介紹了液化天然氣槽車用緊急切斷閥的結(jié)構(gòu)特點、工作原理和動作特性，探討了易熔合金熔化溫度的選擇。

1、概述

　　液化天然氣(LNG) 作為管道天然氣的有益補充，在優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，促進經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展，實現(xiàn)節(jié)能減排和治理環(huán)境方面都發(fā)揮著重要作用，并有助于我國實現(xiàn)能源供應的多元化，從而促進國民經(jīng)濟的發(fā)展。隨著LNG產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，國內(nèi)大量LNG衛(wèi)星站和加氣站建成投運，在LNG從接收站和液化廠到達LNG衛(wèi)星站、加氣站等中小型用戶環(huán)節(jié)中，LNG槽車運輸是目前最廣泛且唯一的陸運方式。緊急切斷閥作為LNG 槽車裝卸料過程中的重要安全保護元件，真空技術網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認為其功能影響到LNG槽車的安全。

2、結(jié)構(gòu)特點

　　LNG 槽車用緊急切斷閥主要由截止閥和氣動裝置兩部分組成( 圖1) 。

　　(1) 非金屬密封結(jié)構(gòu)

　　由于緊急切斷閥在事故狀態(tài)下進行緊急切斷，為保證閥門密封良好，徹底將介質(zhì)隔離，閥瓣上鑲有PCTFE 非金屬密封圈，通過壓板及ISO 7042 型全金屬自鎖螺母緊固。閥瓣與PCTFE 非金屬密封圈接觸的表面車有同心圓的溝槽，實現(xiàn)迷宮功能，確保該部位的密封。

　　(2) 閥瓣導向

　　閥瓣的外圓和閥體的中腔均進行機加工，并采用基孔制H11/d11 配合，以利于閥瓣導向，確保閥瓣在運動時不會傾斜或翹起，從而避免由于閥座不均勻磨損而引起的泄漏。

　　(3) 閥桿導向

　　緊急切斷閥的閥桿加長，以使填料遠離低溫冷媒介質(zhì)，保證填料處于0℃ 以上，確保填料密封可靠。加長后的閥桿屬于細長軸，因此閥桿下端需要徑向支撐。在閥蓋內(nèi)壓入與閥蓋過盈配合用HPb59 -1材料制成的導向套，導向套壓入后在導向套與閥蓋接合線靠近閥蓋的一側(cè)打沖眼，以利于導向套限位，防止導向套軸向竄動。導向套既可以起到對閥桿的導向作用，又可以起到對閥桿的支撐作用，避免在極端條件下，造成閥桿彎曲。此外，導向套也防止在閥桿上產(chǎn)生側(cè)面推力。

　　(4) 中法蘭連接螺栓防松

　　由于LNG槽車在運輸過程中不可避免發(fā)生振動，并且在裝卸料過程中閥門要承受交變溫度變化，從而引起螺栓的松弛，進而影響中法蘭墊片的密封。為避免螺栓松弛，在螺栓與中法蘭接觸面位置配置了JB/ZQ 4342 型雙面滾花碟形墊圈，有效防止了螺栓產(chǎn)生松弛現(xiàn)象，確保中法蘭墊片密封可靠。

　　(5) 閥桿雙重密封

　　閥桿密封的填料函中裝有PTFE 填料，填料壓套外圓及內(nèi)孔各加工兩道溝槽，溝槽中分別裝有O形圈，使之與填料函孔及閥桿外圓相密封，從而實現(xiàn)PTFE + 橡膠O形圈的雙重填料密封效果，確保填料部位不發(fā)生外漏。

圖1 LNG槽車緊急切斷閥

　　(6) 活載荷填料

　　由于閥門頻繁啟閉，填料在閥門啟閉過程中不可避免的產(chǎn)生磨損，影響填料的密封性能，為避免這一情況的發(fā)生，填料壓套上設有螺旋圓柱彈簧。通過壓蓋螺母壓緊彈簧，使彈簧貯存彈性能，當填料體積發(fā)生損失，如摩擦、壓實等損耗，以及填料松弛、振動、不同熱膨脹等引起的填料與閥桿接觸力的跌落，彈性能可以彌補填料應力的松弛，使填料在閥門運行期間保護密封，從而延長填料的使用壽命。

