李金城 
在LNG行業(yè)中，依據(jù)相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，如EN 1473或NFPA 59A，以及當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)(尤其是LNG罐區(qū))，最終用戶(hù)已經(jīng)普通接受低溫深冷閥采用對(duì)焊BW連接方式與管道相連，用戶(hù)指定閥門(mén)采用法蘭連接的情況已經(jīng)很少。在閥體焊接到管道上成為普及的解決方案時(shí)，問(wèn)題也隨之而來(lái)，閥門(mén)出現(xiàn)故障時(shí)如何檢修？操作人員如何更換關(guān)鍵部件？
三偏心閥的設(shè)計(jì)非常適合深冷應(yīng)用
三偏心閥采用三個(gè)偏心設(shè)計(jì)，因其金屬對(duì)金屬扭矩密封、90度旋轉(zhuǎn)全行程無(wú)摩擦的特性，實(shí)現(xiàn)真正意義上的雙向零泄漏性能，即按照現(xiàn)行的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，在高壓水測(cè)試和低壓空氣測(cè)試下均無(wú)可見(jiàn)的泄漏。它的免維護(hù)內(nèi)件設(shè)計(jì)(密封結(jié)構(gòu)中沒(méi)有任何軟材料)，使其擁有超長(zhǎng)壽命并幾乎不需要維護(hù)。
低溫三偏心閥是一種帶有延長(zhǎng)閥蓋和彈性實(shí)心金屬密封圈的閥門(mén)，使用的密封圈是由高耐腐蝕材料Nitronic 50超級(jí)奧氏體不銹鋼制成，它在低溫下的強(qiáng)度比我們常規(guī)的奧氏體不銹鋼316要高出2~4倍，能夠在極低溫度下保證機(jī)械特性。
什么是正頂裝和側(cè)頂裝設(shè)計(jì)
三偏心閥(TOV)在LNG行業(yè)應(yīng)用上的設(shè)計(jì)本著降低逸散性外漏風(fēng)險(xiǎn)和全生命周期維修任務(wù)的便利性和安全性，從最初的雙法蘭，到對(duì)焊連接，再升級(jí)到正頂裝式對(duì)焊閥體設(shè)計(jì)，如下圖1。
正頂裝式閥的閥板采用上裝結(jié)構(gòu)，需要將閥內(nèi)件在外部進(jìn)行維護(hù)以及易損件的更換時(shí)，整個(gè)閥板閥桿以及閥板上的密封圈都可以從閥體上部吊裝出閥體內(nèi)部，也就是閥門(mén)無(wú)需從管道上切割下來(lái)，就可以進(jìn)行閥內(nèi)件、閥桿、閥板、密封圈、軸承的維修和更換。
圖1正頂裝式對(duì)焊低溫深冷閥
側(cè)頂裝式閥如圖2，采用的是常規(guī)閥板側(cè)裝方式，加長(zhǎng)一端閥體長(zhǎng)度，在其上方開(kāi)一監(jiān)測(cè)孔(通常俗稱(chēng)檢修口)。當(dāng)閥門(mén)與管道焊接連接后，閥內(nèi)件無(wú)法從閥體上方抽出，維修和更新內(nèi)件需要從監(jiān)測(cè)孔內(nèi)進(jìn)行操作。
圖2 側(cè)頂裝式對(duì)焊低溫深冷閥這種設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)在于：
閥座通常為 316奧氏體不銹鋼，經(jīng)滲氮硬化，滲氮層的厚度通常只有20微米。而正頂裝閥門(mén)常規(guī)采用耐磨、較高彈性的Stellite堆焊層作為閥座，厚度達(dá)到2.5毫米，能夠有效消除機(jī)械故障、并長(zhǎng)時(shí)間地維持閥門(mén)的低泄漏，達(dá)到全生命周期免維護(hù)。側(cè)頂裝式多采用多層石墨層壓密封圈，石墨材料在低溫下會(huì)變得易碎，而且，石墨在低溫下的收縮系數(shù)比不銹鋼小2~3倍，意味著低溫工況下，石墨會(huì)被擠出不銹鋼密封層。
