0.前言
天然气的主要成分是甲烷，燃烧后产生二氧化碳和水，是世界上公认的环保清洁能源，在工业、民用和交通运输等行业中得到了广泛应用，并且应用领域、使用量及应用规模还在不断扩大。
天然气具有易燃易爆的特性，属于危险化学品，其安全事故具有意外性、突发性，通常表现为爆炸、火灾等，易造成人员伤亡和重大经济损失。为了安全使用天然气，避免安全事故的发生，国务院安委办、国家安监总局及相关部门发布了一系列有关生产、运输、储存和应用等安全方面的法律、法规、规范、文件。国务院安委办2008年9月14日发布安委办〔2008〕26号文件【二、加强企业安全基础管理，提高安全管理水平中第16项】、国家安监总局2010年11月3日发布安监总管三〔2010〕186号文件【二、强化工艺过程安全管理，提升本质化安全水平中第17项】及国家安监总局2011年7月1日发布安监总厅管三〔2011〕142号文件【首批重点监管的危险化学品安全措施和事故应急处置原则：5.甲烷、天然气 安全措施中安装操作】。这三个文件中均规定：在危险化学品槽车充装环节，推广使用万向充装管道系统代替充装软管，禁止使用软管充装液氯、液氨、液化石油气、液化天然气等液化危险化学品。尤其液化天然气还具有超低温特点，是-163℃的液体，相关设备在超低温下运行，设备要具备耐低温的要求。为了保障充装环节安全，贯彻执行国务院安委办和国家安监总局等部门的相关安全方面的文件要求，更应该在液化天然气槽车充装环节，推广使用金属万向充装管道充装系统——LNG装卸臂（俗称鹤管），禁止使用软管。
所以，在新建液化天然气接收站槽车装车撬中要采用LNG装卸臂,而不使用金属软管，之前使用软管的，也正在逐步更换为装卸臂。因此，液化天然气接收站槽车装车撬的数量在不断的增加，LNG装卸臂的使用量不断增大，所以对于装卸臂的质量提出较高要求，例如不泄露，防冻、转动灵活，使用寿命长，故障率低，维修方便，使用维修成本低等。
下文根据本人在国家管网集团广西防城港天然气有限责任公司（以下简称防城港LNG）槽车装车撬装卸臂中低温截止阀的应用总结，与大家共同探讨与改进。
1.低温球阀与低温截止阀优缺点分析
开关阀是装卸臂上的常用阀门，其质量好坏直接影响装卸臂的质量。因为球阀是靠球形旋转阀芯使阀门接通或关闭通道，球阀实际通径接近于公称通径，基本不缩径，通流面积大；另外，球阀的搬把在旋转90°范围内转动就能迅速实现开关管路。因为球阀具有上述的两个优点在流体输送设备上得到了广泛应用，目前应用在低温装卸臂上的低温开关阀基本都是球阀。国家管网集团广西防城港天然气有限责任公司的10台槽车装车撬的LNG装卸臂上使用的低温开关阀就是低温球阀，气相臂上的DN3/4"开关阀、液相臂上的DN3/4"和DN2"开关阀都是直动式搬把球阀，而液相臂上的DN3"低温球阀则是涡轮蜗杆减速增力机构低温球阀，如图1-1所示。
球阀也存在很多缺点，由于转动的球形阀芯与阀体之间是用密封件密封，为了避免泄漏，不但密封件和球形阀芯形状、表面精度要求都非常的高，而且密封件还要有一定的预压缩量，产生较大的预紧力，这样就在球形阀芯与密封件之间产生很大的转动摩擦力，所以转动球阀芯的操作力也就很大，开关费力困难，使用非常不方便；DN1-1/4"以下较小规格的球阀的操作力即使较大也总可以接受，但是在DN2"以上大规格的球阀的开关操作力就更大了，以至于无法转动。为解决操纵力过大的问题，往往采用涡轮蜗杆减速增力机构，结构更加复杂，维修难度更大，价格更加昂贵，还带来了开关时需要转动转轮圈数太多，转动时间太长，工作效率太低的缺点，起不到球阀快速开关作用，也就是没有优势可言。对于上述的缺点，如果使用在小规格的管路中或开关次数非常少，偶尔开关几次的工作场合还好些，对于液化天然气装卸臂上的开关阀需要经常开关，频繁开关的场合不但大大地增加了操作者的劳动强度，而且降低了工作效率，就是个难以接受的大问题了。
由于转动的球形阀芯与阀体之间是用密封件密封，为了避免泄漏，密封件有一定的预压缩量，不但密封件和球形阀芯形状和表面精度要求非常的高，经过长时间的开关相对转动，密封件和球阀芯会产生磨损，预压缩量和预紧力变小，使密封失效，这是产生内部泄漏的原因之一；密封件在预压紧力和环境高温和介质低温大温差反复变化作用下，密封件会产生变形，使密封失效，这是产生内部泄漏的原因之二；密封件和球阀芯产生磨损掉下来的粉末残渣，研夹在密封件和球阀芯接触密封面之间，不能用介质冲刷自清洗，使密封失效，这是产生内部泄漏的原因之三；介质中不可避免存在杂质，随着球阀芯的反复转动，这些杂质会进入密封件与球形阀芯之间的接触面，使密封失效，这是产生内部泄漏的原因之四；密封件与与球形阀芯及阀体的材质不同，热胀冷缩变化量不同，密封件低温收缩量大，使得低温情况下预压缩量减小，使密封失效，这是产生内部泄漏的原因之五，所以球阀容易产生内部泄漏而存在安全隐患，可靠性差。
