- Normen und Definitionen für Kryoventile
Unterschiedliche Normen haben unterschiedliche Definitionen für Kryoventile.
(1) Die britische Ventilnorm BS6364 „Valves for Low Temperature“ gilt für den mittleren Temperaturbereich von -50 Grad ~-196 Grad;
(2) Der amerikanische Standard MSSSP-134 „Requirements for Low-temperature Valves and Their Valve Bodies/Bonnet Extensions“ erklärt niedrige Temperaturen als „für die Standardpraxis liegt der niedrige Temperaturbereich zwischen -100 Grad ~ { {4}} Grad ";
(3) Die chinesische nationale Norm GB/T 24925 „Technische Bedingungen für Kryoventile“ gilt für den mittleren Temperaturbereich von -29 Grad ~-196 Grad;
(4) Der Shell-Ventilstandard SHELL MESC SPE 77/200 „Ventile für niedrige und extrem niedrige Temperaturen“ gilt für den mittleren Temperaturbereich von -30 Grad bis -196 Grad.
(5) Entsprechend der Verflüssigungstemperatur verschiedener Gase unter Normaldruck werden diese im Allgemeinen in sechs Temperaturniveaus unterteilt.
Stufe eins ist 0~ -46 Grad
Stufe zwei ist -47~-60 Grad
Stufe drei ist -61~-70 Grad
Level 4 ist -71~-101 Grad
Level 5 ist -102~-196 Grad
Stufe 6 liegt unter -253 Grad
Im Allgemeinen werden -46~-150 Grad als niedrige Temperatur bezeichnet, und unter -150 Grad spricht man von extrem niedriger Temperatur.
Die Definition von Kryoventilen in der petrochemischen Industrie basiert auf der Auslegungstemperatur des Fördermediums. Im Allgemeinen werden Ventile, die bei einer Mediumstemperatur unter -40 Grad verwendet werden, als kryogene Ventile bezeichnet, und Ventile, die bei einer Mediumstemperatur unter -101 Grad verwendet werden, werden als Ultratieftemperaturventile bezeichnet.
- Konstruktionsmerkmale von Kryoventilen
1. Materialauswahl für Kryoventile
Das Arbeitsmedium von Kryoventilen hat nicht nur eine niedrige Temperatur, sondern größtenteils auch eine hohe Durchlässigkeit, was viele besondere Anforderungen an Ventilmaterialien stellt. Die mechanischen Eigenschaften von Stahl unterscheiden sich bei niedrigen Temperaturen von denen bei normaler Temperatur. Der wichtige Indikator für kaltzähen Stahl ist neben der Festigkeit die Kälteschlagzähigkeit. Die Tieftemperatur-Schlagzähigkeit des Materials hängt mit der Sprödübergangstemperatur des Materials zusammen. Je niedriger die Sprödübergangstemperatur des Materials ist, desto besser ist die Kälteschlagzähigkeit des Materials. Metallmaterialien mit kubisch-raumzentriertem Gitter, wie z. B. Kohlenstoffstahl, leiden unter kalter Sprödigkeit bei niedrigen Temperaturen, während Metallmaterialien mit kubisch-flächenzentriertem Gitter, wie z. B. austenitischer Edelstahl, eine Schlagzähigkeit aufweisen, die durch niedrige Temperaturen grundsätzlich nicht beeinträchtigt wird.
Die Werkstoffe für druckfeste Teile wie Kryo-Ventilkörper und Ventildeckel bestehen in der Regel aus zähen Werkstoffen mit guter Kältefestigkeit. Auch Faktoren wie Schweißbarkeit, Bearbeitungsleistung, Stabilität und Wirtschaftlichkeit müssen berücksichtigt werden. Beim Entwurf werden üblicherweise drei niedrige Temperaturniveaus verwendet: -46 Grad, -101 Grad und -196 Grad. Niedrigtemperatur-Kohlenstoffstahl wird im Allgemeinen für Tieftemperaturgüten von -46 Grad verwendet, und austenitischer Edelstahl der Serie 300 wird im Allgemeinen für Tieftemperaturgüten von -101 und -196 Grad verwendet. Dieser Edelstahl hat eine mäßige Festigkeit, eine gute Zähigkeit und eine gute Verarbeitungsleistung.