側(cè)頂裝閥門(mén)暴露在介質(zhì)中的螺栓數(shù)量比整體閥座型增加了一倍多，這就需要更加特殊地采取有效防止螺栓松動(dòng)的措施?？偟膩?lái)說(shuō)，這種設(shè)計(jì)造成密封部件容易損壞，因此必須進(jìn)行定期維護(hù)。
由于閥內(nèi)件無(wú)法抽出，維修人員探身或進(jìn)入監(jiān)測(cè)孔進(jìn)行維修，如圖3和4所示。不但直接暴露在安全風(fēng)險(xiǎn)中(因?yàn)榻橘|(zhì)是LNG有毒氣體會(huì)造成風(fēng)險(xiǎn)更大，人吸進(jìn)純LNG，迅速失去知覺(jué)，幾分鐘就會(huì)造成死亡)，且大口徑閥門(mén)的內(nèi)件更換很難完成(監(jiān)測(cè)孔小且不方便操作)。
試想一下當(dāng)工作人員維修有害氣液體介質(zhì)的高壓、大口徑側(cè)頂裝式閥門(mén)時(shí)，人員要佩戴防毒面具、要采取特殊安全措施和持續(xù)監(jiān)測(cè)供氧；如果出現(xiàn)意外加壓、閥門(mén)意外動(dòng)作以及重型部件的拆除情況，這個(gè)工作難度不言而喻。
頂裝設(shè)計(jì)的閥門(mén)能實(shí)現(xiàn)在線維護(hù)嗎?
如上所述，側(cè)頂裝閥旁邊的檢修口最大的功能是檢查觀測(cè)孔，英文稱(chēng)為Inspection door。來(lái)源于LNG船的維修人員進(jìn)行日常巡檢時(shí)，用一鏡子伸到孔中觀測(cè)閥門(mén)是否嚴(yán)密關(guān)斷。如果閥體和閥板密封圈有泄漏，就會(huì)存在間隙，在鏡子中就會(huì)有光線。
監(jiān)測(cè)孔的“在線檢修”是很難實(shí)現(xiàn)的：
DN400口徑及以下的閥門(mén)，監(jiān)測(cè)孔的尺寸很小。例如：DN200的閥門(mén)，其矩形監(jiān)測(cè)孔的內(nèi)徑長(zhǎng)x寬約為200*100mm，如圖5所示。在如此狹窄的空間內(nèi)用手和工具來(lái)更換閥內(nèi)件，等同于盲操作。再加上閥板密封圈和閥座密封圈的螺栓往往有放松措施以防止螺栓松落，這種防松螺栓的盲操作使拆卸動(dòng)作更是難上加難。
大口徑閥門(mén)，如DN600-DN1050，從檢修口邊沿到閥座密封圈最下沿的距離(如圖6的長(zhǎng)度A)約為800-1200mm。而通常人胳膊長(zhǎng)度(如圖6的長(zhǎng)度B)為600-700mm，意味著人手從監(jiān)測(cè)孔伸入閥體內(nèi)后是無(wú)法夠到閥體根部的閥座密封圈螺栓從而進(jìn)行拆卸。
超大口徑閥門(mén)，如DN1100，如圖3/4所示，維修人員必須鉆到管道內(nèi)進(jìn)行維護(hù)，這可能對(duì)人員安全形成巨大風(fēng)險(xiǎn)。
對(duì)于大口徑和超大口徑閥門(mén)，一個(gè)閥板密封圈壓蓋的重量往往也不是一個(gè)人能夠靠雙手來(lái)實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)的。而側(cè)頂裝式閥的設(shè)計(jì)使吊裝設(shè)備也很難發(fā)揮作用。閥門(mén)密封面距離檢修口還有一段距離，這意味著操作更困難。從圖3和4可以看出，通過(guò)側(cè)頂裝的檢修口來(lái)進(jìn)行維修是多么的不安全和困難。
