液化天然气装备设计技术．LNG低温阀门卷电子书

内容提要

前言

第1章 绪论

1.1 低温系列过程控制装备

1.1.1 -70～-197℃超低温系列阀门

1.1.2 超低温多相流过程控制及制冷装备

1.1.3 超低温过程控制阀门核心

1.2 主要应用领域

1.3 低温过程控制阀门

1.3.1 -162℃低温系列阀门及过程控制装备

1.3.2 -70～-197℃低温系列阀门

1.3.3 -70～-197℃低温过程控制装备

1.4 LNG低温过程控制阀门分类说明

1.4.1 LNG蝶阀

1.4.2 LNG球阀

1.4.3 LNG闸阀

1.4.4 LNG截止阀

1.4.5 LNG减压阀

1.4.6 LNG节流阀

1.4.7 LNG安全阀

1.4.8 LNG止回阀

1.4.9 LNG针阀

1.4.10 LNG呼吸阀

1.4.11 LNG温控阀

1.4.12 LNG疏气阀

参考文献

第2章 LNG蝶阀设计计算

2.1 概述

2.1.1 背景

2.1.2 低温阀门

2.1.3 LNG蝶阀发展趋势

2.1.4 设计依据的标准及主要设计参数

2.2 LNG蝶阀结构的初步设计

2.2.1 压力升值计算

2.2.2 阀体壁厚设计

2.2.3 阀体的选材

2.2.4 阀体的结构

2.2.5 阀体设计条件

2.2.6 阀体壁厚设计计算

2.3 阀座的初步设计

2.3.1 密封蝶阀阀座密封的常规设计

2.3.2 蝶阀阀座的选材

2.3.3 阀座的结构

2.3.4 阀座设计条件

2.3.5 密封蝶阀阀座密封设计计算

2.4 阀杆的初步设计

2.4.1 LNG蝶阀阀杆的常规设计

2.4.2 阀杆的选材

2.4.3 阀杆的结构

2.4.4 阀杆设计条件

2.4.5 LNG阀杆设计计算

2.5 蝶板的初步设计

2.5.1 蝶板厚度的常规设计

2.5.2 LNG蝶阀蝶板的选材

2.5.3 蝶板的结构

2.5.4 蝶阀蝶板厚度设计条件

2.5.5 密封蝶阀阀座密封设计计算

2.5.6 蝶板强度校核（A—A断面）

2.5.7 蝶板强度校核设计条件

2.5.8 蝶板强度校核计算

2.6 蝶阀支架的初步设计

2.6.1 蝶阀支架的常规设计

2.6.2 LNG蝶阀支架的用途

2.6.3 蝶阀支架的结构

2.6.4 蝶阀支架安装的要求

2.6.5 蝶阀支架安装的应注意事项

2.6.6 蝶阀支架强度校核设计条件

2.6.7 蝶阀支架强度校核计算

2.7 可压缩流体流经蝶阀的流量系数的设计计算

2.7.1 确定流量系数的方法

2.7.2 可压缩流体通过蝶阀的流量系数的计算

2.7.3 计算实例

2.7.4 蝶阀的泄漏率的计算

2.7.5 漏孔直径与流率计算

2.7.6 漏率设定与漏率换算

2.8 圆锥销

2.8.1 斜度

2.8.2 锥度

2.9 填料的初步设计

2.9.1 填料的常规设计

2.9.2 LNG蝶阀填料的选材

2.9.3 LNG蝶阀填料的结构

2.9.4 填料强度校核设计条件

2.9.5 填料强度校核计算

2.10 传热计算

2.10.1 传热机理的设计计算

2.10.2 保冷层的设计计算

2.10.3 蝶阀最小泄放面积计算

2.10.4 爆破片的设计计算

2.10.5 测温装置的选型

2.10.6 液位测量装置的选型

2.10.7 滴水盘的安装位置

2.11 设计结果汇总

参考文献

第3章 LNG球阀设计计算

3.1 概述

3.1.1 国内外研究现状

3.1.2 主要内容、方法

3.2 阀体设计与计算