2. Strukturelle Gestaltung petrochemischer Kryoventile
(1) Strukturdesign des Ventildeckels
Ein offensichtliches Merkmal von Kryoventilen ist, dass ihre Ventildeckel im Allgemeinen eine Langhalsstruktur aufweisen. In GB/T24925 „Technische Bedingungen für kryogene Ventile“ heißt es außerdem eindeutig, dass „die Ventildeckel von kryogenen Absperrschiebern, Absperrventilen, Kugelhähnen und Absperrklappen je nach Verwendungszweck verwendet werden sollten. Die Temperaturanforderung besteht darin, a zu entwerfen.“ Ventildeckelstruktur mit langem Hals, die die Kältekonservierung erleichtert, um sicherzustellen, dass die Temperatur am Boden der Stopfbuchse über 0 Grad bleibt.“ Das Design der verlängerten Ventildeckelstruktur besteht hauptsächlich darin, den Ventilbetätigungsgriff und die Stopfbuchsstruktur von Bereichen mit niedrigen Temperaturen fernzuhalten, wodurch nicht nur Erfrierungen für Bediener durch zu niedrige Temperaturen vermieden werden können, sondern auch sichergestellt wird, dass die Stopfbuchse und der Druck gewährleistet sind Um Packungsschäden zu vermeiden, werden die Hülsen bei normalen Temperaturen verwendet. Die Dichtleistung wird reduziert und die Lebensdauer der Packung verlängert. Denn bei niedrigen Temperaturen nimmt mit sinkender Temperatur die Elastizität der Packung allmählich ab und die Dichtigkeit nimmt ab. Aufgrund einer Medienleckage frieren die Packung und der Ventilschaft ein, was die normale Funktion des Ventilschafts beeinträchtigt. Gleichzeitig bewegt sich der Ventilschaft auf und ab. Und zerkratzen Sie die Verpackung, was zu ernsthaften Undichtigkeiten führt. Daher müssen Kryoventile eine Ventildeckelstruktur mit langem Hals aufweisen. Darüber hinaus erleichtert die Langhalsstruktur auch das Einwickeln von Kälteisolationsmaterialien, um den Verlust von Kälteenergie zu verhindern. Da Tieftemperaturrohrleitungen im Allgemeinen über eine dickere Kälteisolationsschicht verfügen, erleichtert der Ventildeckel mit langem Hals den Aufbau der Kälteisolation und hält die Stopfbuchse außerhalb der Kälteisolationsschicht, was das Anziehen der Stopfbuchsenschrauben oder das Hinzufügen von Füllmaterial bei Bedarf jederzeit ohne Beschädigung erleichtert die Kälteisolationsschicht.
Bonnet-Erweiterungen sind in den Standards BS6364, MSS SP-134 und SHELL MESC SPE77/200 spezifiziert. Darunter schreibt BS6364 die erweiterten Abmessungen von 15 bis 500 Metern mit Kühlboxen vor und schreibt vor, dass die minimale erweiterte Länge von Nicht-Kühlboxen 250 mm betragen sollte; MSS SP-134 enthält die Anforderungen für die erweiterten Abmessungen von 15 bis 300 Metern mit Kühlboxen und Nicht-Kühlboxen. Im Vergleich dazu sind die erweiterten Abmessungen der Nicht-Kühlbox länger als die in BS6364 angegebenen, und die erweiterten Abmessungen der Cold-Box sind kürzer als die in BS6364 angegebenen. SHELL MESC SPE 77/200 unterscheidet nicht zwischen Kühlboxen und Nicht-Kühlboxen und schreibt die Länge von 15 bis 1200 in verschiedenen Temperaturbereichen vor.
Umfassend betrachtet verfügt SHELL MESC SPE 77/200 über eine große Auswahl an verlängerten Längen, was die Verwendung komfortabler und zuverlässiger macht. Wenn es in kritischen Niedertemperatursituationen verwendet wird, können Sie sich für die Konstruktion auf die Norm SHELL MESC SPE 77/200 oder auf die Konstruktion entsprechend den speziellen Längenanforderungen der Konstruktionseinheit beziehen. Darüber hinaus ist bei der Wahl der Länge auch zu berücksichtigen, ob die vorgesehene Dicke der Kältedämmschicht größer als diese Länge ist. In diesem Fall sollte es entsprechend der Dicke der Kälteisolationsschicht verlängert werden.
