液化天然气装备设计技术（LNG低温阀门卷）
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作者张周卫，汪雅红，田源，张梓洲 著
出版社化学工业出版社
ISBN9787122316660
出版时间2018-07
装帧平装
开本16开
定价158元
货号25296140
上书时间2024-12-16
商品详情
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前言
LNG 系列阀门主要应用于-162℃天然气低温液化、LNG 输运、LNG 存储及LNG 再气化等领域，包括LNG 截止阀、LNG 闸阀、LNG 蝶阀、LNG 止回阀、LNG 球阀、LNG 安全阀、LNG 节流阀等系列阀门，均属带相变多相流低温高压过程控制装备，因液化工艺、贮运工艺不同，外形设计不同，用途也不同。在传统的低温流体控制领域，成套工艺流程中常用的过程控制阀门数量众多，其中截止阀、闸阀、球阀为主要通断阀门之一，具有流动阻力小，可输送气液两相流，阀门不易堵塞，控制流量大等特点，而闸阀、球阀具有双向密封，双向通断，控制方便等特点，为成套工艺设备中不可缺少的主要设备，且一般都采用法兰或螺纹连接于管道中。由于传统的阀门存在控制密封面大，密封面多，存在盲区，易于泄漏等特点，不能应用于低温易燃易爆流体等领域，尤其-162℃ LNG 领域。首先，以闸阀、球阀为例，传统的闸阀、球阀打开或关闭时都会形成双向密封，阀腔内都存在盲区。一般情况下LNG 为低温饱和液体或气液两相流，盲区内的LNG 在阀门打开或关闭后，由于存在环境热源，盲区内LNG 迅速气化，温度迅速上升，压力迅速增大，导致上部多重密封及下部主密封面极易损坏，且阀门存在爆破等更严重的隐患。为解决这一问题，传统的低温闸阀、低温球阀用于LNG 时，通过在阀体外增加管道，连接盲区至球阀出口段，导出低温流体，但这种方法导致盲区与阀门一端连通，损坏了闸阀、球阀主密封面双向密封、双向截止、双向控制的优势，闸阀、球阀只能使用一个主密封面，不能起到双向密封的作用。另外，由于管道两端的LNG 均极易气化，LNG 流体易于反向流动等原因，要求LNG 闸阀、LNG 球阀起到双向截止，双向密封的作用，故外加导管连通一侧不能有效解决双向截止的问题。同时，外加导管由于强度等原因易于损坏泄漏，且存在阀体外侧不易于加装保温层，阀体外观不对称等缺点。其次，由于LNG 气化后为易燃易爆气体，主要成分为CH4，传统的低温阀门由于存在较多的密封，容易引起CH4 泄漏，如双向主密封、阀体与阀盖之间的多重密封、管道法兰连接密封等，尤其在-162℃低温工况下，密封垫片及密封面往往直接与LNG 接触，密封材料极易出现低温脆断，密封面经常出现泄漏，存在很大的安全隐患。此外，由于LNG 阀门上下温差较大，以截止阀、闸阀为例，阀体与LNG 接触，阀杆旋转执行器、上阀体及上部阀杆部件与外部大气环境接触，阀门两端存在200℃左右的温差，导致部件内部存在很大的温差应力，尤其在阀杆与上阀体之间。由于LNG 阀体一般采用铸钢制造，传热速率较快，需要较长的上阀体及阀杆延迟传热，以防止旋转执行器等部件温度太低，不能正常工作，或防止人员冻伤等，所以一般要求阀杆延长至顶部不结霜为至。此外，由于阀体采用铸钢件，阀杆采用钢性锻件，两者热膨胀系数相差较大，低温工况下存在较大温差应力，相互接触后，低温应变容易导致阀体开裂，阀杆变形，主密封面破坏，LNG 无法截止等问题。所以，传统的低温阀门用于LNG 领域时，要求阀杆较长以减少局部温差应变，使整个阀门体积较大，以适应于冷收缩及解决较大温差应力等问题。