軸流式止回閥在LNG接收站中的應用

    由于具有節能、降噪、低流阻、防水錘、開關迅速等特點，軸流式止回閥被廣泛應用于油氣集輸管線上，而該類型閥門在LNG接收站中的應用鮮有報道。實際上，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接收站的設計過程中，在充分考慮工藝技術先進、可靠、安全、穩定等特點的同時，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

    1.1 軸流式止回閥的結構形式

    軸流式止回閥結構簡單，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     

    軸流式止回閥通過閥門進口端與出口端的壓力差來決定閥瓣的開啟和關閉。當進口端的壓力大與出口端的壓力循環展開彈簧力的總和時，閥瓣開啟；當出口端壓力與彈簧彈力的總和大于進口端壓力差時，閥瓣關閉。閥門開啟和關閉狀態結構如圖2和圖3所示。

圖2 閥門開啟狀態內部結構圖

圖3 閥門關閉狀態內部結構圖

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    1.2 軸流式止回閥的結構特點

    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板往往存在閥板不能完全打開的現象，從而造成流體流動不穩定、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結構和過流表面的流線型設計，使得它與傳統結構的止回閥相比具有不可比擬的優點，主要如下：

    （1）啟閉迅速：軸流式止回閥閥瓣行程短，流線型結構設計阻力小，可以實現快速關閉。

    （2）無噪音：閥瓣的開啟與關閉處于動態平衡系統中，閥門運行平衡，關閉瞬間倒流速度小，彈簧復位使得閥門啟閉無撞擊，降低噪音和水錘效應。

    （3）密封性能優良：閥瓣的質量較輕，輕質量、低慣性的閥瓣經過短行程關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：流經軸流式止回閥的流體只須克服彈簧力就可將閥門全部打開，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流式結構及過流表面的流線型流道可保證流體處于層流狀態，從而使得閥門的流阻系數小，節省能源。

    （6）安裝靈活：與同尺寸其他形式止回閥相比，軸流式止回閥長度短、質量輕，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船舶運輸而來的LNG，通過儲存、加壓、氣化等將天然氣通過輸氣管線或直接將LNG通過槽車輸送到下游用戶，它主要包括卸料系統、儲存系統、蒸發氣處理系統、LNG加壓及氣化系統、天然氣外輸及計量系統、燃料氣系統、槽車裝車系統、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行業的該類型閥門全部依賴進口，價格相對昂貴，只有在部分關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、反復、迅速地變化，壓力的沖擊將使管壁受力而產生噪聲，猶如錘子敲擊管子一般，稱為“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，管壁受力超過正常允許范圍，從而造成管道及相關設施的破壞，容易發生泄露、火災等安全事故。

    軸流式止回閥啟閉迅速，閥瓣行程短，彈簧復位時閥瓣對閥體和閥座無撞擊，過流表面的流線型設計等特點可有效降低“水錘效應”。

    （2）開關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日連續操作工況進行設計的，接收站必須滿足對城市管網不間斷供氣的要求（除不可抗拒力意外），但是根據站內各個系統的功能特點以及工程所在地的市場情況，部分系統在運營過程中不是連續運行的。間歇操作系統中閥門的突然關閉或打開，很容易使得后續流體在慣性作用下產生水錘。因此，在LNG接收站設計止回閥選型時，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，閥門突然關閉或者開啟時閥門前后瞬時壓差更大。管路的壓力越高，閥門忽然關閉時流體慣性越大，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，間高壓系統考慮采用軸流式止回閥。

    （4）泵出口管線

    止回閥的主要作用是防止介質倒流引起泵及驅動電動機反轉，因此，在LNG接收站設計過程中，LNG輸送泵的出口考慮采用軸流式止回閥。

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    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： 管路系統是否易產生“水錘效應”，以中海油某個接收站為案例，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現狀

    應用于LNG接收站的軸流式止回閥，不但在性能上滿足常溫閥門的優良特性，而且閥體及零部件的機械性能、強度和剛度等也必須滿足在－196℃ 工況下安全運行的要求。

    目前應用于LNG行業的低溫軸流式止回閥的制造技術主要集中在國外，如英國的GOODWININTERNATIONALLTd. 、韓國的S＆SVALVECO.LIMTED和法國的MalbranqueSAS等，這些公司的產品在國內外LNG行業均具有良好的應用業績，閥門的設計、制造、檢驗、試驗等均采用歐標或美標。

    經過多年的研究和實踐，國內廠家在軸流式止回閥的設計、制造、檢驗、實驗等方面已經積累了成熟經驗，部分廠家已經成功制造出該類型的閥門，如蘇州紐威閥門有限公司、自貢高壓閥門有限公司等，但上述廠家的該類型閥門應用于常溫管路系統中的業績較多，在LNG行業到目前為止沒有應用案例。

    4 結術語

    隨著中石油、中石化以及中海油等能源公司對LNG 行業的介入，中國的LNG接收站建設越來越多，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越大，進口閥門不但價格昂貴、運輸和售后服務繁瑣，合同執行過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化勢在必行。