上海申弘閥門有限公司
液化天然氣閥門的材料非常重要，材質(zhì)不合格，會造成殼體及密封面的外漏或內(nèi)漏；零部件的綜合機械性能、強度和鋼度滿足不了使用要求甚至斷裂。導(dǎo)致液化天然氣介質(zhì)泄漏引起爆炸。因此，在開發(fā)、設(shè)計、研制液化天然氣閥門的過程中，材質(zhì)是首要關(guān)鍵的問題。 安全閥是一種根據(jù)介質(zhì)工作壓力而自動啟閉、起安全保護(hù)作用的閥門，是非常重要的安全附件，廣泛地用在各種壓力容器和管道系統(tǒng)上。隨著我國液化天然氣工業(yè)的迅速發(fā)展，低溫安全閥在天然氣液化工廠中的應(yīng)用也越來越多。正確安裝和使用低溫安全閥，對保護(hù)天然氣液化工廠的設(shè)備和工作人員起到至關(guān)重要的作用。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。
安全閥的工作原理是：當(dāng)容器內(nèi)壓力超過某一定值時，依靠介質(zhì)自身的壓力自動開啟閥門，迅速排出一定數(shù)量的介質(zhì)；當(dāng)承壓設(shè)備內(nèi)的壓力降到允許值時，安全閥又自動關(guān)閉，使設(shè)備內(nèi)壓力始終低于允許壓力的上限，自動防止因超壓而可能出現(xiàn)的事故。
安全閥的基本要求是準(zhǔn)確地開啟、適時地全開、穩(wěn)定地排放、良好地回座和可靠的密封[1]。 1 天然氣液化工廠低溫安全閥的選用
天然氣液化工廠一般選用封閉彈簧式安全閥，將排放管導(dǎo)入回收容器或?qū)牖鹁妫悦獍l(fā)生事故。在選用安全閥時要求安全閥的排放能力必須大于等于壓力容器的安全泄放量。
1.1 低溫容器安全泄放量的計算
LNG為易燃易爆液化氣體，0.1MPa下溫度約為-162℃，不論是管線還是儲罐都帶有完善的絕熱保溫層。安全泄放量計算公式為由于LNG的低溫以及易燃易爆特性，天然氣液化工廠在選用低溫安全閥時不僅要比較W’與WS的大小，還要注意安全閥的材料耐低溫性能及較高的密封性能，然后參照安全閥樣本和其他資料，選用適當(dāng)?shù)陌踩y。
2 天然氣液化工廠中低溫安全閥的安裝
天然氣液化工廠中有很多易燃易爆介質(zhì)，如甲烷、丙烷等，還有就是低溫液體，如液化天然氣、液氮、乙烯等。因此天然氣液化工廠安裝低溫安全閥是至關(guān)重要的。然而在實際應(yīng)用中由于場地限制，布管不合理等因素的影響，造成安全閥不能正確安裝，安全閥安裝的位置、方式不適當(dāng)，會失去其應(yīng)有的作用，將會導(dǎo)致意外事故的發(fā)生。彈簧安全閥應(yīng)直接安裝在容器上。當(dāng)安全閥不能裝在容器上而必須裝在其出口管上時，連接管的截面積必須大于安全閥的進(jìn)口截面積；一般安全閥前不允許安裝閥門，但經(jīng)使用單位主管壓力容器安全的技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)，并制定可靠的防范措施，方可在安全閥與壓力容器之間裝設(shè)截止閥[3]。
經(jīng)過多年制造，已積累了豐富的經(jīng)驗，從設(shè)計、工藝到制造日趨成熟，并已開發(fā)形成了低溫閥門的系列產(chǎn)品。主要用于乙烯，液化天然氣裝置，天然氣LPG LNG儲罐，接受基地及衛(wèi)星站，空分設(shè)備，石油化工尾氣分離設(shè)備，液氧、液氮、液氬、二氧化碳低溫貯槽及槽車、變壓吸附制氧等裝置上。輸出的液態(tài)低溫介質(zhì)如乙烯、液氧、液氫、液化天然氣、液化石油產(chǎn)品等，不但易燃易爆，而且在升溫時要氣化，氣化時，體積膨脹數(shù)百倍。 四川天一科技股份有限公司是經(jīng)國家經(jīng)貿(mào)委批準(zhǔn)，以西南化工研究設(shè)計院（原化工部西南化工研究設(shè)計院）為主要發(fā)起單位，聯(lián)合浙江芳華日化集團(tuán)公司，中化化工科學(xué)技術(shù)研究總院(原化學(xué)工業(yè)部科學(xué)技術(shù)研究總院)，化學(xué)工業(yè)部晨光化工研究院（成都），中橡集團(tuán)炭黑工業(yè)研究設(shè)計院（原化工部炭黑工業(yè)研究設(shè)計院），共同發(fā)起設(shè)立的股份制有限公司。1999年1月，經(jīng)科技部和中科院評審認(rèn)定為高科技企業(yè)。同年8月在四川成都*產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)進(jìn)行工商登記注冊。