3.2.1 阀体的功能

3.2.2 确定球阀结构

3.2.3 确定阀体设计材料

3.2.4 内径的确定

3.2.5 最小壁厚的确定

3.2.6 球体的直径确定

3.2.7 球体与阀座之间密封比压的确定

3.2.8 弹簧设计计算

3.2.9 比压的计算

3.3 球阀的设计计算

3.3.1 球阀密封力的计算

3.3.2 球阀的转矩计算

3.4 阀体法兰设计

3.4.1 法兰螺栓设计

3.4.2 法兰螺栓拉应力的计算

3.4.3 法兰力矩计算

3.4.4 法兰应力计算

3.4.5 法兰的许用应力和强度校核

3.4.6 球体的设计和校核

3.5 阀杆材料选择与力矩计算

3.5.1 阀杆材料选择

3.5.2 阀杆填料的选择、填料摩擦力及摩擦转矩的计算

3.5.3 阀门填料函设计计算

3.5.4 阀杆强度计算

3.5.5 阀杆连接件的强度计算

3.5.6 阀座设计与计算

3.6 省力机构的设计和校核

3.6.1 蜗轮蜗杆的设计

3.6.2 蜗轮蜗杆的强度校核

3.6.3 阀盖的设计计算

3.7 LNG超低温球阀长颈阀盖传热过程

3.7.1 传热过程分析理论基础

3.7.2 导热微分方程

3.7.3 导热问题条件的定解条件及边界条件

3.7.4 LNG超低温球阀长颈阀盖温度场分布的数学描述

3.7.5 确定LNG超低温球阀长颈阀盖上端对流换热系数

3.8 滴水盘的设计计算和自泄压结构

3.8.1 滴水盘过余温度场与散热量的计算

3.8.2 自卸压结构

3.8.3 保冷层设计计算

参考文献

第4章 LNG闸阀设计计算

4.1 概述

4.2 设计输入

4.2.1 设计参数

4.2.2 选用材料

4.2.3 结构设计

4.3 确定阀体阀座处的流通通道尺寸

4.4 闸阀的设计与计算

4.4.1 壁厚计算

4.4.2 关于壁厚的计算公式

4.5 阀体和阀盖连接螺栓、中法兰计算

4.5.1 垫片材料、型式及尺寸的确定

4.5.2 螺栓材料、规格及数量的确定

4.5.3 法兰材料、密封面型式及结构尺寸的确定

4.6 阀盖的计算校核

4.6.1 Ⅰ—Ⅰ断面的拉应力

4.6.2 Ⅱ—Ⅱ断面剪应力

4.7 内压自密封阀盖的计算校核

4.7.1 载荷计算

4.7.2 支承环的设计计算

4.7.3 四合环的设计计算

4.7.4 预紧螺栓的设计计算

4.7.5 阀盖的设计计算

4.7.6 阀体顶部的设计计算

4.7.7 低温密封比压计算

4.8 支架的计算校核

4.8.1 Ⅰ—Ⅰ截面的合成应力校核

4.8.2 Ⅱ—Ⅱ截面的合成应力校核

4.8.3 Ⅲ—Ⅲ截面的弯曲应力校核

4.9 阀杆的计算校核

4.9.1 阀杆总轴向力计算

4.9.2 闸阀阀杆的力矩计算

4.9.3 闸阀阀杆的强度计算

4.9.4 阀杆稳定性校核

4.10 阀座尺寸计算

4.10.1 出口端阀座的比压计算式

4.10.2 单面强制密封楔式闸阀

4.11 闸板尺寸计算

4.11.1 闸板密封面尺寸

4.11.2 刚性闸板计算

4.11.3 双闸板计算

4.12 螺杆螺母的计算

4.12.1 螺纹表面的挤压应力（kgf/cm2）

4.12.2 螺纹根部剪切力

4.12.3 螺纹根部弯曲应力（kgf/cm2）

4.13 填料装置的计算

4.13.1 填料压盖的主要尺寸参数

4.13.2 填料装置主要零件的强度校验

4.13.3 活节螺栓（或T形槽型螺栓）

4.13.4 销轴

4.13.5 填料与阀杆的摩擦力计算

4.14 滚动轴承的选择及手轮直径的确定

