重新考虑阀门规格：超越轨道球阀

        LNG 工厂中原料气的脱水是液化过程的重要组成部分，阀门起着重要作用。分子筛系统的效率在很大程度上取决于阀门性能，特别是密封性和可靠性。

        在操作中，湿气体流经储罐，其中固体颗粒催化剂吸收当前的水分。在液化气体时，气体完全干燥是至关重要的，因为在应用过程中任何水都会结冰并损坏加工厂的重要区域，例如管道系统。

        为了加强反应和再生催化剂，罐顶部和底部的阀门让气体进出，从而促进了连续的热循环。这些阀门在其运行过程中面临多项挑战，从运行循环量到流体中固体颗粒的存在，以及热循环本身。

        这使阀门处于持续的压力之下，并增加了由于关键部件损坏而导致代价高昂的服务中断的威胁。这种停机对财务的影响是严重的，尤其是在一个意外中断会迅速加剧的行业。维护费用昂贵且通常耗时很长，因为系统需要在重新投入生产之前进行重新校准，而这还没有考虑因产品丢失或受污染而造成的额外损失。

        最近发生的事件使这类问题更加突出。2022 年 8 月，路透社报道称，美国、尼日利亚和澳大利亚的几家液化天然气工厂发生意外中断，让主要贸易商措手不及，迫使他们为替代供应支付更高的成本。最终数字仍不得而知，但这次事件造成的损失轻而易举地达到了数亿美元。

        很难提供阀门不良对液化天然气生产的影响的明确数字，但分析师的更广泛估计强调需要更好的规范。例如，麦肯锡发现，每年仅 3.65 天的计划外停机就会给石油和天然气行业造成 503.7 万美元的损失。即使更短的周期也会导致明显的损失，因此工程师考虑可以在何处进行改进是有意义的，即使组件本身只是更大系统的一小部分。

        LNG 工厂中原料气的脱水是液化过程的重要组成部分，阀门起着重要作用。

        轨道球阀

        轨道球阀 (RSBV) 类型是液化天然气行业分子筛系统中运行阀门的最常见选择。这些阀门需要经常循环（每天最多三到四次）。它们需要能够承受热循环，并且必须能够抵抗与介质中存在的固体催化剂颗粒相关的磨损。RSBV 的旋转平移运动设计理念解决了这些问题，使其适用于这项服务。

        这就解释了为什么传统的球阀和闸阀不用于分子筛系统。传统的球阀在关闭部件（球）和阀座之间有连续的线接触。如果在分子筛系统中使用传统的球阀，阀座会很快磨损并且无法提供紧密关闭。

        与轨道球阀相关的挑战意味着液化天然气行业越来越多地寻求替代设计，以降低运营和维护成本并提高生产率。

        复杂的设计导致停机时间、运营和维护成本相应增加，这越来越被业界认为是无法容忍的。事实上，在石油和天然气价格不稳定的时代，人们越来越关注采用更全面的方法来识别和解决效率低下的运营问题，并为了减少运营支出，RSBV 的作用正受到越来越严格的审查.

        RSBV 也很重且占地面积大，这两者都会产生一些直接（材料使用）和间接（安装）成本，工程师必须在前端工程设计项目阶段考虑这些成本。

        阀门重量的重要性怎么强调都不为过，工业界非常重视减轻加工厂部件的重量，以降低运输和安装成本。

        RSBV 的维护可能是一个问题，需要更换包括阀杆在内的多个内件部件，导致维护成本高昂，这甚至可以使购买全新阀门更具成本效益。

        其他值得关注的领域包括轴中的高摩擦力和旋转部件卡住的可能性，特别是在磨蚀性流体进入导向槽的情况下。此外，与部分回转阀门相比，与阀杆线性运动相关的磨损可能会导致更高的排放。

        此外，阀门必须经历频繁的热循环。在再生模式下，分子筛通常用 350°C 的热气体冲洗。在净化模式期间，它被降低到环境温度。

        气体净化残留物（破碎的吸附剂）通常存在于出口气体中，可以通过滤网并通过阀门流向下游管线，导致密封组件磨损并危及阀门完整性。

        相反，只要膜用于未经预处理的 CO2 去除，就会存在腐蚀性气体（酸/酸），尤其是在海上设施中。从历史上看，非摩擦式明杆（倾斜）球阀一直是天然气分子筛中使用的标准。

