轴流止回阀在LNG接收站的应用

轴流止回阀由于节能、降噪、低流阻、防水锤、开关快等特点，广泛应用于油气集输管道，这种阀门在LNG接收站的应用报道很少。事实上，中国已经建成或正在建设的大型项目已经建成。LNG轴流止回阀用于广东大鹏、福建莆田、浙江宁波、粤东、天津等关键部位。LNG在接收站的设计过程中，轴流止回阀在接收站的应用顺势而生，既充分考虑了先进技术、可靠性、安全性、稳定性等特点，又遵循了消声减震、节能减排等设计原则。

1 轴流止回阀的结构形式和性能特点

1.1 轴流止回阀的结构形式

轴流止回阀结构简单，主要由阀体、阀座、阀瓣、弹簧、导套、导流罩等部件组成，其内部结构如图1所示。

1-阀体；2-阀座；3-阀瓣；4-弹簧；5-导套；6-导流罩。

图1

轴流止回阀通过阀门进出口端的压差来确定阀门的开启和关闭。当进口压力与出口压力循环之和时，阀门打开；当出口压力与弹簧弹性之和大于进口压差时，阀门关闭。阀门开关状态结构如图2和图3所示。

图2 阀门开启状态内部结构图

图3 阀门关闭状态内部结构图

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1.2 轴流止回阀的结构特点

传统的升降式或旋启式止回阀是利用铰链或者弹簧固定阀板，流体较少或流速较低时板往往存在阀板不能完全打开的现象，从而造成流体流动不稳定、噪声大、水锤现象严重等工况，而轴流式止回阀的直通轴流式对称结构和过流表面的流线型设计，使得它与传统结构的止回阀相比具有不可比拟的优点，主要如下：

(1)快速启闭:轴流止回阀阀瓣行程短，流线型结构设计阻力小，可快速关闭。

（2）无噪声：阀门在动态平衡系统中打开和关闭，阀门运行平衡，关闭时回流速度小，弹簧复位使阀门无冲击，降低噪声和水锤效应。

(3)密封性能优异:阀瓣质量轻，短行程关闭后对阀座冲击小，能有效减少阀座密封面损坏造成的泄漏。

（4）操作能耗低：流经轴流止回阀的流体只需克服弹簧力即可打开所有阀门。所需的临界流量远低于旋转止回阀所需的临界流量。在充分保证流通面积的前提下，可以最大限度地降低操作能耗。

(5)流体阻力小:轴流结构和过流表面的流线型流道可以保证流体处于层流状态，使阀门的流阻系数小，节能。

（6）安装灵活：轴流止回阀长度短，质量轻，安装位置小，可水平、垂直、任意角度安装。

2 轴流止回阀在LNG接收站的应用

LNG接收站的主要功能是接卸LNG船舶运输LNG，天然气通过输气管道或直接储存、加压和气化LNG主要包括卸料系统、储存系统、蒸发气处理系统，通过槽车运输给下游用户LNG加压及气化系统、天然气外输及计量系统、燃料气系统、槽车装载系统LNG排放系统和安全排放系统。根据工艺要求，LNG几乎所有接收站系统都配备了止回阀，以防止流体倒流，但由于目前应用于LNG行业内所有这类阀门都依赖进口，价格相对昂贵，只有轴流止回阀配置在一些关键位置。

2.1 LNG轴流止回阀配置在接收站的原则

LNG轴流止回阀是否需要配置在接收站主要遵循以下原则：

(1)容易产生水锤效应的系统

水锤效应是指在压力管道中，由于液体流量的快速变化，管道中的液体压力变化明显、重复、快速。压力的影响会使管壁受力并产生噪声，就像锤击管道一样，被称为水锤效应。水锤效应的主要危害是管道系统的压力变化会导致管道和设备的剧烈振动，管壁力超过正常允许范围，导致管道及相关设施的损坏，容易发生泄漏、火灾等安全事故。

轴流止回阀启闭迅速，阀门行程短。弹簧复位时，阀门对阀体和阀座无冲击。流线型设计可有效降低水锤效应。

(2)间歇操作系统开关相对频繁

通常，LNG接收站是根据每年365日的连续运行条件设计的。接收站必须满足城市管网连续供气的要求（除不可抗力事故外），但根据站内各系统的功能特点和项目所在地的市场情况，部分系统在运行过程中不连续运行。间歇操作系统中阀门的突然关闭或打开很容易在惯性作用下产生水锤。因此，在LNG接收站设计止回阀时，间歇操作系统考虑轴流止回阀。

(3)流体压力高的系统

当阀门突然关闭或打开时，流体压力较高，阀门前后瞬时压差较大。管道压力越高，阀门突然关闭时流体惯性越大，流体冲击波对管道系统的危害越大。因此，在LNG在接收站设计止回阀选型时，采用轴流止回阀作为间高压系统。

(4)泵出口管道

止回阀的主要作用是防止介质倒流引起泵及驱动电动机反转，因此，在LNG在接收站设计过程中，LNG轴流止回阀用于输送泵的出口。

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2.2 LNG轴流止回阀在接收站的位置组合

   根据第2.一中选择原则，LNG轴流止回阀的主要位置组合如表1所示。

表1 LNG轴流止回阀的主要位置组合在接收站

   

注：管道系统是否容易产生水锤效应AFTimpulse其他指标，如操作特性、流体压力等，也是基于模拟计算的理论结果。

3 应用于LNG接收站轴流止回阀生产现状

应用于LNG接收站的轴流止回阀不仅满足常温阀的优良性能，而且必须满足阀体和部件的力学性能、强度和刚度℃安全运行的要求。

目前应用于LNG低温轴流止回阀的制造技术主要集中在英国等国外GOODWININTERNATIONALLTd.、韩国的S＆SVALVECO.LIMTED和法国的MalbranqueSAS等等，这些公司的产品在国内外LNG行业应用性能好，阀门设计、制造、检验、试验均采用欧美标准。

经过多年的研究和实践，国内制造商在轴流止回阀的设计、制造、检验、实验等方面积累了成熟的经验，部分制造商成功制造了苏州新威阀门有限公司、自贡高压阀门有限公司等这类阀门，但这类阀门应用于常温管道系统，在LNG到目前为止，该行业还没有应用案例。

4 结术语

随着中石油、中石化海油等能源公司LNG中国的行业干预LNG接收站的建设越来越多LNG卫星站收站的卫星站和中转站的建设速度将逐步加快，对轴流止回阀的需求将越来越大。进口阀不仅昂贵，运输和售后服务繁琐，而且在合同执行过程中也会给项目建设带来很大的麻烦LNG轴流止回阀的定位势在必行。