大口径LNG超低温球阀瞬态传热及密封研究

【摘要】随着国际石油价格不断攀高、石油和煤炭对环境负面影响日益严重,天然气以其高效、环保等特性,逐渐成为第一能源。为方便储存和运输,将天然气进行液化,压缩成液化天然气(LNG),在能源动力、环保汽车燃料、燃气错峰等方面应用广泛。目前LNG产业装置朝高参数化、大型化不断发展,作为其关键配套设备之一的大口径LNG超低温阀门,在设计时缺乏理论研究和标准依据,且实践使用经验较少,易出现冷冲击及阀座泄漏等问题。在超低温环境下,LNG阀门的温度分布、低温热应力及密封性能是保证阀门安全运行的关键因素。针对上述问题,本文选取了应用广泛、低温变形一致性良好的大口径顶装式超低温球阀为研究对象,基于传热学理论,结合数值模拟的方法对超低温大口径球阀在低温下传热和密封问题进行了以下几方面研究：(1)基于传热学理论,对大口径超低温球阀保冷层的厚度进行理论计算,并建立长颈阀盖组件的三维模型,运用ANSYS软件,对其温度场进行数值模拟。为保证填料函底部温度在0℃以上,模拟滴水板在不同位置及不同保冷处理条件下长颈阀盖组件温度分布情况,分析其温度变化规律,确定最佳长颈阀盖结构。(2)借助ANSYS软件,对大口径超低温球阀在冷态试验、两种运行工况(-196℃.4MPa及-162℃.4MPa)下进行稳态数值模拟,保证该阀满足传热及强度要求。为减少冷冲击对阀体的破坏,在正常运行工况(-162℃、4MPa)下对超低温球阀进行瞬态数值分析,模拟瞬态降温过程,对关键点的温度、应力变化进行分析,并根据瞬态温度场及热应力场的变化规律,对大口径超低温球阀的设计和实际使用具有指导作用。(3)基于非线性接触理论,对超低温大口径球阀阀座处密封进行研究,分析介质压力、温度对密封面接触应力及接触面积的影响规律。本研究可为LNG超低温球阀及类似产品的设计研发的提供理论参考。
【作者】李连翠；
【导师】李树勋；
【作者基本信息】兰州理工大学，化工过程机械，2014，硕士
【关键词】超低温球阀；LNG；传热；数值模拟；温度场；密封；

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