LNG低温阀门使用中的常见故障及处理

陈清兵 温庆城 汪金峰

（中海福建天然气有限责任公司，福建 莆田 351100）

0 引言

福建LNG（液化天然气）站线项目是福建液化天然气总体项目的牵头项目。项目一期工程包括港口、接收站和输气干线3 部分，规模为年处理LNG 260 ×104t（年供气能力为37×108m3）。随着福建LNG站线项目的逐渐完工，自2008 年5 月福建LNG 接收站即开始进行试车调试和试运转。在调试和试运行期间，LNG 管道阀门多次出现不同的故障，对生产和运行都产生了一定影响。按工作温度分类，福建LNG 接收站的阀门可分为超低温阀门、低温阀门、常温阀门3类。部分超低温阀门以及低温阀门由于机械结构或仪表方面的原因而不能动作，对此工艺操作人员是无法进行处理的，但是从工艺操作角度来说对阀门又会有很大的影响。本文拟从工艺操作的角度对故障阀门的故障及其处理办法进行探析，以便为其他LNG项目提供借鉴。

1 现状及问题

福建LNG 接收站生产运行用的阀门大多数是低温阀门，在操作中经常会出现阀门开关时间过长的现象，该类低温阀门在运行过程中故障率相对较高。常见故障表现为阀门回转时爬行严重、球体卡死导致阀门无法动作等。自接收站装置投用以来至今，累计维修阀门数量达8个，其中5个已更换阀门内件，故障率接近30%。有的阀门在常态和低温下都不动作，有的阀门在常态下正常工作而低温下不能正常工作。在接收站运行初期，有较多阀门低温关断球阀不能正常开关，多次出现阀芯不能旋转或旋转不到位的现象，而且在动作过程中出现过阀门外漏，并且检查出比较多的阀门有内漏的情况。这些问题和故障都给生产带来了一定的影响。

2 故障原因及解决方案

在操作中导致阀门出现故障的原因比较多，情况也比较复杂。出现故障的阀门主要集中在低温气动阀门。在操作过程中减少和避免阀门发生故障，这是工艺操作的基本要求。

2.1 低温阀门的机械故障

在操作过程中对气动执行机构提供动力的阀门来说，执行机构膜片的老化破损，气缸活塞磨损漏气，阀门推杆变形、脱落，弹簧断裂和长时间在疲劳强度下使用，仪表空气管路不洁净，阀座松动，阀芯、工艺操作中所要求阀门的正常差压以及填料及垫片磨损等，都会导致阀门出现故障。因此应在正常开关范围内进行操作，避免因压差大、操作频繁、阀体振动过大以及机械损伤而损坏阀门。对低温气动阀门要定期进行测试。

2.2 低温阀门的卡壳

在试车阶段对管道进行处理时，管道内存在未吹扫干净的尘埃、沙粒、焊渣；在水压试验过程中，水分残留在管道或阀腔内，造成结锈、结冰，这此都可能导致阀门卡死。在福建LNG 接收站就发生过很多次阀门卡涩、动作缓慢、阀门卡死的情况，甚至有些阀门由于阀座结冰在低温下就不能动作。如该站的高压返回2号储罐管线上的阀门04-ESDV-0004就出现过这种情况，后经厂商检查后发现阀座和阀腔内都有水，而且在阀腔里还有比较多的渣屑，阀门密封面有一定损伤，厂家将水分和杂质清理后进行测试，阀门在常温和低温情况下都能正常工作。分析认为，这些水分是由于在调试阶段没有干燥好而留下的，所以在吹扫时一定要充分将管道内的水分、杂质吹扫干净，干燥时一定要多开关几次，将阀座与阀腔内的水分都吹出，也可以将阀门堵头拆下进行吹扫、干燥，在做保温工作前要对阀门进行投产前的维护。另外，初次预冷也非常重要，预冷控制不均，会使阀体变形进而损伤阀门，一旦损伤，严重的会使阀门卡涩，轻微的也会造成内漏，对以后的操作都会有一定影响。

