本文从结构设计、材料选择、阀门低温性能试验及检验等方面对LNG 低温阀门展开研究，主要内容包括长颈阀盖结构设计、体腔防异常升压结构设计、防静电结构设计、低温环境下密封结构及防火结构设计、承压部件及内件材料选择、阀门低温环境下检验与试验分析等，为LNG 低温阀门的产品设计、制造提供有意义的参考

超低温阀门结构设计

长颈阀盖结构设计

在低温状态下，随着时间的增加，阀杆填料的弹性会逐渐变小，由于介质的渗漏造成填料与阀杆处结冰，将会影响阀杆的正常操作，同时也会因阀杆运动而将填料划伤，引起更严重的泄漏。所以在正常情况下，要求低温阀门填料尽量在0℃以上温度下工作，这就要求设计时通过长颈阀盖结构，使填料函远离低温介质。
LNG 低温阀门采用加长阀盖结构，其目的就是保证处于阀盖顶部填料区的温度始终处于适合正常操作的区间，防止因填料函部分过冷出现填料以及阀盖上部的零件结霜或冷冻现象。如果阀杆填料区的温度太低，由于金属材料与非金属材料的低温收缩性的不一致，势必导致阀门的操作扭矩会增大，扭矩增大会加剧填料的磨损，降低阀门的寿命，同时，加长阀杆的设计保证深冷状态不会传导至操作执行机构，使阀门在任何时间都能够在最大压差和最深冷度的情况下进行操作。阀盖颈部的长度尺寸、壁厚以及与阀杆之间的间隙大小，是影响填料函温度的主要因素。加长阀盖的高度( 见下图图1) 可以根据BS 6364 或MSS SP-134标准要求进行确定，或者根据试验或有限元分析的方法验证确定。

                                              图1 加长阀盖示意
滴水板结构设计
根据LNG 工况使用要求，低温阀门加长阀盖上常设有滴水板。滴水板结构可以有效减缓阀体温度向填料及阀体上端的传递，减少冷凝水汽流入隔温区域，更加有效地保证填料部位和阀杆上部的零件温度处于0℃以上。滴水板的直径宜超过阀门中法兰直径，阻断阀体上部因低温液化的冷凝水进入保温层，或滴落在中法兰螺栓上产生结冰现象，影响阀门在线维修。通过对阀门进行温度场对比分析( 见图2、图3），滴水板还具有增加散冷面积的作用，这样可以适当降低长颈阀盖的高度而达到相同的操作性能。

                                                       图2 无滴水板温度场分布

                                                             防体腔异常升压结构设计
  
在低温工况下，封闭中腔内的LNG 介质可能会因环境温度的逐渐提高发生气化，气化时体积约膨胀600 倍，压力会迅速增加，如压力无法及时排出，可能导致阀杆密封泄漏、中法兰密封泄漏、紧固件失效等危险情况的发生。因此，LNG 低温阀门设计时需要进行预防体腔异常升压设计，可采用内部泄放法和外部泄放法2 种方法。内部泄放是通过泄放孔将阀门中腔与管路进口端连通，使中腔压力始终与管路进口端平衡; 或者进口端采用弹性阀座或压力泄放孔连接中腔和管路进口端，当中腔压力达到设定的安全泄放压力时，中腔介质泄放至进口管路内。外部泄放是在中腔阀体上安装一个泄放阀，当中腔压力达到泄放压力时，中腔介质泄放到阀体外或收集到泄放瓶中，通过外接压力泄放阀情况在超低温场合较少使用。

中腔能够截持介质发生异常升压的现象，一般出现在球阀、闸阀、截止阀等截止类阀门中。对于闸阀、截止阀预防体腔异常升压的设计，可将阀杆上密封结构上移至靠近填料函密封处( 见图4) ，阀盖上加工平衡孔，实现阀盖腔与阀体腔的连通; 对于双座密封楔式闸阀，可在阀座上游端闸板上开孔( 见图5) ，保证中腔与上游的连通。

阀座上游端闸板上开孔
对于上装式或侧装式浮动球阀，预防体腔异常升压的设计，可在加长阀盖上加工平衡孔，实现阀盖腔与阀体腔的连通，同时在球体上游端开孔( 见图6) ，保证中腔与上游连通。