(2) Strukturelle Gestaltung der Tropfplatte
Da das Medium mit niedriger Temperatur im Ventil übertragen wird, wird eine Tropfplatte verwendet, um die Übertragung der Mediumstemperatur auf den Ventilschaft und das Füllmaterial an seinem oberen Ende zu vermeiden oder zu verringern und zu verhindern, dass diese Materialien durch Gefrieren versagen Dem Ventil kann eine Struktur hinzugefügt werden. Einige Forschungseinrichtungen haben experimentelle Überprüfungen dieser Art von Ventilen mit Tropfplattenstruktur durchgeführt und dabei nachgewiesen, dass die obere Endtemperatur des Ventildeckels mit Tropfplatte höher ist. Da der obere Teil des verlängerten Ventildeckels eine niedrigere Temperatur aufweist, ist das Ventil normalerweise der Luft ausgesetzt. Wasserdampf in der Luft verflüssigt sich zu Wassertröpfchen, wenn er auf den Ventildeckel mit niedriger Temperatur trifft. Der Durchmesser der Tropfplatte übersteigt den Durchmesser des Mittelflansches, wodurch eine Verflüssigung bei niedrigen Temperaturen verhindert werden kann. Wasserdampf tropft auf die Mittelflanschschrauben, um zu verhindern, dass Schraubenrost die Online-Wartung beeinträchtigt. Darüber hinaus muss die Tropfplatte außerhalb der Kälteisolationsschicht angebracht werden, um zu verhindern, dass Kondenswasser auf die Kälteisolationsschicht und den oberen Teil des Ventilkörpers tropft, wodurch die Kälteisolationsschicht geschützt und ein Verlust der Kühlkapazität verhindert wird.
(3) Strukturelle Gestaltung von Druckentlastungskomponenten
Für Kryoventile mit geschlossener Hohlraumstruktur gelten beim Einsatz in brennbaren, explosiven und leicht verdampfenden Medien besondere Anforderungen an die Ventildichtstruktur. Das Volumen einiger Niedertemperaturmedien nimmt nach der Verdampfung zu. Beispielsweise beträgt das Volumen von verflüssigtem Erdgas nach der Verdampfung mehr als das 600-fache des Volumens im flüssigen Zustand. Bei geschlossenem Ventil und relativ hoher Umgebungstemperatur nimmt das Niedertemperaturmedium im Ventilkörper die Umgebung auf. Aufgrund mäßiger Hitze verdampft es allmählich und sein Volumen steigt schnell an, was zu einem Überdruck im Inneren des Ventils führt und sogar die Sicherheit des Ventils gefährdet, was zu Medienlecks und sogar zu Brandunfällen führt. Um die Sicherheit des Ventils und der Fabrik zu gewährleisten, müssen solche Ventile über einen mittleren Hohlraum zur Selbstentladung verfügen. Die Druckstruktur ermöglicht eine automatische Entlastung, wenn der Druck im Ventilhohlraum ungewöhnlich hoch ist. Beispielsweise haben Niedertemperatur-Absperrschieber und Kugelhähne unterschiedliche Dichtungsprinzipien, sodass es offensichtliche Unterschiede in der Druckentlastungskonstruktion gibt. Allerdings weisen verschiedene Hersteller unterschiedliche Merkmale bei der Gestaltung von Druckentlastungsstrukturen auf.
(4) Antistatisches und feuerfestes Strukturdesign
Da Kryoventile in der Regel in brennbaren und explosiven Medien eingesetzt werden, sind eine antistatische Ausführung und eine feuersichere Ausführung besonders wichtig. Das antistatische Design leitet hauptsächlich den Strom zwischen dem Ventilschaft und dem Ventilkörper ähnlich wie ein Blitzableiter und entlädt so statische Elektrizität, um Sicherheitsrisiken zu beseitigen und die Versorgungssicherheit des gesamten Systems zu gewährleisten. Beispielsweise legt GB/T24925 klar fest, dass „bei Ventilen mit weichen Sitzen oder weich schließenden Einsätzen, die für brennbare Dämpfe oder Flüssigkeiten verwendet werden, die Konstruktion sicherstellen sollte, dass der Ventilkörper und der Ventilschaft eine leitende Kontinuität aufweisen und der maximale Widerstand des Entladungspfads gewährleistet sein sollte.“ 10 Ω nicht überschreiten.“ Der Entwurf der feuerfesten Struktur zielt hauptsächlich auf das Problem der Medienleckage ab, die durch drastische Temperaturänderungen verursacht wird. Das Design der feuerfesten Struktur ähnelt den Designanforderungen gewöhnlicher Ventile.
