Especificações de projeto para válvulas de esferas flutuantes criogênicas: requisitos de material especial em aplicações de tanque de armazenamento de GNL

I. O papel das válvulas de esferas flutuantes criogênicas nos tanques de armazenamento de GNL
A temperatura de projeto dos tanques de armazenamento de GNL é geralmente entre -165 ° C e -196 ° C. Um ambiente de temperatura extremamente baixo impõe requisitos extremamente altos aos materiais e design das válvulas. As válvulas de esferas flutuantes criogênicas são usadas principalmente para controlar o fluxo de GNL e garantir vedação e operação confiáveis ​​em condições de baixa temperatura. Suas principais funções incluem:
• Desempenho de vedação: impedir o vazamento de GNL e garantir a segurança do sistema de tanques de armazenamento.
• Desempenho de baixa temperatura: os materiais devem ser capazes de manter propriedades mecânicas sob temperaturas baixas extremas para evitar fraturas quebradiças.
• Confiabilidade operacional: as válvulas precisam obter operação flexível em um ambiente de baixa temperatura e evitar intermaturas ou falhas causadas por mudanças de temperatura.

Ii. Especificações de projeto para válvulas de bola flutuantes criogênicas
(a) Padrões e especificações internacionais
O design de válvulas de bola flutuantes criogênicas geralmente precisa seguir uma série de padrões e especificações internacionais para garantir seu desempenho e segurança. Esses padrões incluem, mas não estão limitados a:
• API 608: o American Petroleum Institute Standard, que estipula os requisitos básicos de design para válvulas de bola.
• ASME B16.34: O padrão da Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos, que envolve as classificações de pressão e temperatura das válvulas.
• ISO 28921-1: O Organização Internacional de Padrão de Padronização, direcionando especificamente o design de válvulas criogênicas.
• BS 6364: o padrão britânico, aplicável ao design e teste de válvulas criogênicas.

(B) Recursos de projeto
• Tratamento criogênico: os principais componentes da válvula (como o corpo da válvula, o assento da válvula etc.) precisam passar por um tratamento criogênico especial para aliviar o estresse e garantir o desempenho dos materiais a baixas temperaturas.
• Projeto de vedação: Adote um projeto de assento de válvula elástica circular de contato duplo para otimizar a área de contato entre a bola e o assento da válvula e garantir o desempenho de vedação em condições de baixa temperatura.
• Projeto à prova de fogo e antiestático: considerando a inflamabilidade do GNL, as válvulas precisam ter funções à prova de fogo e antiestáticas para evitar riscos causados ​​por incêndio ou acumulação eletrostática.

Iii. Requisitos de material especial nas aplicações do tanque de armazenamento de GNL
(a) Materiais do tanque interno
O tanque interno de um tanque de armazenamento de GNL entra em contato diretamente com o líquido criogênico; portanto, os materiais com excelente tenacidade de baixa temperatura e propriedades mecânicas precisam ser selecionadas. Os materiais comuns do tanque interno incluem:
• Aço Ni 9%: Este material ainda pode manter boas propriedades mecânicas a uma temperatura baixa de -162 ° C e é o material preferido para o tanque interno dos tanques de armazenamento de GNL.
• Aço inoxidável austenítico: como 304 e 316, que têm boa resistência à corrosão e desempenho de baixa temperatura.
• Liga de alumínio: em algumas aplicações específicas, a liga de alumínio também é usada para o tanque interno, mas sua força e resistência a baixas temperaturas precisam ser garantidas.

(B) Materiais do tanque externo
O tanque externo é usado principalmente para fornecer suporte estrutural e funções de isolamento térmico e geralmente adota os seguintes materiais:
• Concreto protendido: possui um bom desempenho compressivo e efeito de isolamento térmico e é comumente usado para o tanque externo de grandes tanques de armazenamento de LNG.
• Aço de carbono: usado para a placa à prova de umidade e alguns componentes estruturais do tanque externo e requer tratamento anticorrosão.

(C) Materiais de isolamento
para reduzir a transferência de calor e manter o estado de baixa temperatura do GNL, os materiais de isolamento de alto desempenho precisam ser preenchidos entre as paredes interna e externa do tanque de armazenamento. Os materiais de isolamento comuns incluem:
• Perlita expandida: possui um bom desempenho de isolamento térmico e uma baixa condutividade térmica.
• Tijolos de vidro de espuma: usados ​​para o isolamento térmico do fundo do tanque e da parede do tanque interno e possui uma capacidade de rolamento relativamente alta.

4. Comparative Analysis of Materials
(A) Comparison between 9% Ni Steel and Austenitic Stainless Steel
Characteristics 9% Ni Steel Austenitic Stainless Steel
Low-temperature toughness Excellent, suitable for -162°C Good, but attention should be paid to low-temperature brittleness
Strength High strength, suitable for high-pressure working conditions Lower strength, suitable for low-pressure working conditions
Corrosion resistance General, requiring additional anti-corrosion medidas excelentes, com forte resistência à corrosão,
custa alto meio

(B) Comparação entre o concreto protendido e as características do aço carbono,
o desempenho de isolamento térmico
de aço carbono de concreto pré-tento excelente, adequado para grandes tanques de armazenamento pobres, exigindo um isolamento térmico adicional mede
a resistência à compressão de alta
resistência à corrosão geral, exigindo um tratamento anticorrosão, exigindo
um custo de revestimento anti-corrosão baixo baixo

V. Resumo
A aplicação de válvulas de esferas flutuantes criogênicas nos tanques de armazenamento de GNL precisa seguir estritamente as especificações do projeto internacional, e os materiais apropriados devem ser selecionados de acordo com as condições de trabalho. A aço ni a 9% e o aço inoxidável austenítico são as principais opções de material para o tanque interno, enquanto o concreto protendido e o aço carbono são comumente usados ​​para o tanque externo. Através da análise comparativa, podemos entender melhor as vantagens e desvantagens de diferentes materiais, de modo a fazer escolhas mais razoáveis ​​em aplicações práticas. Com o desenvolvimento contínuo da indústria de GNL, os requisitos para válvulas de esferas flutuantes criogênicas e materiais de tanque de armazenamento também se tornarão cada vez mais altos. No futuro, serão necessários mais pesquisas e desenvolvimento de materiais criogênicos de alto desempenho para atender às necessidades do desenvolvimento do setor.