上海申弘閥門(mén)有限公司
液化天然氣閥門(mén)的材料非常重要，材質(zhì)不合格，會(huì)造成殼體及密封面的外漏或內(nèi)漏；零部件的綜合機(jī)械性能、強(qiáng)度和鋼度滿(mǎn)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(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、研制液化天然氣閥門(mén)的過(guò)程中，材質(zhì)是首要關(guān)鍵的問(wèn)題。 安全閥是一種根據(jù)介質(zhì)工作壓力而自動(dòng)啟閉、起安全保護(hù)作用的閥門(mén)，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(guó)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(lái)越多。正確安裝和使用低溫安全閥，對(duì)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(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)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?dú)鉁p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(guò)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(dòng)閥門(mén)、電動(dòng)閥門(mén)、高壓閥門(mén)、中壓閥門(mén)、低壓閥門(mén)、水力控制閥、真空閥門(mén)、襯膠閥門(mén)、襯氟閥門(mén)。
安全閥的工作原理是：當(dāng)容器內(nèi)壓力超過(guò)某一定值時(shí)，依靠介質(zhì)自身的壓力自動(dòng)開(kāi)啟閥門(mén)，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(shí)，安全閥又自動(dòng)關(guān)閉，使設(shè)備內(nèi)壓力始終低于允許壓力的上限，自動(dòng)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(kāi)啟、適時(shí)地全開(kāi)、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?，以免發(fā)生事故。在選用安全閥時(shí)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(jì)算
LNG為易燃易爆液化氣體，0.1MPa下溫度約為-162℃，不論是管線(xiàn)還是儲(chǔ)罐都帶有完善的絕熱保溫層。安全泄放量計(jì)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(shí)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(shí)際應(yīng)用中由于場(chǎng)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(huì)失去其應(yīng)有的作用，將會(huì)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(shí)，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(mén)，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(guò)多年制造，已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，從設(shè)計(jì)、工藝到制造日趨成熟，并已開(kāi)發(fā)形成了低溫閥門(mén)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(chǔ)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(chē)、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(shí)要?dú)饣?，氣化時(shí)，體積膨脹數(shù)百倍。 四川天一科技股份有限公司是經(jīng)國(guó)家經(jīng)貿(mào)委批準(zhǔn)，以西南化工研究設(shè)計(jì)院（原化工部西南化工研究設(shè)計(jì)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(jì)院（原化工部炭黑工業(yè)研究設(shè)計(jì)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(píng)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(kāi)發(fā)區(qū)進(jìn)行工商登記注冊(cè)。四川天一科技股份有限公司是經(jīng)國(guó)家經(jīng)貿(mào)委批準(zhǔn)，以西南化工研究設(shè)計(jì)院（原化工部西南化工研究設(shè)計(jì)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(jì)院（原化工部炭黑工業(yè)研究設(shè)計(jì)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(píng)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(kāi)發(fā)區(qū)進(jìn)行工商登記注冊(cè)。公司經(jīng)營(yíng)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(jī)化工產(chǎn)品，特種閥門(mén)，吸附劑等的研制、生產(chǎn)、銷(xiāo)售，化工產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)與技術(shù)咨詢(xún)。經(jīng)營(yíng)本企業(yè)自產(chǎn)產(chǎn)品及技術(shù)的出口業(yè)務(wù)；經(jīng)營(yíng)本企業(yè)生產(chǎn)所需的原輔材料、儀器儀表、機(jī)械設(shè)備、零配件及技術(shù)的進(jìn)出口業(yè)務(wù)（國(guó)家限定公司經(jīng)營(yíng)和國(guó)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(jì)院共同開(kāi)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(guó)家申請(qǐng)。該技術(shù)工藝過(guò)程主要有焦?fàn)t氣凈化、甲烷化、分離、加壓 、深冷液化等幾個(gè)部分。
本公司針對(duì)焦?fàn)t煤氣的雜質(zhì)組成進(jìn)行了充分研究, 開(kāi)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(jī)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(mǎn)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(duì)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(yùn)用實(shí)例有山西三維等多家焦化企業(yè)。這些項(xiàng)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(shí)踐證實(shí)該技術(shù)是可靠的。
