3 材料选择

LNG工程用低温阀门的材料选择非常重要，材质不合格，会造成壳体及密封面的外漏或内漏，零部件的综合机械性能、强度满足不了使用要求，甚至断裂，必然导致液化天然气介质泄漏，引起爆炸。由于金属材料在LNG工况环境下，易发生低温冷脆现象，材料强度和硬度大幅提高，塑性和韧性大幅降低，影响阀门的性能和安全。因此，在LNG用低温阀门承压部件选材时，多采用具有面心立方晶格的奥氏体不锈钢材料，其低温环境下变形小，没有明显的低温冷脆临界温度，在－200℃以下，仍能保持较高的韧性，常见材料如304、304L、316、316L等。为防止体、盖材料在低温环境下发生马氏体、奥氏体低温相变，而引起密封面变形失效，一般情况下，对阀体、阀盖等奥氏体材料制作的承压部件，须进行低温深冷处理，使材料的马氏体转变和变形得到充分进行后再进行零件精加工，低温处理的温度应低于材料相变温度(Ms)，且低于阀门实际工作温度，处理时间以2～4h为宜，若条件允许可进行多次低温处理或适当的时效处理［6～10］。为保证材料更加良好的低温性能，铸件铸造时，应尽量避免其产生夹渣、气孔、组织疏松、裂纹等缺陷和成分不均，在铸件检测时其可探部位应尽量100%射线探伤，至少Ⅱ级及以上合格，焊接坡口部位Ⅰ级合格，或直接参照JB/T 6440标准要求执行。

LNG低温阀门内件材料的选择，主要考虑材料的强度、密封特性以及线性膨胀系数等低温性能参数，尽量与承压部件的材料保持一致或采用高强度的耐低温材料，保证常温及低温下零件均能满足设计和使用要求。

4 超低温阀门的检验与试验

4.1相关标准

我国根据低温阀门的实际情况制定了相应的国家标准，最早发布的低温阀门的行业标准为JB/T 7746－1995，随着技术的发展和进度，于2010年8月发布了国家标准GB/T24925－2010《低温阀门技术条件》，对低温阀门的适用温度范围、设计、制造、检验规则及试验方法均作了详细的规定。国际上，较为通用的LNG用阀门标准有英国标准和欧盟标准。其中英国标准BS6364－1984自1984年后共有4此修正，主要是对附录A的超低温试验内容进行了部分修正，2007年确认有效的版本仍是1984年的标准。欧盟有一项专门针对LNG阀门的试验标准规范EN 12567－2000，该标准是最早提出了LNG用阀门型式试验方面的内容。国际标准化技术委员会于2013年发布了国际标准ISO28921.1－2013，对低温阀门的适用温度范围、设计、制造、试验方面作出了规定，同时正在制定的ISO 28921.2－2014标准正在征求意见过程中［11］。

4.2 检验方法

检验方法对验证LNG阀门的性能至关重要。LNG阀门的检验分常温环境和低温环境下的检测，其中低温环境可采用外部冷却法和内部冷却法。2种试验方法的试验装置见图11，12。其中采用外部冷却法的试验装置［1，2，12，13］，目前我国已发布相关的行业标准JB/T12003。

 图11 外部冷却法试验装置结构示意

1．保温材料2．支架3．热电偶4．冷却介质5．下游隔离阀6．温度计7．热电偶(测氦气出口端温度)

8．阀体处热电偶 9．试验阀门10．阀门内部热电偶 11．压力表12．压力调节阀13．上游隔离阀

14．氦气瓶15．容器16．蛇形管17．法兰盲板18．

阀体或法兰盲板处热电偶(可选)图12

内部冷却法试验装置示意1．试验介质进口2．氮增压3．压力表4．试验介质出口5．短管6．泄放阀7．加热线圈8．燃气表9．阀门之撑10．支架11．隔离阀BS6364标准规定采用外部冷却法，即通过将阀门侵泡在冷却介质(通常为液氮)中的方式，以达到所需的试验温度，来检测阀门性能的方法。这种方法适用于阀门批量生产时的出厂检验，GB/T 24925、ISO 28921．1、EN 12567关于产品出厂检验均采用此种方法。内部冷却法即通过阀腔内注入冷却介质的方式以达到所需试验温度来检测阀门性能的方法。EN12567标准规定的阀门寿命试验即采用内部冷却法。

4.3 试验内容

LNG阀门产品的试验检验项目主要包括超低温环境下的阀门动作性能和密封性能，试验介质一般采用氦气。标准BS 6364、ISO 28921．1和GB/T 24925对低温阀门产品冷却介质的选择、动作性能和扭矩测试要求、高压密封要求、高压密封试验的压力增量和阀座密封泄漏率要求等均作了详细的规定。其中在动作性能和扭矩测试，以及阀座密封泄漏率要求方面GB/T24925与国外标准相比而言出入较大。GB/T 24925未明确规定在低温试验温度及阀门公称压力下测量阀门的开关扭矩;且规定－196℃试验条件下软密封阀门的阀座密封试验不允许泄漏。而BS6364、ISO28921．1则对低温测试环境下，阀门的扭矩测试作出了规定，对软密封阀座密封泄漏量要求与硬密封阀座密封泄漏量要求的规定一致。这是GB/T 24925与国外标准区别最大的地方。同时，对于LNG用阀门的寿命试验，国内外目前还没有一个统一的认识。EN 12567是最早规定LNG阀门寿命试验要求的标准，而标准BS 6364和GB/T 24925则没有规定，目前正在制定的标准ISO 28921．2－2014征求意见稿中也规定了低温阀门寿命试验方面的内容。

5 结语

在国内LNG项目中，国产超低温关键位置阀门的市场占有量较少，原因主要是其结构及密封性能很难达到现场工况使用要求。要突破LNG超低温阀门的设计、制造关键技术，必须对LNG工况用低温阀门在结构设计、材料选择及性能研究、阀门低温性能试验及检验等诸多方面进行深入研究，包括长颈阀盖结构设计、体腔防异常升压结构设计、防阀杆吹出结构及防静电结构设计、低温环境下密封结构及防火结构设计、承压部件及内件材料选择及低温性能研究、阀门低温环境下检验与试验分析等。除此之外，阀门制造企业的生产及质量控制水平也至关重要。大力推进LNG超低温关键阀门国产化，逐步应用到LNG工程项目，取代进口，对提升阀门制造企业自身的技术进步，保障国家能源战略安全，都有着重要的意义。