4.14.1 滚动轴承的选择

4.14.2 手轮直径的确定

4.15 超低温阀门滴水盘及阀盖传热分析

4.15.1 滴水盘传热分析

4.15.2 长颈阀盖传热分析

4.16 超低温阀门滴水盘及阀盖结构分析

4.16.1 长颈阀盖长度分析计算

4.16.2 滴水盘安装高度

4.16.3 无滴水盘时长颈阀盖最小长度

4.17 绝热材料的特性与绝热计算

4.17.1 低温绝热的计算

4.17.2 低温保冷的冷收缩

参考文献

第5章 LNG截止阀设计计算

5.1 阀体壁厚计算及校核

5.1.1 阀门的流量

5.1.2 钢圆形阀体

5.1.3 铸铁圆形阀体

5.2 法兰的设计计算

5.2.1 确定法兰形式和密封面形式

5.2.2 垫片材料、形式及尺寸

5.2.3 螺栓材料、规格及数量的确定

5.2.4 法兰颈部尺寸、法兰宽度和厚度尺寸

5.3 低温中压截止阀中法兰自紧密封计算

5.3.1 载荷计算

5.3.2 支承环的设计计算

5.3.3 四合环的设计计算

5.3.4 预紧螺栓的设计计算

5.3.5 阀盖的设计计算

5.3.6 阀体顶部的设计计算

5.4 阀座密封面设计计算

5.4.1 密封面形式

5.4.2 阀座尺寸

5.4.3 截止阀密封面比压

5.4.4 密封面材料许用比压

5.4.5 密封面必须比压

5.5 阀杆的设计计算

5.5.1 阀杆总轴向力

5.5.2 截止阀阀杆力矩

5.5.3 截止阀阀杆的强度计算

5.5.4 升降杆端部剪应力校核

5.5.5 阀杆材料的许用应力

5.6 阀瓣设计与计算

5.7 截止阀支架设计与计算

5.7.1 Ⅰ—Ⅰ截面的合成应力

5.7.2 Ⅱ—Ⅱ截面的合成应力

5.7.3 Ⅲ—Ⅲ截面的合成应力

5.7.4 Ⅳ—Ⅳ截面的合成应力

5.8 阀杆螺母的计算

5.8.1 螺纹表面的挤压应力

5.8.2 螺纹根部剪应力

5.9 填料装置的计算

5.9.1 填料压盖的主要尺寸参数

5.9.2 填料装置主要零件的强度校验

5.9.3 填料与阀杆摩擦力的计算

5.10 滚动轴承的选择及手轮直径的确定

5.10.1 滚动轴承的选择

5.10.2 手轮直径的确定

5.11 超低温阀门传热计算

5.11.1 滴水盘的安装位置

5.11.2 滴水盘及阀盖计算

5.11.3 传热计算

5.11.4 漏率设定与漏率换算

5.11.5 阀门保冷层厚度计算方法

5.11.6 通过阀门壳体的漏热

5.11.7 机械构件漏热

5.11.8 阀门零部件的深冷处理

参考文献

第6章 LNG减压阀设计计算

6.1 概述

6.1.1 背景

6.1.2 天然气

6.1.3 液化天然气

6.2 减压阀

6.2.1 减压阀工作原理

6.2.2 阀门设计的基本内容

6.2.3 减压阀的性能要求

6.3 LNG减压阀的设计计算

6.3.1 LNG减压阀工作原理以及设计要求

6.3.2 阀门的公称通径

6.3.3 LNG减压阀结构长度的确定

6.3.4 主阀流通面积及主阀瓣开启高度的计算

6.3.5 副阀流通面积及副阀瓣开启高度的计算

6.3.6 弹簧的计算

6.4 减压阀阀体的设计

6.4.1 阀体的功能

6.4.2 阀体的设计

6.5 阀盖壁厚的设计和计算

6.5.1 阀盖的设计和强度校核

6.5.2 阀盖厚度的计算

6.5.3 阀盖强度的验算

6.6 阀座及密封面的设计

6.6.1 阀座的结构型式

6.6.2 阀座尺寸的确定

6.6.3 密封面计算比压的验算

6.7 阀杆的设计和强度校核

