LNG气瓶汽化器缓冲罐装车撬流量调节阀振动原因探析

     在天然气接收站槽车充装区，通过流量调节阀调节流量将天然气送入槽车罐内。实际应用中经常发现在LNG充装过程中，调节阀会发生一定程度的振动和噪音。当振动在允许范围内不会对槽车装车系统造成影响。但调节阀长期振动会对阀体密封产生影响，严重时形成安全隐患。分析调节阀振动的原因，探索降低调节阀振动的办法，对保证槽车撬平稳装车具有实际意义。

1 槽车充装过程及阀门振动的产生

图1 槽车LNG充装简图

     在前期准备工作（如设备外观有无缺陷，安全装置和附件是否齐全、灵敏；车罐内温度和压力是否正常等）均已完成的情况下，方可进行气相臂、液相臂的连接。先进行气相臂的连接，并进行氮气吹扫。再进行液相臂连接，并进行氮气吹扫。液相臂、气相臂和槽车连接好之后，系统提示具备启动条件，此时打开槽车的进液阀和液相臂的进液阀进行LNG装车。槽车装车过程中发现，气瓶汽化器缓冲罐调节阀出现不规律的振动和噪音。在充装LNG初期，调节阀出现不规则的喘声，时断时续，间隔约2~7s，同时阀体出现轻微抖动。在充装到约一半时，阀门出现了长时间的蜂鸣声，时间持续约30s。严重时阀体出现较大振动，并伴随着持续时间较长的短促蜂鸣声。调节阀的严重振动对阀门密封性、使用寿命均有较大程度影响。

LNG是低温易燃易爆流体，调节阀的更换比常规管道调节阀的更换要求更复杂、安全性要求更高、成本也更高。

通常低温管道阀门振动会产生如下问题：

（1）阀门关闭不严，阀门开度和实际开度产生差异，出现内漏；

（2）阀门出现外漏，造成设备停车；

（3）阀门振动与装车撬产生共振，发生安全事故。

2 阀门振动原因分析

槽车装车区的整个系统采用自动化控制。仪表自动控制的基本原理见图2。在槽车区，控制对象为LNG充装的质量流速，执行机构为流量调节阀，其结构见图3，测量元件是科里奥利质量流量计。阀门振动的基本原因，是流过阀体的LNG流速不断变化，阀门来回动作，LNG形成时刻变化的湍流漩涡并和阀体及管体产生非周期性冲击形成的。同时LNG流速不断变化，造成流体内摩擦加剧。

在充装LNG过程中，为防止槽车罐体温度过高，形成大量的蒸发气（BOG），一般装车初期先小流量预冷槽车罐体，预冷过程中充装的LNG以槽车预设装载总量的10%为基准，再以正常流速给槽车充装LNG，最后减速装车，直至达到槽车预设的装载量。控制器设定的装车速度随时间变化，如图4。从图4可看到，装车过程中实际流速值与设定流速值产生了很大差别，尤其是预冷过程，有时甚至在恢复到正常操作速度过程中实际流速与设定的流速值之间也会产生较大差异。实际流量和设定流量值的差异，增加了LNG充装过程中流量的不稳定性和阀门动作的次数。本文中未考虑LNG槽车首次充装时罐体的氮气置换后的预冷情况，仅考虑LNG槽车正常卸掉LNG后再次充装LNG的情况。

根据流体力学基本原理，结合自动控制理论，实际流速与设定流速产生差异的原因可从干扰因素和控制器控制方式两个方面进行分析。