        关键考虑因素

        LNG液化装置原料气脱水阀门的选型考虑多方面，但主要有以下几点。

        首先，阀门必须是无空腔的。如果该过程中使用的阀门有空腔，则筛分颗粒很可能会被困在空腔内，导致阀门在一段时间后无法操作。
        其次，阀门应该有金属硬面阀座。在关闭期间不可能完全消除闭合件和阀座之间的接触，因此使用金属硬面阀座以避免闭合件和阀座之间的任何磨损是至关重要的。
        第三，应使用硬面衬套以避免筛分造成的任何磨损。还建议使用衬套保护器，以避免滤网颗粒进入阀杆和阀体之间。

        用于再生的气体温度范围为 200°C 至 350°C。这意味着阀门会经历大量的热循环。因此，还应考虑阀门材料和关闭件与阀座之间的公差间隙计算。

        寻找替代阀门类型

        由于与 RSBV 相关的挑战，行业越来越倾向于寻找替代阀门设计，以帮助降低运营和维护成本，同时提高生产率。

        虽然脱离 RSBV 的举措仍处于早期阶段，但许多石油巨头已经积极评估并接受了替代解决方案，这些解决方案共同推动行业做出改变。

        不出所料，新一代阀门采用紧凑设计，减轻了重量，改善了维护通道并降低了总体运营支出。

        双偏心分段球阀

        一种解决方案是双偏心分段球阀，它提供紧凑和简单的设计。它更易于维护并且可以提供更低的运营成本。

        这种阀门的特点是偏心C形球体；凸轮动作提供非摩擦旋转，这是阀门在分子筛服务中运行的关键先决条件。

        在操作中，阀门通常是非摩擦、低运行扭矩和高性能机械密封。在这种严苛的服务中，球和阀座均采用硬面处理，球的内外表面均采用碳化铬，提供最耐用的硬表面。

        球和阀座之间的无摩擦操作使这种类型的阀门成为分子筛切换或高/低温操作等高循环和高耐久性过程的理想选择。最重要的是，这种类型的阀门是无腔的，以消除体腔过压的可能性，并且具有四分之一转操作，允许简单有效的自动化以及无排放性能。

        三偏心金属密封蝶阀

        另一种选择是三偏心阀。这种阀门类型因其非摩擦金属阀座设计、出色的密封性能、高度紧凑和全金属结构而越来越多地用于分子筛服务。

        三偏心阀越来越多地被用于分子筛服务。

        该阀门通常具有全金属实心密封环，可确保随着时间的推移具有出色的密封性能，从而提供较长的使用寿命。特别地，三重偏心使得仅当阀盘到达其完全关闭位置时才可能实现密封表面之间的接触。特殊衬套可以提供对污垢和聚合物介质的免疫力，从而可以延长使用寿命和维护检查之间的间隔。

        三偏心阀的选择提供了紧凑性，最大限度地减少了空间和重量。对于尺寸超过 10 英寸的阀门，三偏心阀门与同类阀门设计相比具有这些优势。


        不正确的阀门规格会导致 LNG 工厂停机和损失，因此工程师应该考虑可以在哪些方面对这些组件进行改进。

        展望未来

        为分子筛过程仔细选择阀门的重要性怎么强调都不为过。

        在某些情况下，阀门产生的年度运营和维护成本高得令人无法接受，进而导致加工厂遭受的产品损失远远超过阀门的购买价格。

        最近，一些工厂已转向分子筛的替代品，选择部分回转阀门，例如三偏心蝶阀和双偏心分段球阀，从而提高了正常运行时间并显着降低了维护成本。

        关于作者

        Fabrizio Delledonne 是 IMI Orton 和 IMI Truflo Italy 的营销经理，这两个部门均隶属于 IMI Critical Engineering。自 2008 年加入以来，Fabrizio 曾在多个地区工作，包括远东亚洲、欧洲和美洲，担任区域销售经理和产品经理等职务。目前居住在意大利，他的制造、工程和仪器专业知识使他更加关注技术阀门设计，更具体地说是三偏心阀。


        Mike 在 IMI 各个部门的工程和业务管理方面拥有超过 32 年的总经验。在成为总部位于美国的 IMI CCI 总裁之前，Mike 曾担任过多个董事总经理职务。返回英国后，Mike 曾担任战略规划总监和首席技术官，之后于 2019 年担任全球工程总监。作为一名拥有 MBA 学位的特许工程师，Mike 拥有领导全球组织和中型企业的经验，支持商业增长活动、运营、合规和控制实施以及并购。Mike 支持新产品和业务的创新，包括更多的数字化。

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