当介质温度下降到使材料产生相变时会造成体积变化，会使原本研磨精度很高的密封面产生翘曲变形，致使阀门在低温环境下密封不良。

阀座是一个斜圆锥椭圆密封面，与嵌装在蝶板上的正圆形弹性密封环组成密封系统。密封环可在蝶板槽内径向浮动。当阀门关闭时，弹性密封环首先和椭圆密封面的短轴接触，随着阀杆的转动逐渐将密封环向内推，迫使弹性环再和斜圆锥面的长轴接触，最终形成弹性密封环与椭圆密封面全部接触。它的密封是依靠弹性环产生变形而达到的。因此当阀体或蝶板在低温下产生变形时，都会被弹性密封环吸收补偿，不会产生泄漏和卡死现象。当阀门打开时这一弹性变形立即消失，在启闭过程中基本没有相对磨擦，故使用寿命长。所以要检查阀芯各部分是否被破坏是很重要的。阀座结合面是保证阀门关闭的关键,它受冲击的情况也比较严重。而且介质的冲击常常会使固定阀座的螺纹连接受到振动而松动。要检查阀杆与阀芯、推杆的连接有无松动,是否产生过大的变形、裂纹和腐蚀；要检查聚四氟乙烯或其他填料是否老化、缺油、变质，填料是否压紧；要检查垫片及O 形圈是否老化、裂痕、磨损、变形和断裂。

2.3 低温阀门的内漏

阀门产生内漏主要是由密封圈的磨损或变形造成的。在调试阶段，由于管道内存在尘埃、沙粒以及焊渣，从而造成对阀门密封面的磨损。阀体存在的少量水气遇低温介质结冰后使阀门关闭不严，阀体在预冷过程中，由于预冷控制不均导致阀体变形损伤，以及长时间压差大对密封面的磨损等都会造成阀门的内漏。所以不管是蝶阀还是球阀，在安装阶段的吹扫和干燥都非常重要，这些都是在施工阶段可以控制的因素。只要在施工期严格把好质量关，对以后阀门维护就十分有利。另外，在预冷时对速率的控制也非常关键，因为这些都会影响阀门的正常工作，是保证阀门长期稳定运行的重要环节。阀门打压吹扫后，如果阀腔内存有大量的污水及杂质，阀门的密封面上就有可能嵌有杂质，此时如果不对阀门进行清洗以及注脂维护，就有可能造成阀门内漏。

2.4 低温阀门的外漏

低温阀门的外漏，其原因一是阀门本身的质量缺陷；二是阀门与管路采用法兰连接时，由于连接垫片、连接螺栓以及连接件因材质不同，在低温环境下收缩不相同，从而产生松弛所导致；三是安装方法错误；四是阀杆与填料处的泄漏。对于工艺来讲，控制阀门初次预冷的时间，使阀门整体能够充分冷却是很关键的。要经常检查阀体内壁是否有裂纹、变形和外表面腐蚀等情况出现，特别是用于低温介质的阀门，更易产生热胀冷缩现象。对处于空化作用等恶劣条件下的阀门,必须保证其耐压强度、低温和耐磨性能。例如在初次卸料过程中，码头38 in 卸料总管上ESDV 阀门底座有少量甲烷气体泄漏，卸料完毕后经处理拆开阀门下端盖，发现其垫片上有约5 mm宽的凹陷缺口，经更换垫片复位后泄漏问题解决（如图1）。在新建的LNG 项目初次卸料时，各种设备都是首次投用，由于热胀冷缩或设备本身有一定的质量缺陷，一般都会出现一些泄漏或其他事故。

另外，在高压外输中还会出现高压泵出口止逆阀阀盖泄漏的情况。分析认为，高压泵系间歇进行高压外输，高压泵出口止逆阀盖是螺栓连接，由于出口阀要经历间歇低温、常温的过程，会产生热胀冷缩现象，而垫片、连接螺栓以及连接件在低温下又因材料之间收缩不相同而产生松弛，从而导致泄漏，所以在操作中一定要注意预冷的同步性。

3 结语

在接收站调试阶段，阀门出现的很多问题都是安装期间由于管道内存在的杂质、阀体或阀腔内存在的水分遇低温介质后使阀门不能正常动作所致，因此采取以下措施是十分必要的。

1）在阀门安装前一定要做好管道的清洁工作，确保阀门在安装之前管道和阀体内不存有尘埃、焊渣、沙粒和水气，否则阀门会长时间不开关动作，并导致阀门生锈影响其动作。

2）由于在施工过程中或多或少地会有人为因素导致阀门损坏的情况出现，所以跟踪安装是十分必要的。

3）尽量不采用水压测试，若采用水压试验后一定要将阀体内的污水及杂质排除干净，并对阀门进行充分干燥与必要维护。

4）在调试时要保证预冷速率符合要求，不能进行得太快，以免对阀门造成损坏。

5）工艺操作人员要定期对低温气动阀门进行测试。