世界各地建造了大量的石油液化气设备，这些设备及其元器件必须具有抵抗严寒，能够承受液化气体物理和化学腐蚀。阀门生产商如何使自家的产品满足这些严苛的要求？请您仔细阅读本文。

在美国，由于地缘政治的影响出现了工业再度发展，在水力压解技术的帮助下开采出了大量的天然气。在短短的两年时间里天然气的价格下降了85%，从而使美国的天然气价格只有欧洲的1/4。主要因为美国国内供过于求，缺乏向海外运输的能力。目前，天然气输送一般采用管道输送，但是长距离的管道输送方式造价昂贵。液化天然气（LNG）成为长距离管道输送的替代方案。天然气液化后的体积只有原来的1/600，可以用铁路和船舶运输到世界各地。当陆路运输距离超过4000km，航运距离超过2000km，液化天然气的基础设施比气体管道输送的基础设施更加经济。

业内人士认为，液化天然气因其很高的使用灵活性将会有很大的市场。设备制造商，例如（生产液化天然气设备的）Linde公司和Uhde公司，（生产液化天然气阀门的）装备生产商KSB公司都将从这一产品的发展中获利。

天然气液化时，第一步需要对天然气进行净化清洗，天然气中二氧化碳含量最高可达9%，并能检测到氯化氢的踪迹。这两种成分的气体都应在天然气液化前的液化准备过程中清除掉。第二步，净化后的天然气进入一个复杂的液化过程，温度需要冷却到-161~-164℃，液化过程是天然气液化设备投资最大的一个部分，以下为天然气液化设备的成本分布：

液化设备占总投资的60%（液化设备消耗自己生产液化气的12%左右）；

液化天然气运输储罐的费用占20%；

再气化和分配到用户网络前中间存储设备的造价占20%。

然而，目前所有的天然气液化设备都建造在陆地上。业内正在讨论远海天然气田的FPSO（浮式生产储油卸油船）的海上天然气液化设备。

极寒条件下的液体输送需要相应的设备和装备，例如切断管道所需的阀门，能够适应液化天然气特殊物理和化学特性的管道阀门。因为无意间的液化天然气泄露会带来很大的爆炸和燃烧风险。

图1 KSB公司Danais系列低温控制阀在法国蒙托伊尔市的试验设备中进行测试

在极低的温度条件下，大多数材料易冷脆，强度变小。因此，要求在低温环境中使用的机械零件和密封件的材料要有非常好的低温强度。每一个在低温条件下使用的阀门都要用液氮在-196℃的低温下进行检测，保证其功能的安全和可靠。

除了承受低温的考验之外，参与天然气液化的所有元器件还都必须要有非常好的耐热膨胀性能，能够承受天然气冷却液化和重新气化时所产生的收缩和膨胀。

这些阀门的另一个承载因素就是持续性的压力差，这类设备中的压力等级为ANSI标准的150、300和600，相当于2MPa、5MPa和10MPa的压力。这类设备阀门的发展趋势是ANSI压力等级900（15MPa），而且这种阀门已经在研发中。

双重和三重偏心阀门

低温阀设计时需要考虑的主要影响因素有3个：

温度（决定了材料的选择）；

压力（决定了阀体的结构）；

压力差（决定了密封材料的选择）；

为了保证液化天然气控制阀的无泄漏，一般采用金属密封件。这就使得低温关闭阀有着明显不同于中央位置、软密封的特殊结构：

安装轴的通道中驱动轴是偏心配置的，驱动轴不在阀门的安装轴线上，从几何学的角度来讲是非同心侧置。这一驱动轴与壳体之间采用石墨密封圈和O型密封圈密封。这一解决方案保证了在火灾发生时能够在有限的时间内起到密封作用，同时这一方案能够为天然气液化设备运营商提供密封和免维护的控制阀。

图2 正在装配的大型低温控制阀

第二个偏心指的是轴相对于管道中心轴线的侧置偏心。这就减小了控制阀关闭时阀板与密封止口接触的角度（与单重偏心结构型式的控制阀相比，这一角度从70°减少到35°）。接触力和磨损都明显减少，控制阀的使用寿命明显延长。

为了保证高压时的密封严密性，还需要第三次偏心。这一偏心与控制阀阀板的几何形状有关，并减小了阀板密封件与密封面接触时的角度，接触角度只有5°。这样，尽管控制阀承受的压力很高，但却有着很长的使用寿命。这种三偏心的结构设计在全球许多重要的控制阀生产厂都得到了应用。

KSB公司在其研发生产的Triodis 300和600系列以及新一代的900系列控制阀中就采用了三偏心设计。这些控制阀都是在La Roche-Chalais市生产制造的，并在专门的测试池中利用液氮进行密封性能测试。

Technip公司、Eurodim公司和KSB公司一起开发了Cinnectis柔性装卸系统。在实际的应用中，这一系统可以实现快速的连接和脱开，连接器处的双重偏心密封装置保证了密封的可靠性。在紧急脱开时，残留的液化天然气量非常小，不超过2L。2008年，Cinnectis装卸系统在法国蒙托伊尔市的试验设备中通过了挪威船级社的认证。

海上装卸的连接系统

Cinnectis柔性装卸系统也可以在其他应用领域中使用。例如两艘船只在海上进行液体产品输送时，两船之间不再需要架设输送管道的沉重机械输送臂。同时，这一系统可以在离岸港口设备应用中使用。