后，LNG 为低温流体，管道输送压力一般低于0.2MPa，处于饱和状态或过热状态，输送时外界会源源不断通过阀门及管道给LNG 提供热量，导致LNG 持续气化，出现两相流。两相流遇到突然截止时，容易导致管道内剩余LNG压力剧增并过临界。当压力迅速超过临界压力4.6MPa，温度超过临界温度-82.59℃后，会给整个输送系统安全造成极大的安全隐患，所以，一般的LNG 阀门或LNG 系统的设计压力大于6MPa，使整个LNG 系统设计难度增大，设备笨重，体积庞大。LNG 系列阀门涉及低温流体过程控制及多相流控制过程，也是目前设计计算较复杂、加工制造难度较大的低温过程控制装备，没有统一的设计计算方法，计算过程中需要复核计算低温材料强度，选择气液两相流参数等，随着工艺流程或物性参数特点不同而存在较大差别，难以标准化。此外，由于LNG 系列阀门种类较多，没有统一的结构设计模型及理论设计计算方法用于计算机辅助计算过程，给LNG 系列阀门的科学计算过程带来了障碍。20世纪80年代以来，国外主要有美国泰科公司等开发，可进行低温工况下的LNG 过程控制等，具有控制效果好，集约化程度高，需要阀门数量少等特点。国内在LNG 液化工厂、LNG 接收站及LNG 气化站等方面已有应用，一般随整体工艺成套进口。兰州交通大学与甘肃中远能源动力工程有限公司曾对-162℃ LNG 系列阀门、-70℃低温甲醇用系列阀门、-197℃液氮系列阀门、-210℃空间飞行器用系列阀门等进行了系列化开发，主要针对以-162℃ LNG 系列板翅式换热器、-162℃ LNG 系列缠绕管式换热器等为主液化设备的LNG 系统配套用低温阀门进行开发，根据不同温度及控制领域，研究不同种类的低温阀门设计计算方法。本书针对-162℃ LNG 系列阀门结构特点，研究开发了LNG 截止阀、LNG 闸阀、LNG 蝶阀、LNG 止回阀、LNG 球阀、LNG 安全阀等多种类型的LNG 控制阀门，已具备产业化设计及加工制造能力。《液化天然气装备设计技术——LNG 低温阀门卷》共收集张周卫、汪雅红等主持研发的低温过程控制通用阀门12项，主要包括LNG 蝶阀、LNG 球阀、LNG 闸阀、LNG 截止阀、LNG 减压阀、LNG 节流阀、LNG 安全阀、LNG 止回阀、LNG 针阀、LNG 呼吸阀、LNG 温控阀、LNG 疏气阀12 个类别，主要应用于-162℃ LNG 领域，涉及12类低温过程控制阀门装备研发技术，内含低温制冷基础研究与产品设计计算过程。研发产品可应用于液化天然气、石油化工、煤化工、空气液化与分离、制冷及低温工程等领域。本书共分13章，其中，第1～5章、第9章主要涉及LNG 过程控制开关类阀门研究及产业化内容，主要包括LNG 蝶阀、LNG 球阀、LNG 闸阀、LNG 截止阀、LNG 止回阀5类低温阀门，主要应用于-162℃ LNG 液化及储运领域，一般连接于LNG 过程控制管道上，起开关低温流体的作用。由于各类阀门具有不同的结构特点，可适用于不同的LNG 液化及储运系统工况条件。第6章、第8章所列研发产品主要涉及LNG 减压阀、LNG 安全阀，主要连接于LNG 真空容器或LNG 管道上，LNG 减压阀主要起减压作用，可根据不同降压指标，降低LNG 系统或管道内压力。LNG 安全阀主要应用于LNG 液化及储运系统，主要起安全泄放作用。第7章主要涉及LNG 节流阀，主要应用于LNG 液化单元开式LNG 液化流程，可节流天然气，降低天然气温度，或应用于LNG 液化单元闭式液化流程，根据节流温度要求节流混合制冷剂，可作为四级节流阀使用。LNG 节流阀的主要用途是节流混合制冷剂并产生节流制冷效应，使天然气温度降低至-162℃并液化，起到节流制冷功效。第10章主要涉及LNG 针阀，可用于精确调节LNG 流量，使LNG 液化或管道流量达到精确调节及输运功能。