液化天然气阀门：低温工况下的8个选型因素

液化天然气（LNG）阀门是液化天然气生产、储存、运输、装卸及再气化系统中广泛应用的关键流体控制部件。其主要功能包括隔离液化天然气管道、调节流量和压力、防止倒流、控制紧急关断程序，以及保护设备免受不安全运行条件的影响。

液化天然气是指经过冷却至约−162°C（或−260°F）的天然气，以便以液态形式进行储存和运输。在此温度下，普通工业阀门可能会出现材料脆化、密封件收缩、泄漏加剧、操作扭矩增大或因热收缩而受损等问题。

因此，可靠的 液化天然气阀门 必须作为完整的低温阀门总成进行设计。阀体材料、阀座、阀杆填料、加长阀盖、阀腔泄压装置、执行机构、试验程序以及安装方向，都必须根据实际的液化天然气工艺条件进行评估。

福建捷斯特阀门制造有限公司在工业阀门工程领域拥有近33年的经验。捷斯特阀门为低温、腐蚀性、高压、磨蚀性及其他苛刻的工业应用提供定制化阀门解决方案。 阀门结构、材料、密封系统、执行机构及测试要求均可根据客户技术数据表和项目规范进行配置。

什么是液化天然气阀门？

LNG阀门是专为液化天然气及相关低温工艺系统设计或选用的阀门。 根据其安装位置的不同，这些阀门可能会直接接触液化天然气、低温天然气气相、蒸发气、制冷剂、公用工程流体，或温度高于主要低温工艺温度的天然气。

液化天然气（LNG）终端中的阀门并非都工作在−162°C的环境下。 上游天然气处理管线、压缩机系统、蒸发气处理装置、公用工程设施以及再气化天然气管道的运行温度和压力可能存在显著差异。因此，阀门数据表中标注的设计温度必须反映实际工艺位置的条件，而非与液化天然气相关的一般温度。

正确选型的液化天然气阀门应在正常运行、预冷、启动、停机及紧急情况下，保持承压完整性、阀座密封性、可接受的操作扭矩、阀杆密封性能以及可靠的动作性能。

液化天然气阀的应用领域

液化天然气（LNG）设施包含许多工艺阶段，每个阶段的阀门功能各不相同。典型应用包括：

• 天然气预处理和杂质去除系统
• 液化装置和制冷剂回路
• 低温液化天然气储罐及相关管道
• 液化天然气装卸臂和船用装卸系统
• 液化天然气（LNG）运输船的装卸汇管
• 卡车、铁路、集装箱和加注站
• 蒸发气收集和压缩机系统
• 液化天然气泵、汽化器及再气化设备
• 燃料气供应和天然气外输管道
• 紧急切断和工艺隔离系统

为什么LNG低温工况具有挑战性

在低温条件下，阀门材料会发生收缩。不同部件的收缩速率可能不同，从而导致球体、阀瓣、阀座、阀杆、阀体、阀盖、填料和轴承之间的间隙发生变化。在常温下密封良好的阀门，在预冷后可能表现不同。

低温还可能降低不合适材料的韧性或柔韧性。必须谨慎选择软密封阀座和弹性体密封件，因为并非所有聚合物或弹性体都能在液化天然气（LNG）温度下保持足够的性能。

另一个需要关注的问题是液体滞留。如果液化天然气（LNG）被封闭在封闭的阀体腔内，随后吸收热量，可能会气化并导致腔内压力急剧升高。因此，低温球阀可能需要采用经项目批准的阀腔泄压装置，例如自泄压阀座设计或其他经过工程设计的压力释放方法。

液化天然气阀门的8个选型因素

1. 最低设计温度

最低设计温度是选择 LNG 阀门 时首先需要考虑的参数之一。它决定了阀体、阀盖、阀杆、紧固件、阀座、填料、垫片和执行机构的适用材料。

阀门技术规范应区分正常工作温度、最低工作温度、最低设计金属温度、预冷条件以及可能接触低温气相介质的情况。仅规定“液化天然气工况”不足以准确选型。

2. 阀体和内件材料

奥氏体不锈钢通常被视为适用于液化天然气（LNG）直接低温工况的材料，因为它们能在极低温度下保持良好的韧性。根据具体应用情况，也可指定使用某些镍合金及其他经低温认证的材料。