6.7.1 阀杆及紧固材料的选用和尺寸的确定

6.7.2 阀杆强度校核

6.7.3 阀杆头部强度验算

6.7.4 阀杆稳定性验算

6.8 垫片材料以及尺寸的确定

6.9 中法兰连接螺栓的设计和强度校核

6.9.1 中法兰连接螺栓的设计

6.9.2 中法兰连接螺栓强度的验算

6.9.3 中法兰设计和强度校核

6.10 填料函及填料的设计和强度校核

6.10.1 填料函与填料的材料

6.10.2 填料函的尺寸

6.10.3 填料函的校核计算

6.11 上密封座和阀座的结构形式和尺寸计算

6.11.1 上密封座的结构形式和尺寸计算

6.11.2 阀座的结构形式和尺寸

6.12 膜片的计算

6.13 低温阀门的特殊结构

6.13.1 保冷

6.13.2 预防异常升压的措施

6.14 减压阀的性能指标及验算

6.14.1 减压阀的主要静态性能指标

6.14.2 减压阀的动态性能

6.14.3 减压阀静态特性偏差值的验算

参考文献

第7章 LNG节流阀设计计算

7.1 概述

7.1.1 节流阀简介

7.1.2 节流阀的设计要点

7.1.3 设计步骤

7.1.4 节流制冷理论

7.2 阀体的计算

7.3 主阀流通面积的计算

7.4 阀芯受力计算

7.4.1 阀芯简介

7.4.2 轴向推力计算

7.4.3 阀芯尺寸计算

7.5 阀盖的设计计算

7.6 阀杆的设计计算

7.6.1 阀杆的选择

7.6.2 最大轴向力计算

7.6.3 阀杆设计计算

7.7 阀门的密封

7.7.1 密封材料

7.7.2 密封面

7.8 法兰的设计与计算

7.8.1 法兰形式

7.8.2 中法兰的设计计算

7.8.3 螺栓材料、规格及数量的确定

7.8.4 确定法兰颈部尺寸，法兰宽度和厚度尺寸

7.9 卡簧的材料与选型

7.9.1 卡簧的材料

7.9.2 卡簧的选型

7.9.3 卡环外形尺寸

7.10 手轮调节力矩的计算

7.10.1 手轮直径

7.10.2 手轮旋向

7.11 传热的计算

7.11.1 低温阀门的绝热性能

7.11.2 低温阀门的冷却性能

7.11.3 低温阀门启闭密封件的工作能力

7.11.4 低温阀门外表面不结冰的条件

参考文献

第8章 LNG安全阀设计计算

8.1 基础数据和资料

8.1.1 设计背景

8.1.2 设计规范及主要设计参数

8.2 阀门尺寸的确定

8.2.1 安全阀排量计算

8.2.2 安全阀流道尺寸及公称尺寸的确定

8.3 弹簧的设计与计算

8.3.1 弹簧结构的确定

8.3.2 弹簧强度的校核

8.4 阀体壁厚计算及校核

8.4.1 阀体选择原则

8.4.2 阀体结构

8.4.3 阀体计算

8.5 安全阀中法兰自紧密封计算

8.5.1 载荷计算

8.5.2 支承环的设计计算

8.5.3 预紧螺栓的设计计算

8.5.4 阀盖的设计计算

8.6 阀座密封面设计计算

8.6.1 阀座尺寸确定

8.6.2 阀座密封面设计计算

8.7 阀杆的设计与计算

8.7.1 阀杆总轴向力

8.7.2 安全阀阀杆力矩

8.7.3 安全阀阀杆的强度计算

8.8 安全阀阀瓣设计与计算

8.8.1 阀瓣结构及尺寸

8.8.2 阀瓣密封面上总作用力及计算比压

8.8.3 阀瓣强度校核

8.9 阀杆螺母的计算

8.9.1 螺纹表面的挤压应力计算

8.9.2 螺纹根部剪应力计算

8.10 填料装置的计算

8.10.1 填料压盖的主要尺寸参数

8.10.2 填料装置主要零件的强度校验

8.10.3 填料与阀杆之间摩擦力的计算