四川天一科技股份有限公司是經(jīng)國家經(jīng)貿(mào)委批準(zhǔn)，以西南化工研究設(shè)計院（原化工部西南化工研究設(shè)計院）為主要發(fā)起單位，聯(lián)合浙江芳華日化集團(tuán)公司，中化化工科學(xué)技術(shù)研究總院(原化學(xué)工業(yè)部科學(xué)技術(shù)研究總院)，化學(xué)工業(yè)部晨光化工研究院（成都），中橡集團(tuán)炭黑工業(yè)研究設(shè)計院（原化工部炭黑工業(yè)研究設(shè)計院），共同發(fā)起設(shè)立的股份制有限公司。1999年1月，經(jīng)科技部和中科院評審認(rèn)定為高科技企業(yè)。同年8月在四川成都*產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)進(jìn)行工商登記注冊。公司經(jīng)營范圍：催化劑，變壓吸附氣體分離技術(shù)及裝置，特種氣體，有機化工產(chǎn)品，特種閥門，吸附劑等的研制、生產(chǎn)、銷售，化工產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計與技術(shù)咨詢。經(jīng)營本企業(yè)自產(chǎn)產(chǎn)品及技術(shù)的出口業(yè)務(wù)；經(jīng)營本企業(yè)生產(chǎn)所需的原輔材料、儀器儀表、機械設(shè)備、零配件及技術(shù)的進(jìn)出口業(yè)務(wù)（國家限定公司經(jīng)營和國家禁止進(jìn)出口商品及技術(shù)除外）。
1.焦?fàn)t氣制天然氣主要工藝流程：
1）焦?fàn)t氣制加壓天然氣(CNG)的示意流程圖如圖1所示。
2）焦?fàn)t氣制液化天然氣（LNG）的示意流程圖如圖2所示。
本公司和西南化工研究設(shè)計院共同開發(fā)出利用焦?fàn)t氣合成天然氣的新技術(shù)，擁有焦?fàn)t氣合成天然氣甲烷化反應(yīng)工藝技術(shù)的國家申請。該技術(shù)工藝過程主要有焦?fàn)t氣凈化、甲烷化、分離、加壓 、深冷液化等幾個部分。
本公司針對焦?fàn)t煤氣的雜質(zhì)組成進(jìn)行了充分研究, 開發(fā)了一種焦?fàn)t煤氣雜質(zhì)凈化的全干法TSA凈化工藝，采用凈化吸附劑，提出的“焦?fàn)t煤氣干法凈化變溫吸附工藝” 發(fā)明，結(jié)合焦?fàn)t氣中有機硫含量，采用相應(yīng)的脫硫技術(shù)可使焦?fàn)t氣經(jīng)凈化后總硫達(dá)到0.1ppm滿足甲烷化轉(zhuǎn)化的要求。采用“焦?fàn)t氣干法凈化變溫吸附工藝”對焦?fàn)t氣進(jìn)行凈化處理的裝置有多套工業(yè)裝置。典型的運用實例有山西三維等多家焦化企業(yè)。這些項目均采用了天科股份的焦?fàn)t氣凈化工藝，取得了良好效果，實踐證實該技術(shù)是可靠的。
2.對甲烷化工藝和技術(shù)的分析研究和開發(fā)
（1）基礎(chǔ)研究和工業(yè)化放大
焦?fàn)t氣制天然氣的反應(yīng)核心是CO、CO2加氫的甲烷化反應(yīng)，凈化后的焦?fàn)t氣中的CO、CO2含量大多在7～11%，通過甲烷化反應(yīng)可將 CO、CO2降低到一定的程度，并分離掉多余的氫，可以進(jìn)一步根據(jù)需要，分別通過加壓制得壓縮天然氣（CNG）或深冷液化分離得到液化天然氣（LNG）。西南化工研究設(shè)計院自2006年以來，針對焦?fàn)t氣不同的的組成，在甲烷化催化劑和一定的操作條件進(jìn)行了實驗。模式裝置放大的基礎(chǔ)上，2009年又進(jìn)行中試，整個甲烷化反應(yīng)過程表明CO和CO2的甲烷化轉(zhuǎn)化都達(dá)到了相當(dāng)高的轉(zhuǎn)化率，證實了所選用的催化劑在該操作條件下的適用性，其結(jié)果達(dá)到了理想的效果，該技術(shù)2010年通過了四川省科技廳組織的科學(xué)鑒定和中國化工昊華集團(tuán)的評定。天科股份下屬的工程公司具有對研究成果開發(fā)放大，將科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的豐富的經(jīng)驗和能力，在該項技術(shù)中試基礎(chǔ)上完成全過程流程模擬計算等，具備了工業(yè)化裝置建設(shè)的條件?，F(xiàn)已完成山西、山東、河北、貴州等省多個焦?fàn)t氣制天然氣項目的可行性研究報告，個別項目已全面開展工程設(shè)計。工程公司多年來成功將西南化工研究設(shè)計院及國內(nèi)其他科研院所的科研成果例如PSA分離、二甲醚、甲醇、聚苯硫醚、甲醇裂解制氫、粗苯精制技術(shù)等幾十項科研成果成功推向市場，其成果在市場上占有率較高。