另外，球阀及其密封件价格都很昂贵，球阀的密封件结构复杂，形状和表面精度高，维修难度大，无论更换整个球阀还是更换密封件，费用都是很高的，而且寿命短、频繁维修，导致维修费用和使用成本上升，局部停车维修影响经济效益。
国家管网集团广西防城港天然气有限责任公司的10台装车撬上LNG装卸臂气相臂上使用的低温开关阀就是直动式搬把低温球阀，虽然该球阀搬动球阀搬把在旋转90°范围内转动就能迅速实现开关管路，但是搬动的转动力是非常大，反复频繁开关阀门劳动强度大。而液相臂上的DN3"开关阀则是进口的涡轮蜗杆减速增力机构低温球阀，从开到关或从关到开需要转动手轮50圈左右，一是劳动强度大，再者需要的时间长，工作效率低，浪费时间，球阀开关快速的优点已完全丧失。
本来低温球阀价格昂贵，而进口涡轮蜗杆减速增力机构低温球阀的价格就更高了，因为球阀里面的密封件价格也是很高的，并且寿命短，维修频繁，每6个月就需要维修更换一次密封件，每套密封件需要2-3万元，而每次维修还需要局部停车，影响生产。
我们在长期实际使用LNG装卸臂的实践中，发现其上的低温球阀存在的诸多问题，就产生了改进装卸臂开关阀的迫切要求。
截止阀存在很多优点，阀杆是丝杠结构，开关操纵力小，关紧力大，关断密封可靠，没有内渗漏，结构简单，便于维修；密封垫要求的精度低、加工容易，价格低廉、维修成本低，使用寿命长、价格便宜。
另外，截止阀的故障率低，密封阀口是尖角形棱线结构，与密封垫接触的棱线不容易夹住杂质，开阀时，流体介质从阀口流过，冲刷阀口，杂质更不容易附着在阀口上，具有介质冲刷自清洗特点，不易产生内泄漏。
截止阀的缺点，手轮操纵，每次转动只能转动60°左右，转动一圈360°需要转动6次，转动圈数多，从关到开或从开到关约需要转动5～7圈，开关时间长，不能实现90°范围开关，由于结构特点原因产生缩径，实际通径小于公称通径。探讨如何采取有效措施解决低温截止阀的缺点，发挥其优点，代替低温球阀具有重要意义。
2.低温截止阀缺点解决方案
如果采用有效措施解决了截止阀的缺点，发挥截止阀的优点，在LNG装卸臂应用是大有前景的。
解决低温截止阀开关转动圈数多和需要时间长的问题，采用较大的手轮，减小操纵力，并且大手轮的边缘安装转柄，使其能够连续整周转动，提高工作效率，缩短开关时间。
解决低温截止阀缩径问题，通过适当增大截止阀的规格来增加通径，增加通过面积加以解决，具体选择多大的规格，通过结构分析和计算后选择。
3.低温截止阀规格选择
如图3-1所示是截止阀的结构图，阀腔中间隔层将阀腔分成上下腔两部分，流体从截止阀左端的下半腔通道流入，经过截止阀口向上，再从截止阀右端的上半腔通道流出。由于截止阀隔层存在厚度，所以截止阀的进出口通道不是半圆形，而是弓形截面，这两端的弓形面积小于同圆形截面管道面积的一半，由于截止阀的结构特点，产生了严重的缩径，实际通径小于公称直径。选择截止阀的规格时是按照公称通径选择，但是，实际通径就小于公称通径，这样如果对于流量有严格的要求时，流量就受到影响，小于要求的流量，流动阻力大，产生憋压现象，所以为了满足流量要求，就要选择较大规格的截止阀，具体选择多大规格，要通过计算截止阀的实际通径来解决。
截止阀左右弓形通道虽然分上下，但是其弓形形状是相同的，面积也是相等的，弓形面积等于扇形面积减去三角形面积，然后再将这个弓形面积，折合成圆形，求出这个当量圆的直径，即当量直径，再与管道通径对比，应大于管道的直径。
如图3-2所示：
3.1求扇形面积
在⊿OAP中
∵ 圆O的面积，即
3.2求三角形面积
三角形⊿OAB的面积等于三角形⊿OAP面积+三角形⊿OBP面积，
而三角形⊿OAP面积=三角形⊿OBP面积
在直角三角形⊿OPA中，根据勾股定理：
3.3求弓形面积
3.4求当量圆直径
设
为弓形折合成圆形的当量圆直径
3.5截止阀当量圆直径核算
具体要核算的情况，装卸臂管道通径DN50，截止阀DN50，DN80
(1) 核算DN50截止阀
当量圆直径
小于管道直径
，这个规格的截止阀是不能够满足要求的
(2) 核算DN80截止阀
当量圆直径
大于管道直径
，这个规格的截止阀是能够满足要求的
4.使用效果
按照上述的改造方案，我们与国内先进的LNG装卸臂厂家合作，将国产的低温截止阀进行改造后安装在无氮吹扫LNG装卸臂上进行试用，经过半年的试用情况看效果良好，开关操作灵活轻便，截止阀的手轮能够整圈连续转动，提高了工作效率，劳动强度低，工作可靠，到目前为止没有发生故障，同时也提高了LNG装卸臂的整体质量。由于截止阀相对球阀价格便宜，而采用国产低温截止阀价格就更低廉了。截止阀使用寿命长，使用成本低，具有在该行业推广的价值。
5.结束语
综上所述，国产低温截止阀在液化天然气接收站LNG装卸臂的使用中，有效降低了经常更换密封件的成本，延长了维修周期，使操作更加的人性化，该技术将在更多的液化天然气接收站槽车充装中得到广泛的应用。
参考文献
1 BS EN14620-2006现场组装操作温度介于0℃～-165℃ 的立式圆筒平底低温液化气钢制储罐的设计与建造