摘要：结合危险与可操作分析（HAZOP）评估及保护层分析（LOPA）对化工罐区的风险识别，需要进行紧急切断阀的改造应用。为此，先进行罐区风险分析，对常用切断阀进行功能及原理讨论，为工程改造提供基础。其次，结合工程案例提出具体的改造方案，同时完善切断阀的设计要求及应用原则。最后，在LNG系统中落实紧急切断阀的应用实践，能提高罐区介质应用的安全性。
关键词：LNG系统,紧急切断阀,安全改造
0引言
为提高紧急切断阀在车载低温LNG罐箱多式联运中的稳定性，设计一种新型的重写式紧急切断阀控制系统，该设计旨在通过集成先进的传感器技术、智能控制算法，确保在复杂多变的运输环境中，紧急切断阀能够迅速、准确地响应，保障LNG罐箱及运输车辆的整体安全。该设计引入高精度温度传感器和压力传感器，实时监测罐内LNG的温度和压力变化，确保数据准确性，加装火焰探测器与烟雾报警器，以快速响应潜在的火灾风险，实现早期预警，引入加速度计和陀螺仪，监测运输过程中的震动变化，为紧急情况下的快速响应提供依据[1]。在保留传统气动控制和现场手动操作的基础上，增加自动切断功能，当系统检测到异常信号时，能立即启动切断程序，关闭LNG进出口阀门，设计冗余切断回路，确保在主切断机制失效时，备用回路能够迅速接管，保证安全切断的可靠性，这种创新设计不仅有助于解决LNG能源运输中的安全问题，还为推动LNG产业链的健康发展提供有力技术支持。
1紧急切断阀应用设计
1.1新型低温紧急切断阀组成
传统气缸结构低温紧急切断阀虽已具备一定功能，但其“两头重、重心高”的设计不仅增加管路系统负荷，还限制安装空间的灵活性，在LNG槽车高速行驶过程中，车辆动力系统的振动会不可避免地传导至LNG充装管路及其配套阀门，导致紧急切断阀承受异常振动，进而可能因受力集中而引发泄漏、失效等安全隐患，严重威胁运输安全[2]。
鉴于此，设计一种新型低温紧急切断阀，旨在提升阀门在低温及动态环境下的稳定性，该新型阀门主要由以下几部分组成：
采用轻量化高强度材料设计阀体，同时优化阀体形状，减少“细长颈”现象，降低重心高度，以减轻管路负荷并提高安装便利性，增强阀体的抗振性能，减少振动对阀门内部结构的影响。
通过内置传感器实时监测阀门状态及外部环境变化，实现精准控制，增加减震装置，减少振动对执行机构的影响。
采用高强度连接方式加固阀杆与长颈阀盖的连接部位，提高整体结构的稳固性，优化阀杆设计，减少摩擦阻力，提高运动顺畅性[3]。
在阀门上集成监控模块，包括温度传感器、压力传感器、振动传感器等，实时监测阀门的工作状态，通过无线通信技术将监测数据上传至远程监控中心，实现远程监控，具体展示如图1所示。
图2所示的新型膜片式结构的低温紧急切断阀设计，这种设计充分考虑低温环境下的密封性，阀体作为整个阀门的主体结构，阀体采用耐低温材料制成，以承受LNG的极低温度而不发生形变或损坏，阀体内部设计有流道，用于LNG的流通与截断。
阀瓣组件包括阀瓣、密封圈、密封圈压板、弹簧垫圈、锁紧螺母、压紧螺母和对开环等，阀瓣在关闭时与阀座紧密贴合，实现流道的截断，密封圈和密封圈压板确保阀瓣与阀座之间的密封性[4]。
密封垫片位于阀体和阀盖组件之间，起到密封作用，防止LNG泄漏，由于LNG的低温特性，密封垫片需选用耐低温且弹性良好的材料。
阀盖组件包括阀盖体、接管和上法兰等，阀盖体覆盖在阀体上方，通过接管与阀体内部相连通。上法兰则用于与管道或其他设备连接。
膜片组件是新型设计中的一个关键点，由下支撑板、膜片、上支撑板、弹簧垫圈和薄螺母等组成。膜片在弹簧的作用下保持一定的预紧力，当阀门受到异常压力或温度时，膜片会迅速响应，通过压缩弹簧来关闭阀门，实现紧急切断功能。
弹簧位于阀盖接管中，安装在弹簧座和填料函之间，弹簧的预紧力可以通过阀杆的上下运动进行调整，以控制阀门的开启和关闭力度[5]。
1.2工作原理
在空载状态下，阀门依靠弹簧的预紧力，通过阀杆和阀瓣的联动作用，使阀瓣密封圈与阀体密封面紧密贴合，从而保持阀门的关闭状态，有效防止介质泄漏。当阀门需要开启时，通过向膜腔内充入压缩气体，利用气源压力推动膜片向上运动，膜片的这一运动进一步带动阀杆及阀瓣向上移动，从而实现阀门的开启，允许介质流通。该阀门设计有安全保护功能，当周围环境温度异常升高至70℃±5℃时，易熔塞会自动熔化，导致膜腔内压缩气体迅速排放，膜片因此失压，弹簧的预紧力将占据主导地位，推动阀杆向下运动，进而带动阀瓣迅速关闭阀门，切断管路内介质的继续排放，有效防止了潜在的危险或事故的进一步扩大[6]。
2低温紧急切断阀设计计算
2.1阀体壁厚计算
阀体壁厚需要根据工作压力、最大允许工作压力、材料特性以及温度变化等因素来确定，计算公式如式（1）：
式中：t为阀体壁厚；P为工作压力，MPa；D1为阀体外径，mm；D2是阀体内径，mm；S是材料的许用应力，MPa。根据调查数据，工作压力P=6.3 MPa，阀体外径D1=300 mm，阀体内径D2=250 mm，材料许用应力S=100 MPa，将数值代入公式进行计算：t=1.575 mm，壁厚不能是小数，且为安全起见，向上取整到最接近的标准壁厚值，选择2 mm壁厚值，确保足够安全性。
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