第11章主要涉及LNG 呼吸阀，主要用于LNG 系统压力平衡控制。第12章主要涉及LNG 温控阀，主要应用于LNG 液化工艺流程，控制LNG 液化系统或LNG 输运系统温度。第13章所列研发产品主要涉及LNG 疏气阀，主要应用于LNG 储运系统，可分离LNG气液两相流，将饱和或过热LNG 流体中气液两相分离输运。以上LNG系列阀门属LNG 液化过程中技术难度较大的LNG 过程控制装备系列化产品研发项目，主要应用于液化天然气（LNG）、低温制冷、煤化工、石油化工、空间制冷、装备制造等多个领域。LNG 系列阀门基础研发及设计制造技术已趋于成熟，从装备设计制造层面来讲，已能够应用于LNG 工艺系统，并推进LNG 系列过程控制装备的国产化及产业化进程。本书所含研发项目涉及多股流低温过程控制装备核心技术，研究项目曾备受中国石油天然气集团有限公司、中国海洋石油集团有限公司、中石油昆仑燃气有限公司、中国寰球工程公司、神华集团有限责任公司、中国华能集团有限公司等企业关注与支持，也曾得到国家及地方创新基金及其他研发经费大力支持，已经具备了一定的研究开发及产业化基础，属系列化低温过程控制装备产品开发过程，主要有12类低温装备产品，具有很好的产业化发展势头，有助于突破国际“大型LNG 液化系统工艺及核心液化装备设计计算技术”，为系列化超低温过程装备国产化研究开发提供研究基础。本书第1～6章由张周卫负责撰写并编辑整理，第7～9章由汪雅红负责撰写并编辑整理，第10～13章由田源、张梓洲负责撰写并编辑整理，全书后由张周卫统稿，田源、张梓洲、殷丽、王军强参与修改校正。本书受国家自然科学基金（编号：51666008），甘肃省财政厅基本科研业务费（编号：214137），甘肃省自然科学基金（编号：1208RJZA234）等支持。按照目前项目开发现状，文中重点列出12类LNG 阀门设计计算技术，与相关行业内的研究人员共同分享，以期全力推进液化天然气领域内过程控制装备的创新研究及产业化进程。由于水平、时间有限及其他原因，书中内容难免存在疏漏之处，希望同行及广大读者批评指正。兰州交通大学甘肃中远能源动力工程有限公司江苏神通阀门股份有限公司张周卫 汪雅红 田源 张梓洲2017年11月
导语摘要
本书主要围绕LNG液化工艺及储运工艺中所涉及的主要低温装备，研究开发LNG工艺流程中主要过程控制装备的设计计算技术。主要包括LNG蝶阀、LNG球阀、LNG闸阀、LNG截止阀、LNG减压阀、LNG节流阀、LNG安全阀、LNG止回阀、LNG针阀、LNG呼吸阀、LNG温控阀、LNG疏气阀12个类别的低温阀门的设计工艺、原理、注意事项、设计计算过程等，主要应用于-162℃ LNG 领域，涉及12类低温过程控制阀门装备研发技术，内含低温制冷基础研究与产品设计计算过程。研发产品可应用于液化天然气、石油化工、煤化工、空气液化与分离、制冷与低温工程等领域，为LNG液化、LNG储运等关键环节中所涉及12类主要过程控制阀门设备的设计计算提供可参考样例，并推进LNG系列液化装备及系统工艺技术的标准化及国产化进程。本书不仅可供从事天然气、液化天然气（LNG）、化工机械、制冷与低温工程、石油化工、动力工程及工程热物理领域内的研究人员、设计人员、工程技术人员参考，还可供高等学校化工机械、能源化工、石油化工、低温与制冷工程、动力工程等专业的师生参考。
商品简介
