CN102454813A

CN102454813A - 管道内置多股流低温减压节流阀

Info

Publication number: CN102454813A
Application number: CN2011102930571A
Authority: CN
Inventors: 张周卫; 汪雅红; 张小卫; 吴金群; 庞凤皎; 刘智勇; 杨惠君; 丁世文; 李炎; 李建霞; 刘建林; 许凤
Original assignee: 张周卫
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2031-10-07
Also published as: CN102454813B

Abstract

本发明涉及一种-200℃低温***用管道内置多股流低温减压节流阀技术，即将多股流低温减压节流阀通过定位机构内置于管道内，无需法兰或螺纹连接，实现多股流低温流体无密封无泄漏管道输运及过程控制目的，解决了管道内低温流体由于低温高压工况易突变引起密封面破坏从而造成管道泄漏问题，以及单股流节流制冷减压过程中带来的振动及噪音问题，适用于管道内低温流体的减压及节流制冷过程，有利于管道内低温流体压力及温度控制，使低温相变输运过程保持相对稳定，节流制冷效率显著提高。本发明也可用于解决变压、变温、变流量的管道内大流量低温流体动态相变制冷带来的技术难题，提高管道内低温流体的相变制冷效率，实现管道低温流体的有效管理。

Description

管道内置多股流低温减压节流阀

技术领域

背景技术

在一般低温制冷***中，如液化天然气（LNG）、气体分离及液化等低温领域，成套工艺流程中常用的过程控制阀门数量众多，有压力控制阀、温度控制阀、制冷节流阀及大量的低温开关阀等，均为成套工艺设备中不可缺少的主要设备，且一般都采用法兰或螺纹连接，单股流流动过程。在低温工况下与管道连接的密封材料容易出现低温脆断，密封面经常出现泄漏，存在很大安全隐患，尤其对于易燃易爆气体，泄漏造成的危险性更大，同时在减压节流制冷过程中，常用的单股流减压节流方式存在振动强度大，噪音大，流量小，节流效果较差，节流后气相分压低等缺点。此外，过程控制装备在节流降压过程中会产生强烈的振动，极易造成连接件密封泄漏，阀门寿命降低，如节流阀完全依靠振动才能产生制冷效应等，而强烈的高频振动容易导致阀体部件产生裂纹。管道内输运的低温流体温度及压力极易引起过热沸腾并产生多相流，导致管道内温度及压力发生剧变，所以与管道连接的过程控制阀门须具备以下基本条件：能够承受剧烈的压力及温度瞬间变化过程；阀门连接件密封面尽可能少，流体泄漏尽可能少；管道能够承受剧烈的振动，连接件不脱落，***漏；用于节流制冷及低温液化的节流阀须产生节流制冷效应，可有效节流多相流；减压阀须稳定控制过程压力，在压力突变的情况下可起到安全阀的作用；减压节流过程中尽可能减小振动，但不影响节流制冷过程；流量尽可能大，提高液相节流后的气化率；节流压差尽可能大，以降低低温温区等。本发明针对管道内低温流体过程控制及输运过程中存在的单股流密封泄漏问题，提出低温***用管道内置多股流低温减压节流阀，满足低温流体管道内输运时的压力控制及节流制冷问题，使低温流体在输运及制冷过程中具备无密封、无泄漏、振动小、音低噪、流量大、温区低等特点，减少由于变压、变温出口及流体密度不稳定造成的***压力突变问题，最终实现低温流体无泄漏高效率输运及过程控制目的。管道内置多股流低温减压节流阀在低温流体加注或***起动过程中对过量制冷剂进一步气化膨胀制冷、进一步扩压并保持整体结构稳定、全局压力合理分布同样具有重要作用。

发明内容

本发明根据管道内低温流体多股流输运过程控制技术特点，发明了管道内置多股流低温减压节流阀，用于解决变压、变温、变流量的管道制冷过程中的低温流体流动排放带来的技术难题，减少低温流体输运过程中的泄漏问题、振动问题、噪音问题及流量小问题，提高管道内低温流体过程控制及相变制冷效率，实现低温流体管道内安全减压与节流制冷过程的相对稳定。

本发明的技术解决方案：

管道内置多股流低温减压节流阀主要由压盖1、上卡箍2、阀体3、支撑圈4、管道5、销杆6、销杆卡箍7、阀杆8、弹簧9、下卡箍6组成，所述阀杆8顶部螺纹连接压盖1；压盖1安装于阀体3内；阀体3通过上卡箍2和下卡箍10固定于管道5内；销杆6穿过压盖1及阀杆8预留孔；销杆卡箍7安装于压盖1卡槽内；压盖1与支撑圈4中间安装弹簧9；弹簧9中心为阀杆8；弹簧9预紧阀杆8底部阀芯锥面与阀体3底部扩压腔内表面形成密封面。