另外，側(cè)頂裝閥在維修時(shí)也是需要將執(zhí)行機(jī)構(gòu)卸掉，以避免閥門(mén)誤動(dòng)作對(duì)維修人員造成傷害，如圖5右。
在滿(mǎn)足外漏測(cè)試ISO 15848-1標(biāo)準(zhǔn)下，正頂裝型式與側(cè)頂裝型式的優(yōu)劣勢(shì)
按照ISO 15848-1的規(guī)定，揮發(fā)性物質(zhì)外漏的測(cè)試包括閥體閥蓋的密封，和填料處的密封。對(duì)于側(cè)頂裝式閥，閥體閥蓋必須包括閥體閥蓋處的泄漏量以及維護(hù)口的泄漏量，兩者相加的最高值不能超過(guò)50PPM，如圖7所示；而正頂裝只有閥體閥蓋一處泄漏點(diǎn)，如圖8所示。
正頂裝提升閥板閥蓋時(shí)，是不需要?jiǎng)犹盍系模粫?huì)破壞ISO 15848-1或者TA-LUFT認(rèn)證的閥桿密封填料系統(tǒng)。而且閥桿填料壓蓋的螺栓扭矩是在閥門(mén)維護(hù)過(guò)程中需要時(shí)時(shí)監(jiān)控的。隨著管道系統(tǒng)的緊湊設(shè)計(jì)帶來(lái)的整體管道振動(dòng)，會(huì)引起填料壓蓋螺栓的松動(dòng)。在ISO 15848-1的測(cè)試中，明確規(guī)定填料測(cè)試是允許填料壓蓋螺栓的緊固的，緊固的次數(shù)用SSA NO.記錄在報(bào)告上。而正頂裝的閥蓋提升更換密封圈以及維護(hù)等動(dòng)作對(duì)于閥體閥蓋連接法蘭的動(dòng)作，這一點(diǎn)和側(cè)頂裝的維護(hù)人孔的動(dòng)作是一樣的。
側(cè)頂裝式閥的檢修口增加了泄漏渠道
正頂裝結(jié)構(gòu)還避免了側(cè)頂裝結(jié)構(gòu)下額外增加的側(cè)裝檢修口法蘭所帶來(lái)的另一個(gè)泄漏渠道。而且也減少了絕熱保護(hù)的管道壓力容器由于過(guò)多法蘭連接而造成的冷損失。
NFPA 59A LNG生產(chǎn)儲(chǔ)存及操作標(biāo)準(zhǔn)(危險(xiǎn)評(píng)價(jià))和EN1473 LNG岸上設(shè)備安裝及設(shè)計(jì)(安全限制值、安全要素)中明確規(guī)定“頂裝結(jié)構(gòu)大大減少了法蘭連接的數(shù)量，以避免LNG泄露，增加安全性 – 涉及地震、易燃易爆物的泄漏、溢出、擴(kuò)散、爆炸、燃燒、超壓、中毒、加熱蒸發(fā)等危險(xiǎn)因素的防范 – 安全措施和安全技術(shù)要求”。
側(cè)頂裝結(jié)構(gòu)不但沒(méi)有減少法蘭數(shù)量，而且還在原有的閥門(mén)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上增加了檢修口的法蘭數(shù)量，達(dá)到3個(gè)，如圖9左側(cè)紅圈。而正頂裝的法蘭數(shù)量只有1個(gè)(底部端蓋焊死)，如圖9右側(cè)紅圈。
結(jié)論
幾十年來(lái)，三偏心蝶閥集多年閥門(mén)專(zhuān)業(yè)知識(shí)并與LNG客戶(hù)深入溝通，對(duì)LNG低溫深冷三偏心閥的設(shè)計(jì)不斷進(jìn)行優(yōu)化，之所以推薦使用正頂裝對(duì)焊三偏心閥，正在從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在保證雙向零泄漏、無(wú)閥腔設(shè)計(jì)、全金屬結(jié)構(gòu)、很低/零維護(hù)需求的同時(shí)，全生命周期維護(hù)的安全、便利和維護(hù)成本低也是客戶(hù)考慮的重中之重。
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