2.1 避免低溫安全閥安裝位置過低
在建設(shè)過程中，由于前期設(shè)計、布管的不合理使得安全閥出口管線低于火炬放空管線。這就有可能在使用的過程中發(fā)生出口管線有積液，管線阻力大，安全閥排放時的背壓增大，LNG管線或者冷劑儲罐等泄壓不及時，很容易發(fā)生事故。
簡單易行又經(jīng)濟的辦法就是，先將安全閥切割下來，加一根同管徑帶保溫層的豎管，高度使安全閥高于或等于火炬
放空管線的高度，此外應(yīng)保證豎管垂直，若豎管較長要用一平臺固定。
2.2 安全閥泄壓時，有傷及工作人員的可能
有些天然氣液化工廠，在設(shè)計時設(shè)備間間距選取不合理，造成一些天然氣管線或冷劑管線上的安全閥安裝位置較低或者靠近廠區(qū)走廊，當(dāng)管線或壓力容器壓力過高，安全閥起跳時若出現(xiàn)故障就會有傷及工作人員的可能。
解決辦法：
① 可以改動安全閥位置；
② 可設(shè)置警示標(biāo)志或標(biāo)語提醒工作人員注意安全；
③ 廠區(qū)工作人員應(yīng)該做好自我保護(hù)措施，如戴安全帽，穿特制工作服等。
2.3 避免安全閥排放管線曲折
一般說來，安全閥排放管應(yīng)盡量避免過多彎曲、急轉(zhuǎn)彎，以減小阻力。排放管的直徑應(yīng)不小于安全閥的出口直徑，排放管應(yīng)適當(dāng)支承，以免對安全閥產(chǎn)生過大的附加應(yīng)力或引起振動。
3 天然氣液化工廠中低溫安全閥常見故障
天然氣液化工廠中的液化天然氣以及很多低溫冷劑，即使有保溫層的情況下，在常溫下也會很快汽化，這就要求低溫安全閥具有較好的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和密封性，可以適時的泄壓，保證LNG管線、LNG儲罐、以及冷劑等低溫儲罐的安全。
低溫安全閥使用過程中出現(xiàn)的故障、原因分析及解決方法見表1
（2）甲烷化催化劑的成果
甲烷化催化劑具有如下特點：
（a）甲烷化反應(yīng)溫度為250℃～600℃；
（b）高溫下不易結(jié)碳；
（c）活性高，使用壽命長；
（d）耐熱性能好，高溫下強度好；
（3）甲烷化工藝的優(yōu)勢
A 替脫碳裝置。由于制取液化天然氣（LNG）進(jìn)行的低溫分離必須把CO2脫至100×10－6，壓縮天然氣（CNG）的國家標(biāo)準(zhǔn)CO2小于3％。而通過甲烷化工藝可以達(dá)到上述要求，不需另加脫碳裝置。
B可以提高CH4產(chǎn)量。由于甲烷化把CO、CO2變成了CH4，可增加CH4的含量約1/3。
C可使分離過程簡化。焦?fàn)t氣中有H2、CO、CO2、N2、CH4、CnHm等成分，甲烷化后僅剩H2、CH4、N2三個成分，可使分離過程簡化、分離效率提高。
D可使處理氣量大大減少。增加了甲烷含量及使分離過程簡化、分離效率提高，生產(chǎn)同樣的甲烷其處理氣量僅為非甲烷化流程的一半甚至更低，減少了能耗。
（4）甲烷化過程的氣體能量損失分析
人們認(rèn)為甲烷化過程能量損失很大，其實對焦?fàn)t氣甲烷化來講，其能量損失很小。主要因為焦?fàn)t氣中需甲烷化的CO、CO2僅占10％左右。大部分氣體沒有甲烷化。根據(jù)焦?fàn)t氣的具體成分和甲烷化反應(yīng)可計算出CO和CO2在甲烷化后損失的能量占焦?fàn)t氣熱值的4.62％，損失的能量還可以產(chǎn)生蒸汽的形式回收大部分。由此可見甲烷化過程的氣體能量損失是可以忽略的。
3焦?fàn)t氣制LNG裝置開發(fā)規(guī)模和產(chǎn)品指標(biāo)：
裝置規(guī)模：LNG產(chǎn)量3000～40000Nm3/h
LNG產(chǎn)品符合以下質(zhì)量指標(biāo)：
CH4 ≥ 98%(vol)
N2 ≤ 1-2%(vol)
不含硫、不含水和CO2
副產(chǎn)品富氫氣可利用PSA工藝進(jìn)一步提取純氫，作為化工原料，也可以送焦化廠回用
總結(jié)
本文對天然氣液化廠中低溫安全閥的選用、安裝方法、使用過程中遇到的情況進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹，對天然氣液化廠中管線和壓力容器上低溫安全閥的選用與使用有一定的指導(dǎo)意義。同時在使用低溫安全閥的過程中，也不能忽視對低溫安全閥的日常保養(yǎng)和定期維護(hù)，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。與本文相關(guān)的論文有：氣體減壓閥在草珊瑚牙膏的應(yīng)用
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