Введение
Криогенные клапаны - это специализированные клапаны, предназначенные для надежной работы при чрезвычайно низких температурах, обычно ниже -150°C (-238°F). Они необходимы на заводах по производству сжиженного природного газа (СПГ), установках разделения воздуха (ASU), производящих жидкий кислород, азот и аргон, и в других отраслях криогенной переработки.Экстремальный холод создает уникальные проблемы для материалов, уплотнений и работы клапанов, которые требуют специальных конструктивных соображений. В этой статье рассматриваются основные принципы проектирования и применения криогенных клапанов.
1. Выбор криогенного материала
Стандартная углеродистая сталь становится хрупкой при низких температурах, что делает ее непригодной для криогенной эксплуатации.Криогенные клапаны используют специально подобранные материалы, сохраняющие вязкость при экстремально низких температурах:
- LCB (ASTM A352): низкотемпературная углеродистая сталь, подходящая для -46°C.
- LC3 (ASTM A352): 3,5% никелевая сталь, подходит для -101°C. Общие для этилена и пропилена.
- LC9 (ASTM A352): 9% никелевая сталь, подходит для -196°C. Используется для сжиженного природного газа и жидкого азота.
- CF8 / CF8M (ASTM A351): отливки из аустенитной нержавеющей стали, подходящие для -254°C. Наиболее распространенный материал для криогенных клапанов.
- Кованая аустенитная нержавеющая сталь (F304/F316, ASTM A182): используется для штоков, внутренних деталей и небольших кованых клапанов.
Материалы должны быть испытаны на ударную вязкость в соответствии с ASTM A370 при минимальной расчетной температуре металла (MDMT) или ниже, чтобы проверить надлежащую вязкость по Шарпи с V-образным надрезом.
2.Расширенная конструкция крышки
Определяющей особенностью криогенных клапанов является удлиненная конструкция крышки (или удлиненного штока). Крышка выполнена удлиненной для поднятия уплотнения штока в сторону от холодной технологической среды, позволяя сформировать в полости крышки столб теплого газа.
Это удерживает уплотнение штока выше минимальной рабочей температуры, предотвращая охрупчивание и утечку уплотнения; предотвращает образование льда вокруг сальника и рабочего механизма; и защищает привод или маховик от сильного холода.
Длина расширения крышки определяется размером клапана, рабочей температурой и требованиями к изоляции. Для работы на СПГ при -162° C, удлинители 300–600 мм являются общими.Крышка обычно ориентирована вертикально вверх, чтобы колонна теплого газа функционировала должным образом.
3. Требования к очистке и обезжириванию
Криогенные клапаны для работы с кислородом и СПГ требуют строгой очистки и обезжиривания. Загрязнение масла, смазки и углеводородов при работе с кислородом может привести к сильному воспламенению или взрыву при контакте с кислородом высокого давления.Даже при эксплуатации СПГ загрязнение может вызвать замерзание и проблемы с эксплуатацией.
Процедуры очистки обычно включают: обезжиривание растворителем с утвержденными растворителями; ультразвуковую очистку внутренних проходов; и сушку безмасляным азотом или чистым воздухом. Очищенные клапаны герметизируются глухими фланцами или крышками и маркируются в соответствии с отраслевыми стандартами (например, CGA G-4.1 для работы с кислородом).Все последующие погрузочно-разгрузочные работы и сборка должны поддерживать чистоту.
4. Стандарты испытаний (BS 6364)
BS 6364, Технические условия на клапаны для криогенной эксплуатации, является основным международным стандартом для испытаний криогенных клапанов. Основные требования к испытаниям включают:
Испытаниекриогенного седла на утечку:Клапан охлаждается до минимальной рабочей температуры (обычно -196°C с использованием жидкого азота), а утечка из седла измеряется при заданных перепадах давлений.
Криогенное рабочее испытание: клапан циклически проверяется при криогенной температуре, чтобы убедиться, что он открывается и закрывается должным образом и что рабочий крутящий момент остается в допустимых пределах.
Отопление и осмотр:После криогенного испытания клапан нагревается до комнатной температуры и повторно испытывается на герметичность корпуса и утечку из седла, чтобы убедиться, что термоциклирование не повредило клапан.
5. Приложения и аспекты обслуживания
Криогенные клапаны используются в нескольких критически важных отраслях промышленности: на заводах СПГ используются задвижки, шаровые, обратные и шаровые краны для сжижения, хранения и транспортировки при -162° C; воздухоразделительные установкипроизводят жидкий кислород (-183°C), жидкий азот (-196°C) и жидкий аргон (-186°C); этиленовые и нефтехимические заводы используют криогенные клапаны в процессах низкотемпературной сепарации.
Основные аспекты обслуживания включают: термическое сжатие компонентов трубопроводов и клапанов; предотвращение попадания влаги, которая может замерзнуть и заблокировать работу; выбор упаковочных материалов, совместимых с криогенными температурами; и пожаробезопасную конструкцию, где это применимо. Правильная установка, включая правильную ориентацию крышки, надлежащую изоляцию и защиту от влаги, имеет важное значение для надежной работы криогенного клапана.