李金城 
在传统的低温流体控制领域，成套工艺流程中常用的过程控制阀门数量众多，其中截止阀、闸阀、球阀为主要通断阀门之一，具有流动阻力小，可输送气液两相流，阀门不易堵塞，控制流量大等特点，而闸阀、球阀具有双向密封，双向通断，控制方便等特点，为成套工艺设备中不可缺少的主要设备，且一般都采用法兰或螺纹连接于管道中。由于传统的阀门存在控制密封面大，密封面多，存在盲区，易于泄漏等特点，不能应用于低温易燃易爆流体等领域，尤其-162℃ LNG领域。
首先，以闸阀、球阀为例，传统的闸阀、球阀打开或关闭时都会形成双向密封，阀腔内都存在盲区。一般情况下LNG为低温饱和液体或气液两相流，盲区内的LNG在阀门打开或关闭后，由于存在环境热源，盲区内LNG迅速气化，温度迅速上升，压力迅速增大，导致上部多重密封及下部主密封面极易损坏，且阀门存在爆破等更严重的隐患。为解决这一问题，传统的低温闸阀、低温球阀用于LNG时，通过在阀体外增加管道，连接盲区至球阀出口段，导出低温流体，但这种方法导致盲区与阀门一端连通，损坏了闸阀、球阀主密封面双向密封、双向截止、双向控制的优势，闸阀、球阀只能使用一个主密封面，不能起到双向密封的作用。另外，由于管道两端的LNG均极易气化，LNG流体易于反向流动等原因，要求LNG闸阀、LNG球阀起到双向截止，双向密封的作用，故外加导管连通一侧不能有效解决双向截止的问题。同时，外加导管由于强度等原因易于损坏泄漏，且存在阀体外侧不易于加装保温层，阀体外观不对称等缺点。
其次，由于LNG气化后为易燃易爆气体，主要成分为CH 4，传统的低温阀门由于存在较多的密封，容易引起CH 4泄漏，如双向主密封、阀体与阀盖之间的多重密封、管道法兰连接密封等，尤其在-162℃低温工况下，密封垫片及密封面往往直接与LNG接触，密封材料极易出现低温脆断，密封面经常出现泄漏，存在很大的安全隐患。此外，由于LNG阀门上下温差较大，以截止阀、闸阀为例，阀体与LNG接触，阀杆旋转执行器、上阀体及上部阀杆部件与外部大气环境接触，阀门两端存在200℃左右的温差，导致部件内部存在很大的温差应力，尤其在阀杆与上阀体之间。由于LNG阀体一般采用铸钢制造，传热速率较快，需要较长的上阀体及阀杆延迟传热，以防止旋转执行器等部件温度太低，不能正常工作，或防止人员冻伤等，所以一般要求阀杆延长至顶部不结霜为至。此外，由于阀体采用铸钢件，阀杆采用钢性锻件，两者热膨胀系数相差较大，低温工况下存在较大温差应力，相互接触后，低温应变容易导致阀体开裂，阀杆变形，主密封面破坏，LNG无法截止等问题。所以，传统的低温阀门用于LNG领域时，要求阀杆较长以减少局部温差应变，使整个阀门体积较大，以适应于冷收缩及解决较大温差应力等问题。最后，LNG为低温流体，管道输送压力一般低于0.2MPa，处于饱和状态或过热状态，输送时外界会源源不断通过阀门及管道给LNG提供热量，导致LNG持续气化，出现两相流。两相流遇到突然截止时，容易导致管道内剩余LNG压力剧增并过临界。当压力迅速超过临界压力4.6MPa，温度超过临界温度-82.59℃后，会给整个输送系统安全造成极大的安全隐患，所以，一般的LNG阀门或LNG系统的设计压力大于6MPa，使整个LNG系统设计难度增大，设备笨重，体积庞大。
LNG系列阀门涉及低温流体过程控制及多相流控制过程，也是目前设计计算较复杂、加工制造难度较大的低温过程控制装备，没有统一的设计计算方法，计算过程中需要复核计算低温材料强度，选择气液两相流参数等，随着工艺流程或物性参数特点不同而存在较大差别，难以标准化。此外，由于LNG系列阀门种类较多，没有统一的结构设计模型及理论设计计算方法用于计算机辅助计算过程，给LNG系列阀门的科学计算过程带来了障碍。20世纪80年代以来，国外主要有美国泰科公司等开发，可进行低温工况下的LNG过程控制等，具有控制效果好，集约化程度高，需要阀门数量少等特点。国内在LNG液化工厂、LNG接收站及LNG气化站等方面已有应用，一般随整体工艺成套进口。兰州交通大学与甘肃中远能源动力工程有限公司曾对-162℃ LNG系列阀门、-70℃低温甲醇用系列阀门、-197℃液氮系列阀门、-210℃空间飞行器用系列阀门等进行了系列化开发，主要针对以-162℃ LNG系列板翅式换热器、-162℃ LNG系列缠绕管式换热器等为主液化设备的LNG系统配套用低温阀门进行开发，根据不同温度及控制领域，研究不同种类的低温阀门设计计算方法。本书针对-162℃ LNG系列阀门结构特点，研究开发了LNG截止阀、LNG闸阀、LNG蝶阀、LNG止回阀、LNG球阀、LNG安全阀等多种类型的LNG控制阀门，已具备产业化设计及加工制造能力。
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