8.11 安全阀泄漏率的设计计算

8.11.1 安全阀的泄漏率的计算

8.11.2 漏率设定与漏率换算

8.12 传热计算

8.12.1 传热机理的设计计算

8.12.2 保冷层的设计计算

8.13 介质的排放系统的确定

参考文献

第9章 LNG止回阀设计计算

9.1 概述

9.1.1 止回阀的工作原理

9.1.2 止回阀的分类

9.1.3 止回阀的适用场合

9.1.4 止回阀的选型标准

9.2 止回阀设计程序

9.2.1 止回阀设计的基本内容

9.2.2 止回阀设计程序

9.2.3 止回阀的零部件及材料

9.3 止回阀阀体的设计与计算

9.3.1 止回阀阀体设计的基本内容

9.3.2 阀体的结构设计

9.4 阀门尺寸计算

9.4.1 壳体最小壁厚验算

9.4.2 垫片计算

9.4.3 中法兰螺栓强度校核

9.4.4 中法兰强度校核

9.4.5 自紧密封设计与计算

9.4.6 阀盖厚度计算

9.4.7 阀盖强度校核

9.4.8 密封副的设计

9.4.9 阀瓣厚度验算

9.4.10 旋启式止回阀阀瓣密封圈

9.4.11 旋启式止回阀阀瓣密封圈压板

9.5 传热过程基本原理分析

9.5.1 传热过程的基本变量及方程

9.5.2 稳态传热过程的有限元分析

9.5.3 阀门保冷层厚度计算

参考文献

第10章 LNG针阀设计计算

10.1 概述

10.1.1 背景

10.1.2 天然气

10.1.3 液化天然气

10.2 设计依据的标准及主要设计参数

10.2.1 设计依据的标准

10.2.2 主要设计参数

10.3 针阀结构设计

10.3.1 阀体最小壁厚验算

10.3.2 密封面上总作用压力及比压计算

10.4 强度计算

10.4.1 阀杆强度计算

10.4.2 阀芯强度计算

10.4.3 填料箱部位强度计算

10.4.4 填料压盖强度计算

10.4.5 阀盖强度计算

10.5 流量控制系统设计

10.5.1 流量控制机理

10.5.2 数据计算说明

10.5.3 螺旋控制器

10.6 强度校核

10.6.1 旋钮剪切强度校核

10.6.2 旋钮操作扭矩计算

10.6.3 本体压力实验变形校核

参考文献

第11章 LNG呼吸阀设计计算

11.1 设计背景

11.1.1 阀门的介绍

11.1.2 液化天然气介绍

11.1.3 低温阀门

11.1.4 LNG呼吸阀发展

11.1.5 设计依据的标准及主要设计参数

11.2 LNG呼吸阀结构的初步设计

11.2.1 阀内压力计算

11.2.2 阀体壁厚设计

11.2.3 阀体的选材

11.3 阀盖的设计

11.3.1 阀盖厚度设计

11.3.2 阀盖强度校核

11.3.3 阀体与阀盖的连接设计

11.3.4 法兰强度校核

11.4 阀座的设计

11.4.1 阀座设计条件

11.4.2 密封阀座设计计算

11.5 阀瓣的设计

11.5.1 阀瓣厚度验算

11.5.2 阀瓣的选材

11.5.3 阀瓣强度校核设计条件

11.5.4 阀瓣强度校核计算

11.6 阀杆的初步设计

11.6.1 阀杆的常规设计

11.6.2 阀杆的选材

11.7 呼吸阀的泄漏率的设计计算

11.7.1 呼吸阀的泄漏率的计算

11.7.2 漏孔直径与流率计算

11.7.3 漏率设定与漏率换算

11.8 弹簧设计计算

11.8.1 最大压力和最小压力的确定

11.8.2 呼吸阀弹簧设计

11.9 保冷层的设计计算

11.9.1 按最大允许冷损失量进行计算