(5) Ventilkörper
Der Ventilkörper sollte der durch Temperaturänderungen verursachten Ausdehnung und Kontraktion vollständig standhalten können. Darüber hinaus wird die Struktur des Ventilsitzes aufgrund von Temperaturänderungen nicht verformt.
(6) Ventilscheibe
Absperrschieber verwenden flexible oder offene Tore. Absperrventile verwenden stopfenförmige Ventilscheiben für ihre Flachsitze und Nadelventile. Diese Strukturformen können unabhängig von Temperaturschwankungen eine zuverlässige Abdichtung aufrechterhalten.
(7) Ventilschaft
Der Ventilschaft muss verchromt, mit Nickel-Phosphor beschichtet oder nitriert sein, um die Oberflächenhärte des Ventilschafts zu verbessern und zu verhindern, dass sich Ventilschaft, Packung und Stopfbuchse (Stopfbüchse) gegenseitig festfressen, wodurch die Dichtungspackung beschädigt wird und Schäden entstehen Leckage in der Stopfbuchse.
(8) Dichtung
Bei der Auswahl von Dichtungen sollten die Tieftemperatureigenschaften des Dichtungsmaterials berücksichtigt werden, wie z. B. Druckelastizität, Vorspannkraft, Befestigungsdruckverteilung und Spannungsrelaxationseigenschaften.
(9) Stopfbuchse und Packung
Die Stopfbuchse darf nicht in direktem Kontakt mit dem Niedertemperaturbereich stehen, sondern befindet sich oben am Langhalsventildeckel, sodass die Stopfbuchse weit entfernt von der Tieftemperatur ist und in einer Umgebungstemperatur über {{1} funktioniert. } Grad . Dadurch wird die Dichtwirkung der Stopfbuchse verbessert. Im Falle einer Leckage oder wenn Flüssigkeit mit niedriger Temperatur direkt mit der Packung in Kontakt kommt und die Dichtwirkung nachlässt, kann Fett aus der Mitte der Stopfbuchse hinzugefügt werden, um eine Öldichtungsschicht zu bilden und so den Druckunterschied in der Stopfbuchse zu verringern eine zusätzliche Abdichtungsmaßnahme. Die Stopfbuchse weist meist eine zweistufige Packungsstruktur mit einem mittleren Metallisolationsring auf. Einige verwenden jedoch auch andere Typen, z. B. eine allgemeine Ventilstopfbuchsenstruktur und eine Doppelstopfbuchsenstruktur mit selbstspannendem Ventilschaft.
(10) Obere Dichtung
Kryoventile sind alle mit einer oberen Dichtsitzstruktur ausgestattet. Die obere Dichtfläche muss mit Kobalt-Chrom-Wolframkarbid überzogen und nach der Endbearbeitung poliert werden.
(11) Ventilsitz, Ventilteller-Dichtfläche
Die Schließteile des Kryoventils weisen eine Kobalt-Chrom-Wolframkarbid-Oberflächenstruktur auf. Die Weichdichtungsstruktur ist aufgrund des großen Ausdehnungskoeffizienten von Polytetrafluorethylen nur für Kryoventile mit Temperaturen über -70 Grad geeignet und wird bei niedrigen Temperaturen spröde, Polytrifluorethylen kann jedoch für Kryoventile mit Temperaturen bis zu {{3} verwendet werden }} Grad .
(12) Schrauben des Mittelflansches
Schrauben sollten über eine ausreichende Festigkeit verfügen, da Schrauben bei wiederholter Belastung aufgrund von Ermüdung häufig brechen. Da es bei Schrauben leicht zu Spannungskonzentrationen am Gewindegrund kommen kann, werden Schrauben mit Vollgewindestruktur verwendet.