当低温碳钢的认证温度极限适用时，可在液化天然气设施中温度较高的区域使用，但不应将其自动应用于可能达到LNG实际深冷温度的管道。

最终的材料选型应基于设计温度、压力等级、工艺成分、耐腐蚀要求、冲击试验要求、适用标准以及客户批准的材料规范。

3. 加长阀盖和阀杆密封保护

许多低温 LNG 阀门 采用加长阀盖或加长阀杆结构。这种加长设计有助于将填料和阀杆密封部件置于距离最冷工艺区域更远的位置。

必须谨慎选择加长阀盖的长度和安装方向。设计时还应考虑保温层厚度、可维护性、结霜情况、执行机构安装、热传导以及低温气相介质可能进入填料区的可能性。

4. 阀座设计与泄漏性能

阀座的设计直接影响切断性能、操作扭矩、磨损、腔内压力和使用寿命。低温阀座必须能够适应预冷过程中的尺寸变化，同时保持所需的密封载荷。

根据阀门类型和项目要求，密封系统可采用耐低温聚合物阀座、增强型聚合物阀座、金属阀座、弹性密封嵌件或复合结构。在报价和制造之前，应明确规定泄漏验收标准。

5. 压力等级与压差

仅凭阀门的压力等级无法确定其是否适合使用。最大压差会影响阀座载荷、阀杆扭矩、阀瓣或球体所受的力、执行机构的选型，以及阀门在紧急情况下开启或关闭的能力。

采购方应提供设计压力、工作压力、切断压差、流向、泄压要求，以及在封闭管段或热膨胀条件下可能出现的最大压力。

6. 消防安全与无组织排放要求

由于液化天然气（LNG）设施处理易燃烃类流体，因此项目规范中可能包括防火测试要求、防静电设计、防喷柱、受控外部泄漏以及无组织排放性能等要求。.

必须针对具体的阀门类型、尺寸、压力等级、阀座结构以及所选标准，确认这些要求。仅笼统地声明阀门“防火安全”不应取代项目特定的文件和测试要求。.

7. 执行机构和紧急停机性能

可采用气动、液压、电动或电液式执行机构来驱动液化天然气（LNG）阀门。执行机构必须在最严苛的运行条件下（包括低温环境、最大压差、长阀杆摩擦以及紧急关断工况）提供足够的扭矩或推力。.

执行器的规格可能包括：

• 故障开、故障关或故障保持状态
• 规定的营业开始和结束时间
• 所需的最低空气、液压或电力供应
• 部分行程或全行程测试
• 本地和远程位置显示
• 危险区域电气分类
• 防火或环保要求

8. 低温测试与文件记录

仅靠常压和阀座试验可能无法充分验证阀门在液化天然气（LNG）温度下的性能。因此，项目要求可能规定需进行低温生产试验、低温型式试验、无组织排放试验、材料可追溯性、冲击试验报告、无损检测以及执行机构功能试验。.

试验范围应明确规定试验温度、试验介质、阀门安装方向、泄漏限值、工作循环次数、压力等级、测量方法、见证要求以及随阀门提交的文件。.

液化天然气设施中常用的阀门类型

在移动设备上，请横向滑动以查看完整表格。.

液化天然气阀门的材料选择要点

LNG阀门的选材必须同时兼顾低温韧性和工艺兼容性。所选材料不仅必须适用于规定的设计温度和压力，还必须满足项目在耐腐蚀性、焊接、热处理、冲击试验、可追溯性以及无损检测方面的要求。.

材料建议必须对照完整的项目数据表和相关标准进行核对。.