压盖1为轴对称结构，中心开有螺孔，顶部为圆锥形，锥形底部为圆柱形，柱面有环形卡槽，卡槽内有水平预留孔，中心开有螺孔；销杆6穿过压盖1及阀杆8预留孔后被环形销杆卡箍7固定于压盖1顶部卡槽内，使阀杆8与压盖1螺纹连接牢固不松动；压盖1中间锥面开有进气孔，中心为环形中空结构，底部圆柱面与阀体3气缸圆柱面接触并可上下滑动。

支撑圈4为整体轴对称中空圆柱形结构，外柱面与阀体3气缸内表面紧密帖合，圆形水平面上方开有中心孔以及围绕中心孔的进气孔，中心孔内表面与阀杆8外表面接触，用以稳定阀杆8。

阀体3为整体轴对称中空圆柱形结构，外柱面与管道5内表面完全贴合，上水平圆环面与上卡箍2底面接触，下水平圆环面与下卡箍10上水平面接触，中心留有多个气缸，每个气缸上部为渐缩结构、中间为两段圆柱形气缸、下部为渐扩结构；每个气缸内均安装压盖1、弹簧9、阀杆8、支撑圈4组件，顶部渐缩腔中心安装压盖1，上圆柱形气缸内安装弹簧9、支撑圈4，下圆柱形气缸为节流前稳压通道，底部渐扩腔中心为阀杆8阀芯，阀芯上锥面与气缸渐扩腔锥面形成密封面。

管道5内壁开有环形上卡槽及下卡槽，卡槽之间安装阀体3，上卡槽及下卡槽内分别安装上卡箍2及下卡箍10，上卡箍2以上为流体高压区，下卡箍10以下为流体低温低压区。

当管道内高压流体压力大于弹簧9预紧力时，流体经压盖1进气孔、阀座3气缸、支撑圈4进气孔并向下流动至阀座3底部下圆柱空间，压迫阀杆8带动压盖1压缩弹簧9并向下运动，经阀杆8底部阀芯与阀座3渐扩腔节流降压后离开阀门，实现低温流体管道5内多股流减压节流制冷功效。

方案所涉及的原理问题：

在-200℃低温工况下，由于大气环境不段提供热量，低温输运管道内低温流体处于饱和或过热状态，极易产生多相流，多相流极易引起过热沸腾或过冷沸腾，使低温流体处于激烈的相变过程并伴随有压力及温度突变，不断产生大量饱和蒸气、过热蒸气、饱和液体、过热液体等。低温流体在管道输运过程中，***压力及温度难以控制，相变制冷过程复杂多变，管道内低温流体温度及压力剧烈变化，使管道与过程控制阀门的连接处法兰密封件或螺旋密封材料极易破坏，导致管道内低温流体泄漏，产生极大的安全隐患。当管道内低温流体减压节流制冷时，强烈振动将导致阀门寿命降低，过程控制噪音增大，管道密封件容易损坏，流量减小，气化率降低，制冷量随之降低等。本发明着重应用管道内置阀门原理、节流微分制冷效应、预应力平衡原理、大流量多股流降噪、增大气化率等原理实现低温流体的有效管理过程。首先，将阀门安装于管道内并实现低温过程控制阀门管道内置。由于低温阀门安装于管道内，外表无连接件、无密封、无泄漏，整体管道连续不中断，管道连接处无密封面，从而解决了低温流体管道连接件密封易破坏、***易泄漏问题。同时，管道外为光滑管，无法看到管道内阀门的安装痕迹，使过程控制工艺流程更加简单，外部设备管理更加方便。其次，应用节流微分效应，通过管道内置节流阀控制管道低温***温度，可产生节流制冷效应并输出冷量，使流体温度为所需控制温度。然后，应用预应力平衡原理，使弹簧在低温工况下的预应力与管道内工作压力达到平衡，当管道压力达到弹簧预应力时阀门打开并节流减压，管道压力降低后阀门自动关闭。另外，可通过减压机构控制低温***内低压压力为流体所需控制压力，当管道内压力达到***许用压力时，减压阀可自动打开，小于许用压力时，阀门关闭，以此实现定压控制目的。最后，以多股流大流量节流方式代替单股流方式，克服单股节流减压节流时流量小、气化率低、振动大、噪音大、密封易损、制冷效率低等缺点，应用多股流流量大、气化率高、振动小、噪音小、制冷效率高、阀门寿命长、密封不容易破坏等优点，实现管道内低温流体无密封无泄漏多股降压及节流制冷目的。此技术也可应用于常温下高压气体的减压过程以及低温液体的气化调峰增压过程。

本发明的技术特点：

针对管道内低温流体过程控制问题，管道内置多股流低温减压节流阀能够满足管道低温流体压力及温度控制要求，实现低温流体管道内无密封、无泄漏输运过程，可充分利用管道内节流冷量，实现管道内低温流体高低压控制目的，以及减压与节流制冷双重效用；管道内置减压节流阀能够有效节流饱和蒸汽、饱和流体、过冷液体、过冷蒸汽及多相流，使***能够安全减压并节流制冷，实现管道低温流体的有效管理；多股流流动控制过程流量大，气化率高，振动小，噪音小，制冷效率高，密封不易破坏，阀门寿命长；管道内置减压节流阀采用管道内置阀门设计方式，安装方便，克服了以往法兰式或螺纹连接式阀门的密封泄漏缺点，即节省材料又减少了繁琐的安装过程，有效节约了工艺流程空间，为现场工艺流程管理带来了方便。

