介紹了液化天然氣槽車(chē)用緊急切斷閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理和動(dòng)作特性，探討了易熔合金熔化溫度的選擇。

1、概述

　　液化天然氣(LNG) 作為管道天然氣的有益補(bǔ)充，在優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和治理環(huán)境方面都發(fā)揮著重要作用，并有助于我國(guó)實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)的多元化，從而促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著LNG產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，國(guó)內(nèi)大量LNG衛(wèi)星站和加氣站建成投運(yùn)，在LNG從接收站和液化廠到達(dá)LNG衛(wèi)星站、加氣站等中小型用戶環(huán)節(jié)中，LNG槽車(chē)運(yùn)輸是目前最廣泛且唯一的陸運(yùn)方式。緊急切斷閥作為L(zhǎng)NG 槽車(chē)裝卸料過(guò)程中的重要安全保護(hù)元件，真空技術(shù)網(wǎng)(http://smsksx.com/)認(rèn)為其功能影響到LNG槽車(chē)的安全。

2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　LNG 槽車(chē)用緊急切斷閥主要由截止閥和氣動(dòng)裝置兩部分組成( 圖1) 。

　　(1) 非金屬密封結(jié)構(gòu)

　　由于緊急切斷閥在事故狀態(tài)下進(jìn)行緊急切斷，為保證閥門(mén)密封良好，徹底將介質(zhì)隔離，閥瓣上鑲有PCTFE 非金屬密封圈，通過(guò)壓板及ISO 7042 型全金屬自鎖螺母緊固。閥瓣與PCTFE 非金屬密封圈接觸的表面車(chē)有同心圓的溝槽，實(shí)現(xiàn)迷宮功能，確保該部位的密封。

　　(2) 閥瓣導(dǎo)向

　　閥瓣的外圓和閥體的中腔均進(jìn)行機(jī)加工，并采用基孔制H11/d11 配合，以利于閥瓣導(dǎo)向，確保閥瓣在運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)傾斜或翹起，從而避免由于閥座不均勻磨損而引起的泄漏。

　　(3) 閥桿導(dǎo)向

　　緊急切斷閥的閥桿加長(zhǎng)，以使填料遠(yuǎn)離低溫冷媒介質(zhì)，保證填料處于0℃ 以上，確保填料密封可靠。加長(zhǎng)后的閥桿屬于細(xì)長(zhǎng)軸，因此閥桿下端需要徑向支撐。在閥蓋內(nèi)壓入與閥蓋過(guò)盈配合用HPb59 -1材料制成的導(dǎo)向套，導(dǎo)向套壓入后在導(dǎo)向套與閥蓋接合線靠近閥蓋的一側(cè)打沖眼，以利于導(dǎo)向套限位，防止導(dǎo)向套軸向竄動(dòng)。導(dǎo)向套既可以起到對(duì)閥桿的導(dǎo)向作用，又可以起到對(duì)閥桿的支撐作用，避免在極端條件下，造成閥桿彎曲。此外，導(dǎo)向套也防止在閥桿上產(chǎn)生側(cè)面推力。

　　(4) 中法蘭連接螺栓防松

　　由于LNG槽車(chē)在運(yùn)輸過(guò)程中不可避免發(fā)生振動(dòng)，并且在裝卸料過(guò)程中閥門(mén)要承受交變溫度變化，從而引起螺栓的松弛，進(jìn)而影響中法蘭墊片的密封。為避免螺栓松弛，在螺栓與中法蘭接觸面位置配置了JB/ZQ 4342 型雙面滾花碟形墊圈，有效防止了螺栓產(chǎn)生松弛現(xiàn)象，確保中法蘭墊片密封可靠。

　　(5) 閥桿雙重密封

　　閥桿密封的填料函中裝有PTFE 填料，填料壓套外圓及內(nèi)孔各加工兩道溝槽，溝槽中分別裝有O形圈，使之與填料函孔及閥桿外圓相密封，從而實(shí)現(xiàn)PTFE + 橡膠O形圈的雙重填料密封效果，確保填料部位不發(fā)生外漏。

圖1 LNG槽車(chē)緊急切斷閥

　　(6) 活載荷填料

　　由于閥門(mén)頻繁啟閉，填料在閥門(mén)啟閉過(guò)程中不可避免的產(chǎn)生磨損，影響填料的密封性能，為避免這一情況的發(fā)生，填料壓套上設(shè)有螺旋圓柱彈簧。通過(guò)壓蓋螺母壓緊彈簧，使彈簧貯存彈性能，當(dāng)填料體積發(fā)生損失，如摩擦、壓實(shí)等損耗，以及填料松弛、振動(dòng)、不同熱膨脹等引起的填料與閥桿接觸力的跌落，彈性能可以彌補(bǔ)填料應(yīng)力的松弛，使填料在閥門(mén)運(yùn)行期間保護(hù)密封，從而延長(zhǎng)填料的使用壽命。

　　(7) 易熔塞

　　氣缸上設(shè)有易熔塞(圖2) ，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到易熔塞的設(shè)定溫度時(shí)易熔塞熔化，放出氣缸中氣體。在彈簧力的作用下，氣缸活塞帶動(dòng)閥桿及閥瓣將閥門(mén)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)緊急切斷功能。易熔塞是一種熱啟動(dòng)的卸壓裝置，能防止由于過(guò)高的熱量而引起的超壓。易熔塞由塞體和易熔合金( 伍德合金，表1) 組成。為防止在空氣壓力作用下易熔合金被擠出，將塞體內(nèi)孔設(shè)計(jì)為從受壓端開(kāi)始一系列孔徑逐漸減小的階梯形孔。易熔合金由鉍、鉛、錫、鎘4 種金屬組成。按不同質(zhì)量百分比組成時(shí)，可實(shí)現(xiàn)不同的熔化溫度(表1) 。易熔合金組成的4 種金屬純度要求較高，其中鉍的純度不小于99.95%，鉍中雜質(zhì)含量應(yīng)符合表2 的規(guī)定，鉛的純度不低于99. 94%，錫的純度不低于99.90%，鎘的純度不低于99.95%。