　　(7) 易熔塞

　　氣缸上設有易熔塞(圖2) ，當環(huán)境溫度達到易熔塞的設定溫度時易熔塞熔化，放出氣缸中氣體。在彈簧力的作用下，氣缸活塞帶動閥桿及閥瓣將閥門關閉，實現(xiàn)緊急切斷功能。易熔塞是一種熱啟動的卸壓裝置，能防止由于過高的熱量而引起的超壓。易熔塞由塞體和易熔合金( 伍德合金，表1) 組成。為防止在空氣壓力作用下易熔合金被擠出，將塞體內(nèi)孔設計為從受壓端開始一系列孔徑逐漸減小的階梯形孔。易熔合金由鉍、鉛、錫、鎘4 種金屬組成。按不同質(zhì)量百分比組成時，可實現(xiàn)不同的熔化溫度(表1) 。易熔合金組成的4 種金屬純度要求較高，其中鉍的純度不小于99.95%，鉍中雜質(zhì)含量應符合表2 的規(guī)定，鉛的純度不低于99. 94%，錫的純度不低于99.90%，鎘的純度不低于99.95%。

圖2 易熔塞

表1 易熔合金Wt%

表2 鉍中雜質(zhì)含量Wt%

　　(8) 手動功能

　　氣缸設有手動操作機構(gòu)，在沒有氣源的情況下，可手動實現(xiàn)閥門的啟閉。

3、工作原理

　　氣缸充入0.4 ～0.7MPa 氣壓時，活塞上升帶動閥桿開啟閥門。關閉閥門時，將氣缸內(nèi)的氣體排空，活塞在彈簧力作用下帶動閥桿與閥瓣向下運動，密封件壓緊閥座，閥門關閉。氣動操作時，當閥門的周圍環(huán)境溫度達到易熔合金熔化溫度( 70 ± 5℃) 時，易熔塞內(nèi)部的易熔合金就會熔化，氣缸內(nèi)的空氣會自動排空，活塞在復位彈簧力及閥桿、閥瓣組件重力的作用下，帶動閥桿及閥瓣將閥門關閉。當沒有氣源時，逆時針旋轉(zhuǎn)手輪帶動閥桿及閥瓣向上運動，可手動開啟閥門，反之操作，則實現(xiàn)手動關閉閥門。

4、動作特征

　　(1) 超溫關閉

　　當易熔塞在設定溫度下熔化時，緊急切斷閥實現(xiàn)超溫關閉、緊急切斷的特性。

　　現(xiàn)有的國家標準和行業(yè)標準均規(guī)定易熔塞在環(huán)境溫度達到70 ± 5℃時，應能熔化，該數(shù)據(jù)來源于日本JLPA NO.6:1977 最后草案的規(guī)定，該標準已被JLPA 206:2000 代替。在JLPA 206 標準中規(guī)定，易熔合金的熔化溫度應不超過110℃，并且JLPANO.6 及JLPA 206 規(guī)定僅適用于LPG 裝置。美國NFPA 59A 標準中關于LNG 槽車的技術要求則規(guī)定按照NFPA 58 標準執(zhí)行，該標準規(guī)定易熔合金的熔化溫度應不超過121℃。建議國內(nèi)各相關制造企業(yè)及標準化管理部門應研究我國的相關標準是否按照JLPA 206 或NFPA 58 提高切斷溫度的可行性，從而確保LNG 槽車裝卸料過程的安全可靠。

　　(2) 緊急切斷時間

　　由于氣動裝置的活塞上設有彈簧復位機構(gòu)，可以實現(xiàn)緊急關閉閥門、切斷介質(zhì)流道的特性，其切斷時間小于10s。

　　(3) 防自然關閉

　　LNG 槽車在裝卸料過程中，需連續(xù)運行48h，此時緊急切斷閥處于全開位置。非事故狀態(tài)下，閥門不允許自然關閉。因此閥門在全開狀態(tài)下進行裝卸時不能自然關閉，以保證LNG槽車的正常裝卸料。

　　(4) 耐振動

　　LNG 槽車在公路上運輸，由于公路路線長，路況復雜，LNG槽車在行駛過程中必然會受到振動，因此要求緊急切斷閥必須具有耐振動功能。閥門應按GB/T 22653-2008 的規(guī)定通過振動型式試驗。

5、結(jié)語

　　緊急切斷閥是LNG 槽車裝卸料過程中的重要安全附件。在非裝卸料時，閥門處于關閉狀態(tài)。在裝卸料時，閥門開啟。裝卸料過程中，非事故狀態(tài)下，閥門不能自然關閉。當環(huán)境溫度達到易熔合金設定切斷溫度范圍內(nèi)時，緊急切斷閥應迅速關閉，切斷介質(zhì)，確保LNG 槽車在裝卸料過程中的安全。由于易熔合金的設定切斷溫度與閥門性能相關，建議國內(nèi)相關企業(yè)及有關技術監(jiān)督部門應研究是否參照國外相關標準進行修訂。