(jīng)軸流式止回閥的流體只須克服彈簧力就可將閥門(mén)全部打開(kāi)，其要求的臨界流速要遠小于旋啟式止回閥所要求的臨界流速，在充份保證流通面積的前提下，可最大限度的降低操作能耗。
(5)流體阻力�。狠S流式結構及過(guò)流表面的流線(xiàn)型流道可保證流體處于層流狀態(tài)，從而使得閥門(mén)的流阻系數小，節省能源。
(6)安裝靈活：與同尺寸其他形式止回閥相比，軸流式止回閥長(cháng)度短、質(zhì)量輕，安裝位置小，可水平、垂直及任意角度安裝。
2、軸流式止回閥在LNG接收站的應用
LNG 接收站的主要功能是接卸LNG船舶運輸而來(lái)的LNG，通過(guò)儲存、加壓、氣化等將天然氣通過(guò)輸氣管線(xiàn)或直接將LNG通過(guò)槽車(chē)輸送到下游用戶(hù)，它主要包括卸料系統、儲存系統、蒸發(fā)氣處理系統、LNG加壓及氣化系統、天然氣外輸及計量系統、燃料氣系統、槽車(chē)裝車(chē)系統、LNG 排放系統和安全泄放系統等。根據工藝要求，LNG 接收站的各個(gè)系統幾乎均配置了止回閥以防止流體倒流，但由于目前應用于LNG行業(yè)的該類(lèi)型閥門(mén)全部依賴(lài)進(jìn)口，價(jià)格相對昂貴，只有在部分關(guān)鍵位置配置軸流式止回閥。
2.1、LNG接收站配置軸流式止回閥的原則
LNG 接收站中是否需要配置軸流式止回閥主要按照如下原則：
(1) 容易產(chǎn)生“水錘效應”的系統
“水錘效應”是指在壓力管路中，由于液體流速的急劇變化，從而造成管中的液體壓力顯著(zhù)、反復、迅速地變化，壓力的沖擊將使管壁受力而產(chǎn)生噪聲，猶如錘子敲擊管子一般，稱(chēng)為“水錘效應”。水錘效應的主要危害是管路系統壓力變化將引起管道和設備的劇烈振動(dòng)，管壁受力超過(guò)正常允許范圍，從而造成管道及相關(guān)設施的破壞，容易發(fā)生泄露、火災等安全事故。
軸流式止回閥啟閉迅速，閥瓣行程短，彈簧復位時(shí)閥瓣對閥體和閥座無(wú)撞擊，過(guò)流表面的流線(xiàn)型設計等特點(diǎn)可有效降低“水錘效應”。
(2)開(kāi)關(guān)相對頻繁的間歇操作系統
通常情況下，LNG 接收站均是按照一年365日連續操作工況進(jìn)行設計的，接收站必須滿(mǎn)足對城市管網(wǎng)不間斷供氣的要求(除不可抗拒力意外)，但是根據站內各個(gè)系統的功能特點(diǎn)以及工程所在地的市場(chǎng)情況，部分系統在運營(yíng)過(guò)程中不是連續運行的。間歇操作系統中閥門(mén)的突然關(guān)閉或打開(kāi)，很容易使得后續流體在慣性作用下產(chǎn)生水錘。因此，在LNG接收站設計止回閥選型時(shí)，間歇操作系統考慮采用軸流式止回閥。
(3)流體壓力較高的系統
流體壓力較高，閥門(mén)突然關(guān)閉或者開(kāi)啟時(shí)閥門(mén)前后瞬時(shí)壓差更大。管路的壓力越高，閥門(mén)忽然關(guān)閉時(shí)流體慣性越大，流體沖擊波對管路系統的危害也越大。因此，在LNG接收站設計止回閥選型時(shí)，間高壓系統考慮采用軸流式止回閥。
(4)泵出口管線(xiàn)
止回閥的主要作用是防止介質(zhì)倒流引起泵及驅動(dòng)電動(dòng)機反轉，因此，在LNG接收站設計過(guò)程中，LNG輸送泵的出口考慮采用軸流式止回閥。
2.2、LNG接收站應用軸流式止回閥的位置組合
根據第2.1中的選擇原則，LNG接收站應用軸流式止回閥的主要位置組合如表1所示。
表1 LNG接收站應用軸流式止回閥的主要位置組合
備注： 管路系統是否易產(chǎn)生“水錘效應”，以中海油某個(gè)接收站為案例，運用AFTimpulse模擬計算的理論結果，其他指標如操作特性、流體壓力等也是以該案例為依據。
3、應用于LNG接收站的軸流式止回閥生產(chǎn)現狀
應用于LNG接收站的軸流式止回閥，不但在性能上滿(mǎn)足常溫閥門(mén)的優(yōu)良特性，而且閥體及零部件的機械性能、強度和剛度等也必須滿(mǎn)足在-196℃ 工況下安全運行的要求。
目前應用于LNG行業(yè)的低溫軸流式止回閥的制造技術(shù)主要集中在國外，如英國的GOODWININTERNATIONALLTd. 、韓國的S&SVALVECO.LIMTED和法國的MalbranqueSAS等，這些公司的產(chǎn)品在國內外LNG行業(yè)均具有良好的應用業(yè)績(jì)，閥門(mén)的設計、制造、檢驗、試驗等均采用歐標或美標。
經(jīng)過(guò)多年的研究和實(shí)踐，國內廠(chǎng)家在軸流式止回閥的設計、制造、檢驗、實(shí)驗等方面已經(jīng)積累了成熟經(jīng)驗，部分廠(chǎng)家已經(jīng)成功制造出該類(lèi)型的閥門(mén)，如蘇州紐威閥門(mén)有限公司、自貢高壓閥門(mén)有限公司等，但上述廠(chǎng)家的該類(lèi)型閥門(mén)應用于常溫管路系統中的業(yè)績(jì)較多，在LNG行業(yè)到目前為止沒(méi)有應用案例。
4、結術(shù)語(yǔ)
隨著(zhù)中石油、中石化以及中海油等能源公司對LNG 行業(yè)的介入，中國的LNG接收站建設越來(lái)越多，與LNG接收站配套的衛星站、中轉站的建設速度也將逐漸加快，軸流式止回閥的需求量也將越來(lái)越大，進(jìn)口閥門(mén)不但價(jià)格昂貴、運輸和售后服務(wù)繁瑣，合同執行過(guò)程中一旦出現變更也將給項目建設造成很大的麻煩，應用于LNG接收站的軸流式止回閥的國產(chǎn)化勢在必行。