附图说明

图1所示为管道内置多股流低温减压节流阀的主要部件及安装位置关系。

具体实施方式

在低温工况下校正弹簧9预应力，使弹簧9预应力与管道5工作压力一致；截取部分安装管道5并在管道5内加工上下两道卡槽，将加工制造好的阀门安装于管道5中，再安装上卡箍2及下卡箍10；调整管道低压控制压力为对应流体工作压力；将已经安装好的管道5焊接到工艺管道中；如果管道5工作压力超过许用压力，则减压节流阀低压端自动打开以节流方式泄压并产生节流制冷效应，当***压力低于工作压力时，阀门自动关闭。

具体过程如下所述：

缓慢打开低温管道5主开关阀门，应用少量低温流体预冷减压节流阀主要部件，预冷完成后，***压力增大，低温流体进入减压节流阀阀体3气缸内，压力达到并大于弹簧9预紧力时，压迫阀杆8带动压盖1压缩弹簧9并向下运动，经阀杆8底部阀芯与阀体3渐扩腔节流降压后离开阀门，实现低温流体管道5内无密封无泄漏多股流降压及节流制冷功效。

Claims

1.一种管道内置多股流低温减压节流阀，主要由压盖（1）、上卡箍（2）、阀体（3）、支撑圈（4）、管道（5）、销杆（6）、销杆卡箍（7）、阀杆（8）、弹簧（9）、下卡箍（6）组成，其特征在于：所述阀杆（8）顶部螺纹连接压盖（1）；压盖（1）安装于阀体（3）内；阀体（3）通过上卡箍（2）和下卡箍（10）固定于管道（5）内；销杆（6）穿过压盖（1）及阀杆（8）预留孔；销杆卡箍（7）安装于压盖（1）卡槽内；压盖（1）与支撑圈（4）中间安装弹簧（9）；弹簧（9）中心为阀杆（8）；弹簧（9）预紧阀杆（8）底部阀芯锥面与阀体（3）底部扩压腔内表面形成密封面。

2.根据权利要求1所述的管道内置多股流低温减压节流阀，其特征在于：压盖（1）为轴对称结构，中心开有螺孔，顶部为圆锥形，锥形底部为圆柱形，柱面有环形卡槽，卡槽内有水平预留孔；销杆（6）穿过压盖（1）及阀杆（8）预留孔后被环形销杆卡箍（7）固定于压盖（1）顶部卡槽内，使阀杆（8）与压盖（1）螺纹连接牢固不松动；压盖（1）中间锥面开有进气孔，中心为环形中空结构，底部圆柱面与阀体（3）气缸圆柱面接触并可上下滑动。

3.根据权利要求1所述的管道内置多股流低温减压节流阀，其特征在于：支撑圈（4）为整体轴对称中空圆柱形结构，外柱面与阀体（3）气缸内表面紧密帖合，圆形水平面上方开有中心孔及围绕中心孔的进气孔，中心孔内表面与阀杆（8）外表面接触以稳定阀杆（8）。

4.根据权利要求1所述的管道内置多股流低温减压节流阀，其特征在于：阀体（3）为整体轴对称中空圆柱形结构，外柱面与管道（5）内表面完全贴合，上水平圆环面与上卡箍（2）底面接触，下水平圆环面与下卡箍（10）上水平面接触，中心留有多个气缸，每个气缸上部为渐缩结构、中间为两段圆柱形气缸、下部为渐扩结构；每个气缸内均安装压盖（1）、弹簧（9）、阀杆（8）、支撑圈（4）组件；顶部渐缩腔中心安装压盖（1），上圆柱形气缸内安装弹簧（9）、支撑圈（4），下圆柱形气缸为节流前稳压通道；底部渐扩腔中心为阀杆（8）阀芯，阀芯上锥面与气缸渐扩腔锥面形成密封面。

5.根据权利要求1所述的管道内置多股流低温减压节流阀，其特征在于：管道（5）内壁开有环形上卡槽及下卡槽，卡槽之间安装阀体（3），上卡槽及下卡槽内分别安装上卡箍（2）及下卡箍（10），上卡箍（2）以上为流体高压区，下卡箍（10）以下为流体低温低压区。

6.根据权利要求1所述的管道内置多股流低温减压节流阀，其特征在于：当管道内高压流体压力大于弹簧（9）预紧力时，流体经压盖（1）进气孔、阀座（3）气缸、支撑圈（4）进气孔并向下流动至阀座（3）底部下圆柱空间，压迫阀杆（8）带动压盖（1）压缩弹簧（9）并向下运动，经阀杆（8）底部阀芯与阀座（3）渐扩腔节流降压后离开阀门，实现低温流体管道（5）内多股流减压节流制冷功效。