本书主要围绕LNG液化工艺及储运工艺中所涉及的主要低温装备，研究开发LNG工艺流程中主要过程控制装备的设计计算技术。主要包括LNG蝶阀、LNG球阀、LNG闸阀、LNG截止阀、LNG减压阀、LNG节流阀、LNG安全阀、LNG止回阀、LNG针阀、LNG呼吸阀、LNG温控阀、LNG疏气阀12个类别的低温阀门的设计工艺、原理、注意事项、设计计算过程等，主要应用于-162℃ LNG 领域，涉及12类低温过程控制阀门装备研发技术，内含低温制冷基础研究与产品设计计算过程。研发产品可应用于液化天然气、石油化工、煤化工、空气液化与分离、制冷与低温工程等领域，为LNG液化、LNG储运等关键环节中所涉及12类主要过程控制阀门设备的设计计算提供可参考样例，并推进LNG系列液化装备及系统工艺技术的标准化及国产化进程。本书不仅可供从事天然气、液化天然气（LNG）、化工机械、制冷与低温工程、石油化工、动力工程及工程热物理领域内的研究人员、设计人员、工程技术人员参考，还可供高等学校化工机械、能源化工、石油化工、低温与制冷工程、动力工程等专业的师生参考。
作者简介
张周卫，兰州交通大学，教授，男，国家“万人计划”领军人才，国家 级创新创业人才，国家科技专家库专家，环境科学博士后，动力工程及工程热物理博士，毕业于西安交通大学能源与动力工程学院制冷及低温工程系，高级工程师，教授，主要从事空间低温制冷技术、压缩机械、真空低温设备、LNG过程控制装备、多股流缠绕管式换热装备、螺旋压缩膨胀制冷机等研究，涉及系统耦合传热及传热数值模拟计算，低温节流减压装置、低温系统换热装备、低温冷屏蔽系统、高超声速飞行器空间低温制冷机理研究等；先后参与北京航空航天大学863系统项目子项目“天然气涡旋压缩机”、清华大学航天航空学院973系统子项目“空间气流组织测试模拟环境室”、总装备部“空间低温红外辐射冷屏蔽系统研究”、真空低温国防重点实验室“空间低温流体流动特性实验研究”、国家重点实验室“空间低温流体自密封加注系统研究”等，先后参与国家 级项目20多项，主持国家自然基金及国家创新基金等6项、甘肃省创新基金4项、甘肃省自然基金等项目4项，与企业合作4项等；主持申报发明专利46项，发表论文30多篇，出版学术专著3部等；带领创新创业团队获得省级二等以上奖励54人次，厅级以上奖励80多人次，2013年入选江苏省启东市“东疆英才扶持计划”，2014年入选“国家创新人才推进计划”，2016年入选国家“特殊人才支持计划”。
目录第1章 绪论
1.1 低温系列过程控制装备 / 001
1.1.1 -70～-197℃超低温系列阀门 / 001
1.1.2 超低温多相流过程控制及制冷装备 / 001
1.1.3 超低温过程控制阀门核心 / 002
1.2 主要应用领域 / 003
1.3 低温过程控制阀门 / 004
1.3.1 -162℃低温系列阀门及过程控制装备 / 004
1.3.2 -70～-197℃低温系列阀门 / 005
1.3.3 -70～-197℃低温过程控制装备 / 005
1.4 LNG 低温过程控制阀门分类说明 / 007
1.4.1 LNG 蝶阀 / 007
1.4.2 LNG 球阀 / 007
1.4.3 LNG 闸阀 / 007
1.4.4 LNG 截止阀 / 008
1.4.5 LNG 减压阀 / 008
1.4.6 LNG 节流阀 / 009
1.4.7 LNG 安全阀 / 009
1.4.8 LNG 止回阀 / 010
1.4.9 LNG 针阀 / 010
1.4.10 LNG 呼吸阀 / 011
1.4.11 LNG 温控阀 / 011
1.4.12 LNG 疏气阀 / 012
参考文献 / 012
第2章 LNG 蝶阀设计计算
2.1 概述 / 014
2.1.1 背景 / 014
2.1.2 低温阀门 / 015
2.1.3 LNG 蝶阀发展趋势 / 015
2.1.4 设计依据的标准及主要设计参数 / 015
2.2 LNG 蝶阀结构的初步设计 / 016
2.2.1 压力升值计算 / 016