2.對(duì)甲烷化工藝和技術(shù)的分析研究和開(kāi)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(guò)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(guò)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(jì)院自2006年以來(lái)，針對(duì)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(shí)驗(yàn)。模式裝置放大的基礎(chǔ)上，2009年又進(jìn)行中試，整個(gè)甲烷化反應(yīng)過(guò)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(shí)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(guò)了四川省科技廳組織的科學(xué)鑒定和中國(guó)化工昊華集團(tuán)的評(píng)定。天科股份下屬的工程公司具有對(duì)研究成果開(kāi)發(fā)放大，將科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的豐富的經(jīng)驗(yàn)和能力，在該項(xiàng)技術(shù)中試基礎(chǔ)上完成全過(guò)程流程模擬計(jì)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(gè)焦?fàn)t氣制天然氣項(xiàng)目的可行性研究報(bào)告，個(gè)別項(xiàng)目已全面開(kāi)展工程設(shè)計(jì)。工程公司多年來(lái)成功將西南化工研究設(shè)計(jì)院及國(guó)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(xiàng)科研成果成功推向市場(chǎng)，其成果在市場(chǎng)上占有率較高。
2.1 避免低溫安全閥安裝位置過(guò)低
在建設(shè)過(guò)程中，由于前期設(shè)計(jì)、布管的不合理使得安全閥出口管線(xiàn)低于火炬放空管線(xiàn)。這就有可能在使用的過(guò)程中發(fā)生出口管線(xiàn)有積液，管線(xiàn)阻力大，安全閥排放時(shí)的背壓增大，LNG管線(xiàn)或者冷劑儲(chǔ)罐等泄壓不及時(shí)，很容易發(fā)生事故。
簡(jiǎn)單易行又經(jīng)濟(jì)的辦法就是，先將安全閥切割下來(lái)，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(xiàn)的高度，此外應(yīng)保證豎管垂直，若豎管較長(zhǎng)要用一平臺(tái)固定。
2.2 安全閥泄壓時(shí)，有傷及工作人員的可能
有些天然氣液化工廠，在設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)備間間距選取不合理，造成一些天然氣管線(xiàn)或冷劑管線(xiàn)上的安全閥安裝位置較低或者靠近廠區(qū)走廊，當(dāng)管線(xiàn)或壓力容器壓力過(guò)高，安全閥起跳時(shí)若出現(xiàn)故障就會(huì)有傷及工作人員的可能。
解決辦法：
① 可以改動(dòng)安全閥位置；
② 可設(shè)置警示標(biāo)志或標(biāo)語(yǔ)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(xiàn)曲折
一般說(shuō)來(lái)，安全閥排放管應(yīng)盡量避免過(guò)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(duì)安全閥產(chǎn)生過(guò)大的附加應(yīng)力或引起振動(dòng)。
3 天然氣液化工廠中低溫安全閥常見(jiàn)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(huì)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(shí)的泄壓，保證LNG管線(xiàn)、LNG儲(chǔ)罐、以及冷劑等低溫儲(chǔ)罐的安全。
低溫安全閥使用過(guò)程中出現(xiàn)的故障、原因分析及解決方法見(jiàn)表1
（2）甲烷化催化劑的成果
甲烷化催化劑具有如下特點(diǎn)：
（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(zhǎng)；
（d）耐熱性能好，高溫下強(qiáng)度好；
（3）甲烷化工藝的優(yōu)勢(shì)
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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)CO2小于3％。而通過(guò)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(guò)程簡(jiǎn)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(gè)成分，可使分離過(guò)程簡(jiǎn)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(guò)程簡(jiǎn)化、分離效率提高，生產(chǎn)同樣的甲烷其處理氣量?jī)H為非甲烷化流程的一半甚至更低，減少了能耗。
（4）甲烷化過(guò)程的氣體能量損失分析
人們認(rèn)為甲烷化過(guò)程能量損失很大，其實(shí)對(duì)焦?fàn)t氣甲烷化來(lái)講，其能量損失很小。主要因?yàn)榻範(fàn)t氣中需甲烷化的CO、CO2僅占10％左右。大部分氣體沒(méi)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(jì)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(jiàn)甲烷化過(guò)程的氣體能量損失是可以忽略的。
3焦?fàn)t氣制LNG裝置開(kāi)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(duì)天然氣液化廠中低溫安全閥的選用、安裝方法、使用過(guò)程中遇到的情況進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹，對(duì)天然氣液化廠中管線(xiàn)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(shí)在使用低溫安全閥的過(guò)程中，也不能忽視對(duì)低溫安全閥的日常保養(yǎng)和定期維護(hù)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)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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