上海申弘閥門有限公司
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之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準，現(xiàn)在介紹石化LNG閥門設計選型根據(jù)發(fā)展的生命周期理論，目前LNG閥門技術正在處于快速增長期，即數(shù)量與發(fā)明人數(shù)量都呈現(xiàn)出快速增長的勢頭（如圖4所示）。LNG閥門技術在經(jīng)歷20世紀70年代至20世紀末的初始發(fā)展階段后，自2000年后開始處于快速增長階段，而在2005年之后更是表現(xiàn)出快速增長的勢頭。這說明目前LNG閥門技術仍是一個新興技術領域，具有較強的吸引力。圖4 LNG閥門技術的數(shù)量與發(fā)明人數(shù)量分布為了保證低溫閥能在低溫下安全可靠地運行,在低溫閥的設計和制造方面有一些特殊的考慮和要求。同樣，低溫閥的試驗與普通閥門也有所不同。下面就JB/T7749-1995《低溫閥門技術條件》和英國BS6364：R1998《低溫閥門》的試驗方法，試驗要求和度驗裝置作簡略的介紹。
1石化LNG閥門設計選型.低溫閥門試驗(JB/T7749-1995)
(1)試驗條件
低溫閥門的低溫試驗在常溫試驗合格后進行。試驗前應消除閥門水分和油脂，擰緊螺栓至預定的力矩或拉力，記錄其數(shù)值。用符合試驗要求的熱電偶與閥門連接，試驗過程中臨測閥體、閥蓋的溫度。低溫試驗冷卻介質(zhì)為液氮與酒精的混合液或液氮，試驗介質(zhì)為氦氣。
(2)試驗步驟
1)低溫閥門試驗裝置見圖2-46。如圖所示，將閥門安裝在試驗容器里，并接好所有接頭，保證閥門填料處在容器上部，且溫度保持在0度以上。
2)在常溫及zui大閥門試驗壓力下，使用氮氣做初如檢測試驗，確保閥門在合適的條件下進行試驗。
3)將閥門浸入液氮與酒精的混合液或液氮中冷卻至閥門低溫工況溫度，其水平面蓋住閥體與閥蓋。
4)在低溫工況溫度下，按下列步驟進行操作:
①在低溫工況溫度下，浸泡閥門直到各處的溫度穩(wěn)定為止，用熱電偶測量保證閥門各處溫度的均勻性;
②在試驗溫度下，重復2.11.1(2)-2)的初始檢測試驗;
③在試驗溫度和閥門的公稱壓力下，開關閥門5次做低溫操作性能試驗，配有驅(qū)動裝置的閥門按上述要求做動作試驗;
④在zui大閥門試驗壓力下，按閥門的正常流向做閥門密封試驗，對于雙向密封的閥門應分別進行試驗，用流量計測量泄漏量時，其泄漏率應符合表2-23規(guī)定;
⑤閥門處在開啟位置時，關閉閥門出口端的針形閥(見圖2-46,并向閥體加壓至密封試驗壓力，保持15min，檢查閥門填料處、閥體和閥蓋連接處的密封性;
⑥閥蓋上密封的檢查，有上密封的閥門應做上密封試驗，試驗時閥門全開，兩端封閉，向閥內(nèi)通入氦氣至密封試驗壓力為止，松開填料壓蓋，檢查上密封的密封性。
3.2 石化LNG閥門設計選型LNG閥門技術的主要研究領域
（1）標題關鍵詞分析
LNG閥門文獻標題中的主要關鍵詞（如表1所示），進一步說明了目前該領域的主要研究內(nèi)容。除了3.1部分主要IPC的分析外，我們還可以看出，LNG閥門技術與低溫流體或液體閥門技術具有一致性，而且低溫與高壓是該技術領域關注的焦點問題。此外LNG閥門技術更多是與LNG的存儲與運輸相關聯(lián)，如車載或船運。
標題高頻詞語的共現(xiàn)關系（如圖5所示）可以進一步揭示技術領域的研究主題。車用發(fā)動機與制冷系統(tǒng)是低溫閥門系統(tǒng)的主要應用領域，對閥門系統(tǒng)的研究主要包括低溫管道、傳感器、球形閥、計量裝置、閥體等，其中低溫管道、流體控制、制冷系統(tǒng)應用、存儲罐、壓力技術等是熱點研究內(nèi)容。
（2）分類號分析
LNG閥門的主要IPC如表2所示。通過這些IPC可以看出，目前LNG閥門技術開發(fā)主要面向的是應用，如LNG存儲過程需要的裝填與釋放、計量與控制等，而非閥門自身技術，因為F16K小類的相對較少。從IPC小組來看，F(xiàn)16K中的主要為控制閥（ControlValve）、球形閥（BallValve）、提升閥、閘門閥或滑閥（機械致動裝置）、蝶形閥等。
LNG低溫閥門的IPC小類的共現(xiàn)關系（如圖6所示）。通過圖6，除了可以發(fā)現(xiàn)閥門技術本身（F16K）外，同樣也能找到低溫閥門的應用領域，如低溫液體的存儲（F17C）與運輸（B67D、B63B、B65B）、制冷裝置與系統(tǒng)（F25D、F25B）、醫(yī)療儀器（A61B）、清潔與除垢（B09C、B08B）、食品加工設備（A23L）、低溫液態(tài)燃料供給（F02M、F02D、B60K）等，其中面向低溫液體存儲（F17C）與制冷系統(tǒng)（F25B）的閥門設計與改進是目前技術的重點關注內(nèi)容。
通過IPC小組的共現(xiàn)關系（如圖7所示），可以進一步揭示出低溫閥門領域的技術重點：低溫液體存儲過程中的裝填與排放技術、管道及其監(jiān)測技術、制冷系統(tǒng)中的應用、提升閥切斷裝置、泵裝置、發(fā)動機非液態(tài)燃料輸送技術、低溫液態(tài)氣體分離中的應用等。
3.3 主要競爭者分析
在LNG低溫閥門領域擁有較多的企業(yè)如表3所示，其中擁有數(shù)量較多的權人并非閥門制造商，而是處于應用領域的企業(yè)。
3.4 技術*分析
的被引情況可以在一定程度上反映被引用權人在該技術領域的程度。通過LNG低溫閥門領域的高被引權人（如表4所示），我們可以看出，
3.5 研究團隊分析
本研究數(shù)據(jù)集中的主要發(fā)明人如表5所示。需要特別說明的是，因為姓名簡寫問題極有可能造成數(shù)據(jù)的不*性。通過發(fā)明人的共現(xiàn)關系（如圖9所示）不僅可以在一定程度上克服這一問題，而且還可以發(fā)現(xiàn)該領域的主要研究團隊。
3.6 利益相關者分析
本研究中的利益相關者，指通過共權而形成的利益團體。LNG低溫閥門領域的主要利益團體如圖10所示。通過圖10可以發(fā)現(xiàn)該領域通過共權而形成的兩個較大的利益團體：
4 LNG低溫閥門領域相關標準
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥從標準文獻數(shù)據(jù)集來看，目前LNG低溫閘閥、球閥、截止閥、止回閥、蝶閥及安全閥等，已經(jīng)走上了標準化發(fā)展的道路，每一種閥門都有其相應的標準，其中涉及閘閥、止回閥、船載閥的相關標準較多，相關標準如表6所示。目前，比較通用的設計和制造標準共有31項，主要包括BS6364、ASMEB16.34、NFM51-002-2007、MSSSP-134、SHELLSPE77/200，比較通用的國內(nèi)設計與制造標準主要有GBT24925—2010；比較通用的檢驗與實驗標準共有8項，包括BSEN12567—2000、BS6364、ISO15848等。
通過對標準項目的細分可以發(fā)現(xiàn)，因為LNG超低溫閥門的工作溫度極低，因此在設計這類閥門時，除了應遵循一般閥門的設計原則外，還有一些特殊的要求。因此，在LNG閥門標準中也對閥門的材料、防火防靜電、閥桿設計以及閥門測試中溫度、壓力提出了要求，其中涉及閥門材料、密封材料、低溫處理和閥門結(jié)構(gòu)設計的標準較多。目前，低溫閥門主要選用奧氏體不銹鋼，密封材料主要用的聚三氟氯乙烯（PCTFE），法蘭連接處及填料函選用石墨材料。表6 LNG產(chǎn)品相關技術標準
5 LNG低溫閥門技術的發(fā)展趨勢
5.1 閥門材料越來越成熟
LNG閥門正常工作溫度約-163℃，在此溫度下，一般閥門用的材料強度和硬度升高，塑性和韌性大幅下降，這會嚴重影響閥門的安全性，超低溫下能夠保證閥門安全性的材料成為閥門領域研究的重點。從金相學的角度出發(fā)，在低溫狀態(tài)下不出現(xiàn)低溫脆性的是晶格呈現(xiàn)面心立方的材料是目前研究的重點，這類材料具有足夠的韌性和組織穩(wěn)定性，以保證在低溫下不會因相變導致變形繼而影響閥門的密封性，其中奧氏體不銹鋼材料低溫變形小，沒有明顯的低溫冷脆臨界溫度，在-200℃以下，仍能保持較高的韌性，是目前閥門選用zui多的材料。
5.2 新型密封材料研究
由于低溫下橡膠材料的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變及大多數(shù)非金屬材料存在著冷脆和嚴重冷流現(xiàn)象，因此低溫閥閥桿與閥體間的密封多采用填料函密封結(jié)構(gòu)。目前低溫填料主要有聚四氟乙烯、石棉、浸漬聚四氟乙烯石棉繩和柔性石墨等，其中由于石棉無法避免滲透性泄漏，聚四氟乙烯線膨脹系數(shù)很大、冷流現(xiàn)象嚴重，所以很少采用，而聚三氟乙烯（PCTFE）在液氦、液氧和液化天然氣中不發(fā)生脆裂，不蠕變，不滲透任何氣體，不助燃，是一種良好的密封聚合物，是目前采用較多的密封材料。柔性石墨是新發(fā)展起來的一種優(yōu)良的密封材料，具有耐低溫、耐腐蝕、自潤滑、熱膨脹率小及氣液密封性能良好等特點，主要用于法蘭連接處及填料函。
5.3 低溫處理技術
奧氏體不銹鋼作為超低溫球閥的關鍵密封副材料在常溫下處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，鋼從奧氏體化狀態(tài)快速冷卻，在較低溫度下（低于Ms點）發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。此時，鐵原子和碳原子都不能進行擴散，其轉(zhuǎn)變過程僅僅是Fe的晶格發(fā)生改組，這種無擴散型相變的宏觀表現(xiàn)即是閥門零件的尺寸變化。奧氏體不銹鋼深冷處理后會發(fā)生尺寸改變，一次深冷后試樣的zui大變形量比較大，二次深冷后尺寸zui大變形量有明顯的降低。為確保馬氏體的充分轉(zhuǎn)變，材料精加工前宜對材料進行兩次深冷處理，盡量減少閥門在使用低溫條件下尺寸的改變。奧氏體不銹鋼進行深冷處理后，會有效解決材料在超低溫條件下形變的問題，從而保證低溫閥門密封性能。
5.4 結(jié)構(gòu)設計趨勢
LNG閥門在裝置中起重要的切斷、止回、調(diào)節(jié)等作用，并且LNG具有易燃易爆性，因此閥門結(jié)構(gòu)設計需要保證在深冷工況及易燃易爆介質(zhì)下安全、密封可靠、開關靈活等要求。目前LNG閥門多采用長頸閥蓋，使填料部位遠離閥體中流過的介質(zhì)LNG，保證填料部位的溫度在0℃以上，防止因填料函部分過冷而使處在填料函部位的閥桿以及閥蓋上部的零件結(jié)霜或凍結(jié)，使填料可以正常工作；對于有密閉中腔結(jié)構(gòu)的閥門，由于在間歇管線或檢修狀態(tài)下，中腔存有的LNG可能會發(fā)生氣化，導致閥門內(nèi)部超壓，甚至威脅到閥門的安全，為保證閥門的安全性，此類閥門要求帶中腔自泄壓結(jié)構(gòu)，使閥門內(nèi)腔壓力異常超壓時，實現(xiàn)自動泄放；由于LNG介質(zhì)的易燃易爆特性，在設計LNG超低溫閥門時，一般設計有防靜電結(jié)構(gòu)，以保證閥門的導電性；為防止LNG外泄漏，在閥體/壓蓋處及閥桿處引入唇式密封的密封方式，可以很好控制閥門的外泄漏。與本文相關的產(chǎn)品有不銹鋼波紋管密封安全閥
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