上海申弘閥門(mén)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(mén)設(shè)計(jì)選型根據(jù)發(fā)展的生命周期理論，目前LNG閥門(mén)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(mén)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(kāi)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(shuō)明目前LNG閥門(mén)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(mén)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(mén)也有所不同。下面就JB/T7749-1995《低溫閥門(mén)技術(shù)條件》和英國(guó)BS6364：R1998《低溫閥門(mén)》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(mén)設(shè)計(jì)選型.低溫閥門(mén)試驗(yàn)(JB/T7749-1995)
(1)試驗(yàn)條件
低溫閥門(mén)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(mén)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(mén)連接，試驗(yàn)過(guò)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(mén)試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖2-46。如圖所示，將閥門(mén)安裝在試驗(yàn)容器里，并接好所有接頭，保證閥門(mén)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(mén)試驗(yàn)壓力下，使用氮?dú)庾龀跞鐧z測(cè)試驗(yàn)，確保閥門(mén)在合適的條件下進(jìn)行試驗(yàn)。
3)將閥門(mén)浸入液氮與酒精的混合液或液氮中冷卻至閥門(mén)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(mén)直到各處的溫度穩(wěn)定為止，用熱電偶測(cè)量保證閥門(mén)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(mén)的公稱壓力下，開(kāi)關(guān)閥門(mén)5次做低溫操作性能試驗(yàn)，配有驅(qū)動(dòng)裝置的閥門(mén)按上述要求做動(dòng)作試驗(yàn);
④在zui大閥門(mén)試驗(yàn)壓力下，按閥門(mén)的正常流向做閥門(mén)密封試驗(yàn)，對(duì)于雙向密封的閥門(mén)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(mén)處在開(kāi)啟位置時(shí)，關(guān)閉閥門(mén)出口端的針形閥(見(jiàn)圖2-46,并向閥體加壓至密封試驗(yàn)壓力，保持15min，檢查閥門(mén)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(mén)應(yīng)做上密封試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)閥門(mén)全開(kāi)，兩端封閉，向閥內(nèi)通入氦氣至密封試驗(yàn)壓力為止，松開(kāi)填料壓蓋，檢查上密封的密封性。
3.2 石化LNG閥門(mén)設(shè)計(jì)選型LNG閥門(mén)技術(shù)的主要研究領(lǐng)域
（1）標(biāo)題關(guān)鍵詞分析
LNG閥門(mén)文獻(xiàn)標(biāo)題中的主要關(guān)鍵詞（如表1所示），進(jìn)一步說(shuō)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(mén)技術(shù)與低溫流體或液體閥門(mén)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(wèn)題。此外LNG閥門(mén)技術(shù)更多是與LNG的存儲(chǔ)與運(yùn)輸相關(guān)聯(lián)，如車(chē)載或船運(yùn)。
標(biāo)題高頻詞語(yǔ)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(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)與制冷系統(tǒng)是低溫閥門(mén)系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)閥門(mén)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(mén)的主要IPC如表2所示。通過(guò)這些IPC可以看出，目前LNG閥門(mén)技術(shù)開(kāi)發(fā)主要面向的是應(yīng)用，如LNG存儲(chǔ)過(guò)程需要的裝填與釋放、計(jì)量與控制等，而非閥門(mén)自身技術(shù)，因?yàn)镕16K小類的相對(duì)較少。從IPC小組來(lái)看，F(xiàn)16K中的主要為控制閥（ControlValve）、球形閥（BallValve）、提升閥、閘門(mén)閥或滑閥（機(jī)械致動(dòng)裝置）、蝶形閥等。
LNG低溫閥門(mén)的IPC小類的共現(xiàn)關(guān)系（如圖6所示）。通過(guò)圖6，除了可以發(fā)現(xiàn)閥門(mén)技術(shù)本身（F16K）外，同樣也能找到低溫閥門(mén)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(mén)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(guò)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(mén)領(lǐng)域的技術(shù)重點(diǎn)：低溫液體存儲(chǔ)過(guò)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(mén)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(mén)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(guò)LNG低溫閥門(mén)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(shuō)明的是，因?yàn)樾彰?jiǎn)寫(xiě)問(wèn)題極有可能造成數(shù)據(jù)的不*性。通過(guò)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(wèn)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(guò)共權(quán)而形成的利益團(tuán)體。LNG低溫閥門(mén)領(lǐng)域的主要利益團(tuán)體如圖10所示。通過(guò)圖10可以發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域通過(guò)共權(quán)而形成的兩個(gè)較大的利益團(tuán)體：
4 LNG低溫閥門(mén)領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：截止閥,電動(dòng)截止閥從標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)集來(lái)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(mén)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(guò)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(mén)的工作溫度極低，因此在設(shè)計(jì)這類閥門(mén)時(shí)，除了應(yīng)遵循一般閥門(mén)的設(shè)計(jì)原則外，還有一些特殊的要求。因此，在LNG閥門(mén)標(biāo)準(zhǔn)中也對(duì)閥門(mén)的材料、防火防靜電、閥桿設(shè)計(jì)以及閥門(mén)測(cè)試中溫度、壓力提出了要求，其中涉及閥門(mén)材料、密封材料、低溫處理和閥門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)較多。目前，低溫閥門(mén)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(mén)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
5.1 閥門(mén)材料越來(lái)越成熟
LNG閥門(mén)正常工作溫度約-163℃，在此溫度下，一般閥門(mén)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(mén)的安全性，超低溫下能夠保證閥門(mén)安全性的材料成為閥門(mén)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(mén)的密封性，其中奧氏體不銹鋼材料低溫變形小，沒(méi)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(mén)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(wú)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(lái)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(guò)程僅僅是Fe的晶格發(fā)生改組，這種無(wú)擴(kuò)散型相變的宏觀表現(xiàn)即是閥門(mén)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(mén)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(wèn)題，從而保證低溫閥門(mén)密封性能。
5.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)趨勢(shì)
LNG閥門(mén)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(mén)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(kāi)關(guān)靈活等要求。目前LNG閥門(mén)多采用長(zhǎng)頸閥蓋，使填料部位遠(yuǎn)離閥體中流過(guò)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(guò)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(mén)，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(mén)內(nèi)部超壓，甚至威脅到閥門(mén)的安全，為保證閥門(mén)的安全性，此類閥門(mén)要求帶中腔自泄壓結(jié)構(gòu)，使閥門(mén)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(mén)時(shí)，一般設(shè)計(jì)有防靜電結(jié)構(gòu)，以保證閥門(mén)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(mén)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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