11.9.2 按防止外表面结露进行计算

11.10 呼吸阀阻火器计算

11.10.1 阻火器的计算方法

11.10.2 阻火器的工作原理

11.10.3 阻火器的选用

参考文献

第12章 LNG温控阀结构设计计算

12.1 温控阀结构设计计算

12.1.1 原始数据

12.1.2 阀门壁厚的计算

12.1.3 密封面、环上总作用力及计算比压计算式

12.1.4 阀杆轴向力计算

12.1.5 LNG温控阀阀杆应力校核

12.1.6 阀杆稳定性验算

12.1.7 阀杆头部强度验算

12.1.8 阀瓣设计与计算

12.1.9 LNG温控阀中法兰连接螺栓

12.1.10 LNG温控阀中法兰强度验算

12.1.11 LNG温控阀阀盖强度验算

12.1.12 支架强度的计算式

12.1.13 填料箱部位计算

12.2 温控阀感温元件

12.2.1 感温包意义

12.2.2 国内外研究现状及应用

12.2.3 温控阀感温元件的原理与结构

12.2.4 温控阀气体式温包的工作原理

12.2.5 感温元件的传热学分析

12.2.6 感温元件的基本计算

12.3 温控阀调节弹簧的分析设计

12.3.1 温控阀中的组合弹簧

12.3.2 控制原理

12.3.3 设计思路

12.3.4 弹簧元件设计

12.3.5 滞后性的理论分析

参考文献

第13章 NG疏气阀设计计算

13.1 概述

13.2 设计条件及要求

13.2.1 技术要求及参考标准

13.2.2 阀体

13.2.3 阀盖

13.2.4 阀瓣和阀座

13.2.5 填料函

13.3 功能和材料选择

13.3.1 LNG疏气阀的功能

13.3.2 LNG疏气阀的材料选择

13.4 杠杆浮球式疏气阀的设计

13.4.1 杠杆浮球式疏气阀的工作原理

13.4.2 基本参数的确定

13.5 密封比压

13.5.1 泄漏标准

13.5.2 疏气阀的密封面

13.5.3 垫片

13.6 螺栓与法兰的强度计算

13.6.1 阀体与阀盖的连接计算

13.6.2 螺栓数量

13.6.3 最小弦距pm的确定

13.6.4 法兰厚度

13.6.5 钢制中法兰的强度计算

13.6.6 法兰环的径向应力

13.6.7 法兰环的环向应力

13.7 浮球的设计与应力验算

13.7.1 浮球的初算质量

13.7.2 浮球的质量

13.7.3 阀座排水口直径浮球处于平衡状态

13.7.4 浮球部件受力分析及计算

13.8 临界开启时的力平衡方程

13.9 液化天然气管道疏气量的计算

13.9.1 启动时液化天然气管道疏气量的计算

13.9.2 液化天然气管道运行时的疏气量计算

13.9.3 疏气阀疏气量的确定

13.10 动作原理

13.10.1 动作过程

13.10.2 结构设计

13.11 阀盖的计算校核

13.11.1 Ⅰ—Ⅰ断面拉应力验算

13.11.2 Ⅱ—Ⅱ断面剪应力验算

13.11.3 阀盖的设计计算

13.11.4 阀体顶部的设计计算

13.12 阀杆计算

13.12.1 阀杆总轴向力计算

13.12.2 材料选择

13.12.3 压缩填料的结构

13.12.4 填料对不锈钢阀杆的腐蚀

13.12.5 阀杆密封填料的形式

13.12.6 传统阀杆加工工艺的特点

13.12.7 新型阀杆制造工艺的特点

13.12.8 阀杆主要性能

13.13 介质排放

13.13.1 利用混合动力循环回收的液化天然气冷能

13.13.2 温度差发电和动力装置联合的液化天然气回收冷能

参考文献

致谢