李金城 
在傳統的低溫流體控制領域，成套工藝流程中常用的過程控制閥門數量眾多，其中截止閥、閘閥、球閥為主要通斷閥門之一，具有流動阻力小，可輸送氣液兩相流，閥門不易堵塞，控制流量大等特點，而閘閥、球閥具有雙向密封，雙向通斷，控制方便等特點，為成套工藝設備中不可缺少的主要設備，且一般都采用法蘭或螺紋連接于管道中。由于傳統的閥門存在控制密封面大，密封面多，存在盲區，易于泄漏等特點，不能應用于低溫易燃易爆流體等領域，尤其-162℃ LNG領域。
首先，以閘閥、球閥為例，傳統的閘閥、球閥打開或關閉時都會形成雙向密封，閥腔內都存在盲區。一般情況下LNG為低溫飽和液體或氣液兩相流，盲區內的LNG在閥門打開或關閉后，由于存在環境熱源，盲區內LNG迅速氣化，溫度迅速上升，壓力迅速增大，導致上部多重密封及下部主密封面極易損壞，且閥門存在爆破等更嚴重的隱患。為解決這一問題，傳統的低溫閘閥、低溫球閥用于LNG時，通過在閥體外增加管道，連接盲區至球閥出口段，導出低溫流體，但這種方法導致盲區與閥門一端連通，損壞了閘閥、球閥主密封面雙向密封、雙向截止、雙向控制的優勢，閘閥、球閥只能使用一個主密封面，不能起到雙向密封的作用。另外，由于管道兩端的LNG均極易氣化，LNG流體易于反向流動等原因，要求LNG閘閥、LNG球閥起到雙向截止，雙向密封的作用，故外加導管連通一側不能有效解決雙向截止的問題。同時，外加導管由于強度等原因易于損壞泄漏，且存在閥體外側不易于加裝保溫層，閥體外觀不對稱等缺點。
其次，由于LNG氣化后為易燃易爆氣體，主要成分為CH 4，傳統的低溫閥門由于存在較多的密封，容易引起CH 4泄漏，如雙向主密封、閥體與閥蓋之間的多重密封、管道法蘭連接密封等，尤其在-162℃低溫工況下，密封墊片及密封面往往直接與LNG接觸，密封材料極易出現低溫脆斷，密封面經常出現泄漏，存在很大的安全隱患。此外，由于LNG閥門上下溫差較大，以截止閥、閘閥為例，閥體與LNG接觸，閥桿旋轉執行器、上閥體及上部閥桿部件與外部大氣環境接觸，閥門兩端存在200℃左右的溫差，導致部件內部存在很大的溫差應力，尤其在閥桿與上閥體之間。由于LNG閥體一般采用鑄鋼制造，傳熱速率較快，需要較長的上閥體及閥桿延遲傳熱，以防止旋轉執行器等部件溫度太低，不能正常工作，或防止人員凍傷等，所以一般要求閥桿延長至頂部不結霜為至。此外，由于閥體采用鑄鋼件，閥桿采用鋼性鍛件，兩者熱膨脹系數相差較大，低溫工況下存在較大溫差應力，相互接觸后，低溫應變容易導致閥體開裂，閥桿變形，主密封面破壞，LNG無法截止等問題。所以，傳統的低溫閥門用于LNG領域時，要求閥桿較長以減少局部溫差應變，使整個閥門體積較大，以適應于冷收縮及解決較大溫差應力等問題。最后，LNG為低溫流體，管道輸送壓力一般低于0.2MPa，處于飽和狀態或過熱狀態，輸送時外界會源源不斷通過閥門及管道給LNG提供熱量，導致LNG持續氣化，出現兩相流。兩相流遇到突然截止時，容易導致管道內剩余LNG壓力劇增并過臨界。當壓力迅速超過臨界壓力4.6MPa，溫度超過臨界溫度-82.59℃后，會給整個輸送系統安全造成極大的安全隱患，所以，一般的LNG閥門或LNG系統的設計壓力大于6MPa，使整個LNG系統設計難度增大，設備笨重，體積龐大。
LNG系列閥門涉及低溫流體過程控制及多相流控制過程，也是目前設計計算較復雜、加工制造難度較大的低溫過程控制裝備，沒有統一的設計計算方法，計算過程中需要復核計算低溫材料強度，選擇氣液兩相流參數等，隨著工藝流程或物性參數特點不同而存在較大差別，難以標準化。此外，由于LNG系列閥門種類較多，沒有統一的結構設計模型及理論設計計算方法用于計算機輔助計算過程，給LNG系列閥門的科學計算過程帶來了障礙。20世紀80年代以來，國外主要有美國泰科公司等開發，可進行低溫工況下的LNG過程控制等，具有控制效果好，集約化程度高，需要閥門數量少等特點。國內在LNG液化工廠、LNG接收站及LNG氣化站等方面已有應用，一般隨整體工藝成套進口。蘭州交通大學與甘肅中遠能源動力工程有限公司曾對-162℃ LNG系列閥門、-70℃低溫甲醇用系列閥門、-197℃液氮系列閥門、-210℃空間飛行器用系列閥門等進行了系列化開發，主要針對以-162℃ LNG系列板翅式換熱器、-162℃ LNG系列纏繞管式換熱器等為主液化設備的LNG系統配套用低溫閥門進行開發，根據不同溫度及控制領域，研究不同種類的低溫閥門設計計算方法。本書針對-162℃ LNG系列閥門結構特點，研究開發了LNG截止閥、LNG閘閥、LNG蝶閥、LNG止回閥、LNG球閥、LNG安全閥等多種類型的LNG控制閥門，已具備產業化設計及加工制造能力。
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