Especificaciones de diseño para válvulas de bola flotantes criogénicas: requisitos especiales de material en aplicaciones de tanques de almacenamiento de GNL

I. El papel de las válvulas de bola flotantes criogénicas en los tanques de almacenamiento de GNL
La temperatura de diseño de los tanques de almacenamiento de GNL suele ser entre -165 ° C y -196 ° C. Un entorno de temperatura tan extremadamente baja impone requisitos extremadamente altos en los materiales y el diseño de válvulas. Las válvulas de bola flotantes criogénicas se utilizan principalmente para controlar el flujo de GNL y garantizar un sellado y operación confiables en condiciones de baja temperatura. Sus funciones principales incluyen:
• Rendimiento de sellado: evite la fuga de GNL y garantice la seguridad del sistema de tanques de almacenamiento.
• Rendimiento de baja temperatura: los materiales deben poder mantener propiedades mecánicas a bajas temperaturas extremas para evitar fracturas frágiles.
• Confiabilidad operativa: las válvulas deben lograr un funcionamiento flexible en un entorno de baja temperatura y evitar la interferencia o la falla causada por los cambios de temperatura.

II. Especificaciones de diseño para válvulas de bola flotantes criogénicas
(a) Estándares y especificaciones internacionales
El diseño de las válvulas de bola flotantes criogénicas generalmente debe seguir una serie de estándares y especificaciones internacionales para garantizar su rendimiento y seguridad. Estos estándares incluyen, entre otras,:
• API 608: el estándar American Petroleum Institute, que estipula los requisitos de diseño básicos para las válvulas de bola.
• ASME B16.34: El estándar de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos, que implica las clasificaciones de presión y temperatura de las válvulas.
• ISO 28921-1: la organización internacional para la estandarización estándar, dirigida específicamente al diseño de válvulas criogénicas.
• BS 6364: El estándar británico, aplicable al diseño y prueba de válvulas criogénicas.

(B) Características de diseño
• Tratamiento criogénico: los componentes clave de la válvula (como el cuerpo de la válvula, el asiento de la válvula, etc.) deben someterse a un tratamiento criogénico especial para aliviar el estrés y garantizar el rendimiento de los materiales a bajas temperaturas.
• Diseño de sellado: adopte un diseño de asiento de válvula elástica circular de doble contacto para optimizar el área de contacto entre la bola y el asiento de la válvula y garantizar el rendimiento del sellado en condiciones de baja temperatura.
• Diseño de fuego y diseño antiestático: teniendo en cuenta la inflamabilidad del GNL, las válvulas deben tener inauguración de fuego y funciones antiestáticas para evitar riesgos causados ​​por fuego o acumulación electrostática.

Iii. Requisitos especiales de material en aplicaciones del tanque de almacenamiento de GNL
(a) Materiales del tanque interno
El tanque interno de un tanque de almacenamiento de GNL contacta directamente con el líquido criogénico, por lo que se deben seleccionar los materiales con excelente tenacidad a baja temperatura y propiedades mecánicas. Los materiales del tanque interno comunes incluyen:
• Acero Ni al 9%: este material aún puede mantener buenas propiedades mecánicas a una temperatura baja de -162 ° C y es el material preferido para el tanque interno de los tanques de almacenamiento de GNL.
• Acero inoxidable austenítico: como 304 y 316, que tienen una buena resistencia a la corrosión y un rendimiento de baja temperatura.
• Aleación de aluminio: en algunas aplicaciones específicas, la aleación de aluminio también se usa para el tanque interno, pero su resistencia y resistencia a bajas temperaturas deben garantizarse.

(B) Materiales del tanque externo
El tanque exterior se usa principalmente para proporcionar soporte estructural y funciones de aislamiento térmico y generalmente adopta los siguientes materiales:
• Concreto pretensado: tiene un buen rendimiento de compresión y efecto de aislamiento térmico y se usa comúnmente para el tanque exterior de grandes tanques de almacenamiento de GNL.
• Acero al carbono: utilizado para la placa a prueba de humedad y algunos componentes estructurales del tanque externo y requiere tratamiento anticorrosión.

(C) Materiales de aislamiento
para reducir la transferencia de calor y mantener el estado de baja temperatura del GNL y los materiales de aislamiento de alto rendimiento deben llenarse entre las paredes interiores y exteriores del tanque de almacenamiento. Los materiales de aislamiento comunes incluyen:
• Perlita expandida: tiene un buen rendimiento de aislamiento térmico y una baja conductividad térmica.
• Ladrillos de vidrio de espuma: utilizado para el aislamiento térmico del fondo del tanque y la pared interna del tanque y tiene una capacidad de carga relativamente alta.

IV. Análisis comparativo de los materiales
(a) Comparación entre el 9% de acero Ni y
las características de acero inoxidable austenítico 9% Ni Steel Austenítico Acero inoxidable
Hardosidad
de baja temperatura Excelente, adecuado para -162 °
C Medidas excelentes, con un fuerte
costo de resistencia a la corrosión medio alto

(B) Comparación entre el concreto pretensado y las características de acero al carbono de hormigón presupuesto
Rendimiento de aislamiento térmico
de acero de acero térmico Excelente, adecuado para grandes tanques de almacenamiento deficientes, que requieren medidas de aislamiento térmico adicional, resistencia a
la compresión de alta
resistencia a la corrosión general, lo que requiere un tratamiento anticorrosión pobre, que requiere un costo de recubrimiento anticorrosión
bajo medio bajo bajo

V. Resumen
La aplicación de válvulas de bola flotantes criogénicas en los tanques de almacenamiento de GNL debe seguir estrictamente las especificaciones de diseño internacional, y se deben seleccionar materiales apropiados de acuerdo con las condiciones de trabajo. El acero Ni al 9% y el acero inoxidable austenítico son las principales opciones de material para el tanque interno, mientras que el concreto pretensado y el acero de carbono se usan comúnmente para el tanque externo. A través del análisis comparativo, podemos comprender mejor las ventajas y desventajas de diferentes materiales, para tomar decisiones más razonables en aplicaciones prácticas. Con el desarrollo continuo de la industria de GNL, los requisitos para las válvulas de bola flotantes criogénicas y los materiales de los tanques de almacenamiento también se volverán cada vez más altos. En el futuro, se necesitará más investigación y desarrollo de materiales criogénicos de alto rendimiento para satisfacer las necesidades del desarrollo de la industria.