液化天然气阀门常用的参考标准

适用的标准取决于阀门类型、安装方式、工艺系统、客户规范以及管辖区域。项目文件可能会引用涉及低温阀门设计、管道阀门、压力-温度额定值、低温试验、耐火试验、排放以及压力设备等内容的标准。.

• ISO 28921-1: 特定低温隔离阀和止回阀的设计、材料、制造及生产测试。.
• ISO 28921-2: 隔离阀的低温型式试验。.
• ISO 21011: 用于低温容器的阀门的设计、制造和试验要求。.
• ASME B16.34： 适用工业阀门的压力-温度额定值、材料、尺寸、试验、检验和标记。.
• API 6D 规范： 项目中指定的管道及管路阀门的要求。.

捷斯特阀门如何支持液化天然气项目

JST Valve 与客户合作，评估阀门运行条件，并制定针对具体项目的解决方案。根据具体应用和经批准的技术规范，供货范围可能包括低温球阀、闸阀、截止阀、止回阀、蝶阀、带执行机构的阀门成套设备以及定制流量控制产品。.

JST Valve 的工程支持可能包括：

• 对介质、温度、压力和压差数据的审查
• 壳体、饰件、座椅、密封件和垫片材料的选择
• 加长盖和加长杆配置
• 型腔压力释放与阀座方向评估
• 气动、电动、液压或失效安全型执行器套件
• 定制尺寸、连接方式和操作方式
• 根据采购要求进行检验、测试、可追溯性及文件记录

选择液化天然气阀门所需的信息

如需获取关于LNG阀门的准确技术建议和报价，请提供以下信息：

• 工艺介质及流体全成分
• 最低、正常和最高工作温度
• 金属的最低设计温度
• 工作压力和设计压力
• 最大关闭压差
• 阀门类型、公称尺寸和压力等级
• 要求的流向和安装方向
• 必备的泄漏验收标准
• 车身、饰件、座椅、填充物和垫片的要求
• 端接与对口标准
• 执行器类型、失效位置和所需运行时间
• 低温、防火、排放及功能测试要求
• 所需的证书、检验计划、图纸和文件
• 数量、交货时间表和项目目的地

关于液化天然气阀门的常见问题

液化天然气（LNG）阀门必须能承受多高的温度？

直接液化天然气（LNG）工况下的温度可能接近约−162°C。不过，阀门所需的设计温度取决于具体位置和工艺条件。液化天然气设施中的某些阀门是在温度稍高的低温、蒸汽、公用工程或再气化工况下运行的。.

为什么低温液化天然气阀门要使用加长阀盖？

加长的阀盖或阀杆有助于将填料和阀杆密封区域远离工艺中最寒冷的区域。其尺寸和方向必须考虑到保温、热传导、冷蒸汽、可维护性以及执行机构的安装。.

为什么在液化天然气球阀中，腔内压力释放如此重要？

封闭阀腔内的液化天然气（LNG）可能会吸收热量、汽化并导致压力不断升高。因此，必须根据项目的管道设计和隔离原则，对球阀的阀座布置及泄压方向进行审查。.

液化天然气（LNG）隔离通常使用哪些阀门？

在进行隔离时，通常会考虑使用低温球阀和闸阀。对于某些大口径应用，可选用蝶阀，但最终的选择取决于泄漏要求、压降、操作扭矩、空间、重量以及项目标准。.

液化天然气（LNG）阀门也能调节流量和压力吗？

是的。球阀、控制阀、分段式球阀以及部分蝶阀均可设计用于流量或压力调节。控制阀的选型必须评估流量系数、压降、闪蒸、空化、噪音、所需调节范围以及执行机构的响应。.

JST Valve 能否生产定制的液化天然气阀门？

JST Valve 可根据客户的工艺数据、图纸、材料要求、适用标准、执行机构规格、检验计划、测试范围以及文件要求，对定制阀门配置进行评估。.

技术参考

更多技术信息请参见

美国能源信息署液化天然气概述



ISO 28921-1 低温阀门标准

该

ISO 21011 低温阀门标准

以及

ASME B16.34