2.2.2 阀体壁厚设计 / 016
2.2.3 阀体的选材 / 016
2.2.4 阀体的结构 / 017
2.2.5 阀体设计条件 / 017
2.2.6 阀体壁厚设计计算 / 017
2.3 阀座的初步设计 / 018
2.3.1 密封蝶阀阀座密封的常规设计 / 018
2.3.2 蝶阀阀座的选材 / 018
2.3.3 阀座的结构 / 019
2.3.4 阀座设计条件 / 019
2.3.5 密封蝶阀阀座密封设计计算 / 019
2.4 阀杆的初步设计 / 020
2.4.1 LNG 蝶阀阀杆的常规设计 / 020
2.4.2 阀杆的选材 / 022
2.4.3 阀杆的结构 / 022
2.4.4 阀杆设计条件 / 022
2.4.5 LNG 阀杆设计计算 / 023
2.5 蝶板的初步设计 / 024
2.5.1 蝶板厚度的常规设计 / 024
2.5.2 LNG 蝶阀蝶板的选材 / 024
2.5.3 蝶板的结构 / 025
2.5.4 蝶阀蝶板厚度设计条件 / 025
2.5.5 密封蝶阀阀座密封设计计算 / 025
2.5.6 蝶板强度校核（A—A 断面） / 026
2.5.7 蝶板强度校核设计条件 / 026
2.5.8 蝶板强度校核计算 / 027
2.6 蝶阀支架的初步设计 / 027
2.6.1 蝶阀支架的常规设计 / 027
2.6.2 LNG 蝶阀支架的用途 / 028
2.6.3 蝶阀支架的结构 / 028
2.6.4 蝶阀支架安装的要求 / 028
2.6.5 蝶阀支架安装的应注意事项 / 029
2.6.6 蝶阀支架强度校核设计条件 / 029
2.6.7 蝶阀支架强度校核计算 / 029
2.7 可压缩流体流经蝶阀的流量系数的设计计算 / 030
2.7.1 确定流量系数的方法 / 030
2.7.2 可压缩流体通过蝶阀的流量系数的计算 / 031
2.7.3 计算实例 / 033
2.7.4 蝶阀的泄漏率的计算 / 034
2.7.5 漏孔直径与流率计算 / 035
2.7.6 漏率设定与漏率换算 / 036
2.8 圆锥销 / 036
2.8.1 斜度 / 036
2.8.2 锥度 / 036
2.9 填料的初步设计 / 037
2.9.1 填料的常规设计 / 038
2.9.2 LNG 蝶阀填料的选材 / 040
2.9.3 LNG 蝶阀填料的结构 / 040
2.9.4 填料强度校核设计条件 / 040
2.9.5 填料强度校核计算 / 041
2.10 传热计算 / 042
2.10.1 传热机理的设计计算 / 042
2.10.2 保冷层的设计计算 / 044
2.10.3 蝶阀小泄放面积计算 / 045
2.10.4 爆破片的设计计算 / 046
2.10.5 测温装置的选型 / 047
2.10.6 液位测量装置的选型 / 047
2.10.7 滴水盘的安装位置 / 047
2.11 设计结果汇总 / 048
参考文献 / 049
第3章 LNG 球阀设计计算
3.1 概述 / 050
3.1.1 国内外研究现状 / 050
3.1.2 主要内容、方法 / 051
3.2 阀体设计与计算 / 051
3.2.1 阀体的功能 / 051
3.2.2 确定球阀结构 / 051
3.2.3 确定阀体设计材料 / 052
3.2.4 内径的确定 / 052
3.2.5 小壁厚的确定 / 053
3.2.6 球体的直径确定 / 054
3.2.7 球体与阀座之间密封比压的确定 / 054
3.2.8 弹簧设计计算 / 055
3.2.9 比压的计算 / 056
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