圖2 易熔塞

表1 易熔合金Wt%

表2 鉍中雜質(zhì)含量Wt%

　　(8) 手動(dòng)功能

　　氣缸設(shè)有手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，在沒(méi)有氣源的情況下，可手動(dòng)實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的啟閉。

3、工作原理

　　氣缸充入0.4 ～0.7MPa 氣壓時(shí)，活塞上升帶動(dòng)閥桿開(kāi)啟閥門(mén)。關(guān)閉閥門(mén)時(shí)，將氣缸內(nèi)的氣體排空，活塞在彈簧力作用下帶動(dòng)閥桿與閥瓣向下運(yùn)動(dòng)，密封件壓緊閥座，閥門(mén)關(guān)閉。氣動(dòng)操作時(shí)，當(dāng)閥門(mén)的周?chē)�環(huán)境溫度達(dá)到易熔合金熔化溫度( 70 ± 5℃) 時(shí)，易熔塞內(nèi)部的易熔合金就會(huì)熔化，氣缸內(nèi)的空氣會(huì)自動(dòng)排空，活塞在復(fù)位彈簧力及閥桿、閥瓣組件重力的作用下，帶動(dòng)閥桿及閥瓣將閥門(mén)關(guān)閉。當(dāng)沒(méi)有氣源時(shí)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪帶動(dòng)閥桿及閥瓣向上運(yùn)動(dòng)，可手動(dòng)開(kāi)啟閥門(mén)，反之操作，則實(shí)現(xiàn)手動(dòng)關(guān)閉閥門(mén)。

4、動(dòng)作特征

　　(1) 超溫關(guān)閉

　　當(dāng)易熔塞在設(shè)定溫度下熔化時(shí)，緊急切斷閥實(shí)現(xiàn)超溫關(guān)閉、緊急切斷的特性。

　　現(xiàn)有的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定易熔塞在環(huán)境溫度達(dá)到70 ± 5℃時(shí)，應(yīng)能熔化，該數(shù)據(jù)來(lái)源于日本JLPA NO.6:1977 最后草案的規(guī)定，該標(biāo)準(zhǔn)已被JLPA 206:2000 代替。在JLPA 206 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，易熔合金的熔化溫度應(yīng)不超過(guò)110℃，并且JLPANO.6 及JLPA 206 規(guī)定僅適用于LPG 裝置。美國(guó)NFPA 59A 標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于LNG 槽車(chē)的技術(shù)要求則規(guī)定按照NFPA 58 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定易熔合金的熔化溫度應(yīng)不超過(guò)121℃。建議國(guó)內(nèi)各相關(guān)制造企業(yè)及標(biāo)準(zhǔn)化管理部門(mén)應(yīng)研究我國(guó)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是否按照J(rèn)LPA 206 或NFPA 58 提高切斷溫度的可行性，從而確保LNG 槽車(chē)裝卸料過(guò)程的安全可靠。

　　(2) 緊急切斷時(shí)間

　　由于氣動(dòng)裝置的活塞上設(shè)有彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)緊急關(guān)閉閥門(mén)、切斷介質(zhì)流道的特性，其切斷時(shí)間小于10s。

　　(3) 防自然關(guān)閉

　　LNG 槽車(chē)在裝卸料過(guò)程中，需連續(xù)運(yùn)行48h，此時(shí)緊急切斷閥處于全開(kāi)位置。非事故狀態(tài)下，閥門(mén)不允許自然關(guān)閉。因此閥門(mén)在全開(kāi)狀態(tài)下進(jìn)行裝卸時(shí)不能自然關(guān)閉，以保證LNG槽車(chē)的正常裝卸料。

　　(4) 耐振動(dòng)

　　LNG 槽車(chē)在公路上運(yùn)輸，由于公路路線長(zhǎng)，路況復(fù)雜，LNG槽車(chē)在行駛過(guò)程中必然會(huì)受到振動(dòng)，因此要求緊急切斷閥必須具有耐振動(dòng)功能。閥門(mén)應(yīng)按GB/T 22653-2008 的規(guī)定通過(guò)振動(dòng)型式試驗(yàn)。

5、結(jié)語(yǔ)

　　緊急切斷閥是LNG 槽車(chē)裝卸料過(guò)程中的重要安全附件。在非裝卸料時(shí)，閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)。在裝卸料時(shí)，閥門(mén)開(kāi)啟。裝卸料過(guò)程中，非事故狀態(tài)下，閥門(mén)不能自然關(guān)閉。當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到易熔合金設(shè)定切斷溫度范圍內(nèi)時(shí)，緊急切斷閥應(yīng)迅速關(guān)閉，切斷介質(zhì)，確保LNG 槽車(chē)在裝卸料過(guò)程中的安全。由于易熔合金的設(shè)定切斷溫度與閥門(mén)性能相關(guān)，建議國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)及有關(guān)技術(shù)監(jiān)督部門(mén)應(yīng)研究是否參照國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂。