Van LNG: 8 yếu tố cần xem xét khi sử dụng trong môi trường nhiệt độ cực thấp

Van LNG là các bộ phận điều khiển lưu lượng quan trọng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống sản xuất, lưu trữ, vận chuyển, bốc dỡ và hóa hơi khí tự nhiên hóa lỏng (LNG). Các chức năng chính của chúng bao gồm cách ly đường ống LNG, điều chỉnh lưu lượng và áp suất, ngăn chặn dòng chảy ngược, điều khiển các quy trình ngắt khẩn cấp, và bảo vệ thiết bị khỏi các điều kiện vận hành không an toàn.

Khí tự nhiên hóa lỏng là khí tự nhiên đã được làm lạnh xuống khoảng −162°C, hoặc −260°F, để có thể được lưu trữ và vận chuyển dưới dạng lỏng. Ở nhiệt độ này, các van công nghiệp thông thường có thể gặp phải hiện tượng giòn hóa vật liệu, co ngót gioăng, rò rỉ quá mức, mô-men xoắn vận hành tăng cao hoặc hư hỏng do co ngót nhiệt.

Do đó, các van LNG đáng tin cậy phải được thiết kế dưới dạng các cụm thiết bị làm lạnh hoàn chỉnh. Vật liệu thân van, đế van, gioăng trục van, phần mở rộng nắp van, hệ thống xả áp khoang, bộ truyền động, quy trình thử nghiệm và hướng lắp đặt đều phải được đánh giá dựa trên các điều kiện thực tế của quy trình LNG.

Công ty TNHH Sản xuất Van JST Phúc Kiến có gần 33 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực kỹ thuật van công nghiệp. JST Valve cung cấp các giải pháp van tùy chỉnh cho các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi khắt khe như môi trường nhiệt độ thấp, ăn mòn, áp suất cao, mài mòn và các điều kiện khắc nghiệt khác. Cấu trúc van, vật liệu, hệ thống làm kín, bộ truyền động và các yêu cầu thử nghiệm có thể được tùy chỉnh theo bảng dữ liệu kỹ thuật của khách hàng và các thông số kỹ thuật của dự án.

Van LNG là gì?

Van LNG là các loại van được thiết kế hoặc lựa chọn để sử dụng trong hệ thống khí tự nhiên hóa lỏng (LNG) và các hệ thống xử lý nhiệt độ cực thấp hoặc nhiệt độ thấp liên quan. Tùy thuộc vào vị trí lắp đặt, các van này có thể tiếp xúc trực tiếp với LNG, hơi khí tự nhiên lạnh, khí bay hơi, chất làm lạnh, chất lỏng phụ trợ hoặc khí tự nhiên ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ chính của quá trình đông lạnh.

Không phải mọi van trong một cảng LNG đều hoạt động ở nhiệt độ −162°C. Các đường ống xử lý khí ở giai đoạn thượng nguồn, hệ thống máy nén, các đơn vị xử lý khí bay hơi, hệ thống tiện ích và đường ống dẫn khí đã hóa lỏng trở lại có thể hoạt động ở các mức nhiệt độ và áp suất khác nhau đáng kể. Do đó, nhiệt độ thiết kế được ghi trên bảng thông số kỹ thuật của van phải phản ánh vị trí thực tế trong quy trình chứ không phải nhiệt độ chung liên quan đến LNG.

Một van LNG được lựa chọn phù hợp phải đảm bảo tính toàn vẹn áp suất, độ kín của đế van, mô-men xoắn vận hành ở mức chấp nhận được, hiệu suất làm kín trục van, cũng như khả năng kích hoạt đáng tin cậy trong các điều kiện vận hành bình thường, làm mát, khởi động, tắt máy và tình huống khẩn cấp.

Các ứng dụng của van LNG

Các cơ sở LNG bao gồm nhiều giai đoạn xử lý, mỗi giai đoạn có các chức năng van khác nhau. Các ứng dụng điển hình bao gồm:

• Hệ thống tiền xử lý khí tự nhiên và loại bỏ tạp chất
• Hệ thống hóa lỏng và mạch chất làm lạnh
• Bồn chứa LNG siêu lạnh và hệ thống đường ống liên quan
• Cánh tay bốc dỡ LNG và hệ thống bốc dỡ hàng hải
• Hệ thống ống dẫn nạp và xả của tàu chở khí tự nhiên hóa lỏng (LNG)
• Trạm xe tải, đường sắt, container và trạm tiếp nhiên liệu
• Hệ thống thu gom khí bay hơi và hệ thống máy nén
• Bơm LNG, thiết bị hóa hơi và thiết bị tái hóa hơi
• Đường ống cấp khí nhiên liệu và đường ống phân phối khí
• Hệ thống ngắt khẩn cấp và hệ thống cách ly quy trình

Tại sao dịch vụ LNG ở nhiệt độ siêu lạnh lại đầy thách thức

Ở nhiệt độ siêu lạnh, vật liệu van sẽ co lại. Các bộ phận khác nhau có thể co lại với tốc độ khác nhau, làm thay đổi khe hở giữa bi, đĩa, ghế van, trục, thân van, nắp van, lớp đệm và ổ trục. Một van có khả năng làm kín tốt ở nhiệt độ môi trường có thể hoạt động khác đi sau khi được làm lạnh.

Nhiệt độ thấp cũng có thể làm giảm độ bền hoặc độ dẻo dai của các vật liệu không phù hợp. Các miếng đệm mềm và gioăng cao su phải được lựa chọn cẩn thận vì không phải mọi loại polymer hay cao su đều duy trì được các tính chất cần thiết ở nhiệt độ của khí tự nhiên hóa lỏng (LNG).

Một vấn đề đáng lo ngại khác là hiện tượng chất lỏng bị kẹt. Nếu LNG bị cô lập bên trong khoang kín và sau đó hấp thụ nhiệt, nó có thể bay hơi và gây ra sự gia tăng đột ngột áp suất trong khoang. Do đó, van bi siêu lạnh có thể cần phải được trang bị hệ thống xả áp suất khoang đã được phê duyệt trong dự án, chẳng hạn như thiết kế đế van tự xả áp hoặc phương pháp xả áp suất kỹ thuật khác.

8 yếu tố cần xem xét khi lựa chọn van LNG

1. Nhiệt độ thiết kế tối thiểu

Nhiệt độ thiết kế tối thiểu là một trong những thông số đầu tiên cần xác định khi lựa chọn van LNG. Thông số này quyết định các vật liệu phù hợp cho thân van, nắp van, trục van, bu-lông, đế van, vật liệu làm kín, gioăng và bộ truyền động.

Thông số kỹ thuật của van cần phân biệt rõ giữa nhiệt độ vận hành bình thường, nhiệt độ vận hành tối thiểu, nhiệt độ kim loại thiết kế tối thiểu, điều kiện làm mát và khả năng tiếp xúc với hơi lạnh. Việc chỉ ghi rõ “dùng cho LNG” là chưa đủ để lựa chọn van một cách chính xác.

2. Vật liệu thân van và bộ phận hoàn thiện

Thép không gỉ austenit thường được xem xét sử dụng trực tiếp trong các ứng dụng LNG ở điều kiện nhiệt độ cực thấp vì chúng có thể duy trì độ dẻo dai cần thiết ở nhiệt độ rất thấp. Tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể, một số hợp kim niken được lựa chọn và các vật liệu khác đã được chứng nhận phù hợp với điều kiện nhiệt độ thấp cũng có thể được chỉ định.

Thép cacbon chịu nhiệt độ thấp có thể được sử dụng trong các khu vực có nhiệt độ cao hơn của một cơ sở LNG khi giới hạn nhiệt độ được chứng nhận của chúng phù hợp, nhưng không nên tự động áp dụng loại thép này cho các đường ống có thể đạt đến nhiệt độ tối đa của LNG.

Việc lựa chọn vật liệu cuối cùng cần dựa trên nhiệt độ thiết kế, cấp áp suất, thành phần quy trình, yêu cầu về khả năng chống ăn mòn, yêu cầu về thử nghiệm va đập, các tiêu chuẩn áp dụng và thông số kỹ thuật vật liệu đã được khách hàng phê duyệt.

3. Bảo hành mở rộng cho nắp van và gioăng trục van

Nhiều van LNG LNG dùng trong môi trường nhiệt độ cực thấp sử dụng thiết kế nắp van kéo dài hoặc trục van kéo dài. Thiết kế kéo dài này giúp đặt các bộ phận làm kín và các thành phần làm kín trục van ở vị trí cách xa hơn so với vùng quá trình có nhiệt độ thấp nhất.

Chiều dài phần mở rộng nắp và hướng lắp đặt phải được lựa chọn cẩn thận. Thiết kế cũng cần tính đến độ dày lớp cách nhiệt, khả năng tiếp cận, hiện tượng đóng băng, việc lắp đặt bộ truyền động, sự dẫn nhiệt, cũng như khả năng hơi lạnh xâm nhập vào khu vực đệm.

4. Thiết kế ghế và hiệu suất chống rò rỉ

Thiết kế đế van có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất đóng van, mô-men xoắn vận hành, mức độ mài mòn, áp suất trong khoang van và tuổi thọ sử dụng. Các đế van dùng trong môi trường nhiệt độ cực thấp phải có khả năng thích ứng với những thay đổi về kích thước trong quá trình làm lạnh đồng thời vẫn duy trì được lực làm kín cần thiết.

Tùy thuộc vào loại van và yêu cầu của dự án, hệ thống làm kín có thể sử dụng đế van bằng polymer tương thích với môi trường nhiệt độ cực thấp, đế van bằng polymer gia cố, đế van kim loại, miếng lót đàn hồi hoặc các cấu trúc composite. Các tiêu chí chấp nhận rò rỉ cần thiết phải được quy định rõ trước khi báo giá và sản xuất.

5. Cấp áp suất và áp suất chênh lệch

Chỉ riêng cấp áp suất van không đủ để xác định tính phù hợp trong vận hành. Áp suất chênh lệch tối đa ảnh hưởng đến tải trọng lên đế van, mô-men xoắn trục van, lực tác động lên đĩa van hoặc bi van, kích thước bộ truyền động, cũng như khả năng van mở hoặc đóng trong các tình huống khẩn cấp.

Người mua cần cung cấp các thông số sau: áp suất thiết kế, áp suất vận hành, chênh lệch áp suất đóng van, hướng dòng chảy, yêu cầu về van xả áp, và áp suất tối đa có thể xảy ra trong các điều kiện bị tắc nghẽn hoặc giãn nở nhiệt.

6. Các yêu cầu về an toàn phòng cháy chữa cháy và phát thải không kiểm soát

Các cơ sở LNG xử lý các chất lỏng hydrocacbon dễ cháy, do đó, các yêu cầu kỹ thuật của dự án có thể bao gồm các yêu cầu về thử nghiệm chống cháy, thiết kế chống tĩnh điện, các trục van chống phun trào, rò rỉ bên ngoài được kiểm soát và hiệu suất kiểm soát phát thải không kiểm soát.

Các yêu cầu này phải được xác nhận cụ thể cho từng loại van, kích thước, mức áp suất định mức, cấu hình đế van và tiêu chuẩn được lựa chọn. Một tuyên bố chung rằng van là “an toàn chống cháy” không nên thay thế cho các tài liệu và yêu cầu thử nghiệm cụ thể của dự án.

7. Hiệu suất của bộ truyền động và hệ thống ngắt khẩn cấp

Có thể sử dụng các bộ truyền động khí nén, thủy lực, điện hoặc điện-thủy lực để vận hành van LNG. Bộ truyền động phải đảm bảo cung cấp mô-men xoắn hoặc lực đẩy đủ lớn trong các điều kiện vận hành khắc nghiệt nhất, bao gồm nhiệt độ môi trường thấp, chênh lệch áp suất tối đa, ma sát trục kéo dài và chế độ ngắt khẩn cấp.

Các thông số kỹ thuật của bộ truyền động có thể bao gồm:

• Hành động mở khi hỏng, đóng khi hỏng hoặc giữ nguyên trạng thái khi hỏng
• Giờ mở cửa và đóng cửa bắt buộc
• Nguồn cung cấp khí nén, thủy lực hoặc điện tối thiểu có sẵn
• Thử nghiệm hành trình một phần hoặc hành trình toàn phần
• Hiển thị vị trí tại chỗ và từ xa
• Phân loại điện cho khu vực nguy hiểm
• Yêu cầu về chống cháy hoặc bảo vệ môi trường

8. Thử nghiệm ở nhiệt độ cực thấp và lập hồ sơ

Chỉ riêng các thử nghiệm ở áp suất môi trường và thử nghiệm trên bệ lắp đặt có thể không đủ để chứng minh hiệu suất của van ở nhiệt độ LNG. Do đó, các yêu cầu của dự án có thể quy định phải thực hiện thử nghiệm sản xuất ở nhiệt độ thấp, thử nghiệm loại nhiệt độ cực thấp, thử nghiệm phát thải rò rỉ, truy xuất nguồn gốc vật liệu, báo cáo thử nghiệm va đập, kiểm tra không phá hủy và thử nghiệm chức năng bộ truyền động.

Phạm vi thử nghiệm cần xác định nhiệt độ thử nghiệm, môi trường thử nghiệm, hướng lắp đặt van, giới hạn rò rỉ, số chu kỳ vận hành, mức áp suất, phương pháp đo lường, các yêu cầu về người chứng kiến và hồ sơ cần nộp kèm theo van.

Các loại van phổ biến được sử dụng trong các cơ sở LNG

Trên thiết bị di động, hãy vuốt ngang để xem toàn bộ bảng.

Các yếu tố cần xem xét về vật liệu đối với van LNG

Việc lựa chọn vật liệu cho van LNG phải đảm bảo cả độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp và khả năng tương thích với quy trình. Các vật liệu được lựa chọn phải phù hợp với nhiệt độ và áp suất thiết kế quy định, đồng thời đáp ứng các yêu cầu của dự án về khả năng chống ăn mòn, hàn, xử lý nhiệt, thử va đập, khả năng truy xuất nguồn gốc và kiểm tra không phá hủy.

Các khuyến nghị về vật liệu phải được đối chiếu với bảng thông số kỹ thuật đầy đủ của dự án và các tiêu chuẩn có liên quan.

Các tiêu chuẩn thường được tham chiếu đối với van LNG

Các tiêu chuẩn áp dụng phụ thuộc vào loại van, cách lắp đặt, hệ thống quy trình, yêu cầu kỹ thuật của khách hàng và quy định của cơ quan có thẩm quyền. Tài liệu dự án có thể tham chiếu đến các tiêu chuẩn liên quan đến thiết kế van nhiệt độ thấp, van đường ống, thông số áp suất-nhiệt độ, thử nghiệm ở nhiệt độ cực thấp, thử nghiệm chống cháy, phát thải và thiết bị chịu áp lực.

• ISO 28921-1: thiết kế, vật liệu, chế tạo và thử nghiệm sản phẩm đối với một số loại van cách ly và van một chiều hoạt động ở nhiệt độ thấp.
• ISO 28921-2: Thử nghiệm kiểu ở nhiệt độ thấp đối với van cách ly.
• ISO 21011: các yêu cầu về thiết kế, sản xuất và thử nghiệm đối với van được sử dụng với các bình chứa chất siêu lạnh.
• ASME B16.34: các thông số áp suất-nhiệt độ, vật liệu, kích thước, thử nghiệm, kiểm tra và đánh dấu đối với các loại van công nghiệp áp dụng.
• Tiêu chuẩn API 6D: các yêu cầu đối với van đường ống và hệ thống ống dẫn theo quy định của dự án.

Cách JST Valve hỗ trợ các dự án LNG

JST Valve hợp tác với khách hàng để đánh giá điều kiện vận hành van và xây dựng các giải pháp phù hợp với từng dự án cụ thể. Tùy thuộc vào ứng dụng và thông số kỹ thuật đã được phê duyệt, phạm vi cung cấp có thể bao gồm van bi nhiệt độ cực thấp, van cổng, van cầu, van một chiều, van bướm, bộ van có bộ truyền động và các sản phẩm điều khiển lưu lượng được thiết kế theo yêu cầu.

Dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật của JST Valve có thể bao gồm:

• Phân tích dữ liệu về môi trường, nhiệt độ, áp suất và chênh lệch áp suất
• Lựa chọn vật liệu thân máy, lớp hoàn thiện, ghế ngồi, vật liệu đóng gói và gioăng
• Cấu hình nắp máy kéo dài và trục kéo dài
• Đánh giá cơ chế xả áp lực khoang và hướng của đế van
• Các bộ truyền động khí nén, điện, thủy lực hoặc có cơ chế an toàn tự động
• Kích thước, kết nối và cách thức vận hành được tùy chỉnh
• Kiểm tra, thử nghiệm, truy xuất nguồn gốc và lập hồ sơ theo các yêu cầu mua hàng

Thông tin cần thiết để lựa chọn van LNG

Để nhận được tư vấn kỹ thuật chính xác và báo giá cho Van LNG, vui lòng cung cấp:

• Phương tiện xử lý và thành phần đầy đủ của chất lỏng
• Nhiệt độ hoạt động tối thiểu, bình thường và tối đa
• Nhiệt độ thiết kế tối thiểu của kim loại
• Áp suất vận hành và áp suất thiết kế
• Áp suất chênh lệch ngắt tối đa
• Loại van, kích thước danh nghĩa và cấp áp suất
• Hướng dòng chảy và hướng lắp đặt bắt buộc
• Tiêu chí chấp nhận rò rỉ bắt buộc
• Các yêu cầu về thân xe, chi tiết trang trí, ghế ngồi, vật liệu đệm và gioăng
• Tiêu chuẩn ngắt kết nối và tiếp xúc trực tiếp
• Loại bộ truyền động, vị trí khi hỏng và thời gian vận hành yêu cầu
• Các yêu cầu về thử nghiệm nhiệt độ cực thấp, thử nghiệm cháy, thử nghiệm khí thải và thử nghiệm chức năng
• Các chứng chỉ, kế hoạch kiểm tra, bản vẽ và tài liệu cần thiết
• Số lượng, lịch trình giao hàng và địa điểm thực hiện dự án

Các câu hỏi thường gặp về van LNG

Van LNG phải chịu được nhiệt độ bao nhiêu?

Nhiệt độ trong điều kiện vận hành trực tiếp với LNG có thể xuống tới khoảng −162°C. Tuy nhiên, nhiệt độ thiết kế yêu cầu của van phụ thuộc vào vị trí cụ thể và điều kiện quá trình. Một số van trong nhà máy LNG hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn, trong điều kiện hơi, hệ thống phụ trợ hoặc khí đã hóa lỏng trở lại.

Tại sao các van LNG ở nhiệt độ cực thấp lại sử dụng nắp van kéo dài?

Một nắp van hoặc trục van được kéo dài giúp đưa khu vực đệm và khu vực làm kín trục ra xa hơn so với vùng quá trình có nhiệt độ thấp nhất. Kích thước và hướng lắp đặt của nó phải tính đến các yếu tố như lớp cách nhiệt, dẫn nhiệt, hơi lạnh, khả năng tiếp cận và việc lắp đặt bộ truyền động.

Tại sao việc xả áp suất khoang lại quan trọng đối với van bi LNG?

Khí LNG bị giữ lại bên trong khoang van đóng có thể hấp thụ nhiệt, bay hơi và tạo ra áp suất ngày càng tăng. Do đó, cần phải rà soát lại cấu trúc ghế van bi và hướng xả áp dựa trên hệ thống đường ống của dự án cũng như nguyên tắc cách ly.

Những loại van nào thường được sử dụng để cách ly LNG?

Van bi và van cổng dùng trong môi trường nhiệt độ cực thấp thường được xem xét để cách ly hệ thống. Van bướm có thể được lựa chọn cho một số ứng dụng có đường kính lớn, trong khi quyết định cuối cùng phụ thuộc vào các yêu cầu về rò rỉ, sụt áp, mô-men xoắn vận hành, không gian lắp đặt, trọng lượng và các tiêu chuẩn của dự án.

Các van LNG có thể điều chỉnh lưu lượng và áp suất không?

Đúng vậy. Van cầu, van điều khiển, van bi phân đoạn và một số loại van bướm nhất định có thể được thiết kế để điều chỉnh lưu lượng hoặc áp suất. Khi xác định kích thước van điều khiển, cần đánh giá các yếu tố như hệ số lưu lượng, sụt áp, hiện tượng bốc hơi, hiện tượng xâm thực, tiếng ồn, dải điều chỉnh yêu cầu và phản ứng của bộ truyền động.

Công ty JST Valve có thể sản xuất van LNG theo yêu cầu không?

JST Valve có thể đánh giá các cấu hình van tùy chỉnh dựa trên dữ liệu quy trình, bản vẽ, yêu cầu về vật liệu, các tiêu chuẩn áp dụng, thông số kỹ thuật của bộ truyền động, kế hoạch kiểm tra, phạm vi thử nghiệm và các yêu cầu về tài liệu của khách hàng.

Tài liệu tham khảo kỹ thuật

Thông tin kỹ thuật bổ sung có thể tham khảo tại

Tổng quan về LNG của Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ



Tiêu chuẩn van nhiệt độ thấp ISO 28921-1

the

Tiêu chuẩn van nhiệt độ cực thấp ISO 21011

và

ASME B16.34