3.8 滴水盘的设计计算和自泄压结构
3.8.1 滴水盘过余温度场与散热量的计算
方程为0阶虚宗量贝塞尔方程，利用数学物理方法可以解得其通解为：
（3-130）
根据物理模型，假设滴水盘的末端为绝热，计算结果可以满足精度要求，则方程边界条件为：
（3-131）
此外，根据虚宗量贝塞尔函数和虚宗量汉克函数递推关系式：
（3-132）
（3-133）
将边界条件式（3-131）代入通解式（3-130），得到滴水盘的过余温度场为：
（3-134）
式中 I0(ar) —零阶虚宗量贝塞尔函数；
I1(ar) —一阶虚宗量贝塞尔函数；
K0(ar) —零阶虚宗量汉克函数；
K1(ar) —一阶虚宗量汉克函数。
对于稳态导热，则整个滴水盘的散热量等于由滴水盘基部导出的热量，即
（3-135）
并将式（3-134）求导代入式（3-135）整理得出滴水盘的散热量为：
（3-136）
滴水盘的效率可以定义为：
即
（3-137）
3.8.2 自卸压结构
LNG气化后，体积将扩大为原来的600多倍，存在异常升压的问题。当阀门关闭后，残留在腔体内的LNG从周围环境中大量吸收热量迅速气化，在腔体内产生很高的压强，从而破环球体及阀座组件，使阀门不能正常工作，所以在LNG超低温环境下的阀门都需要设置泄压结构，以防止腔体内异常升压。
（1）自泄压式阀座
自泄压阀座（见图3-11）又称上游密封自动泄压式阀座。上游密封是指阀门使用时靠上游阀座起密封作用，当管道内为低压力或无压力时，通过阀座背面设置的弹簧提供初始密封预紧力从而保证在此状态下的密封性能；当管道内为正压力时，通过介质压力将上游阀座推向球面形成密封。当阀门中腔压力升高至工作压力的1.33倍时，中腔压力反推阀座，压缩预紧弹簧，使阀座脱离球面形成泄放通道，从而保证中腔压力顺利泄放（见图3-12），不会出现不稳定介质在阀腔内发生化学变化或相态变化而引起的异常升压，避免中腔压力异常升压带来的安全隐患。
图3-11 自泄压阀座
图3-12 泄压
由于受压面积A4＞A3，当阀腔压力增值1.33倍工作压力时，阀座克服弹簧预紧力，推开阀座，使之与球体产生间隙，内腔过载压力自动泄放到上游管线中。下游阀座（见图3-13）是双密封阀座，其结构使阀座紧贴球面达到密封。此结构既能保证阀座在工作时上下游同时起密封作用，又同时具备防止中腔升压向上游泄放功能。
图3-13 双密封阀座
在管道压力下受压面积A1＞A2，阀门中腔压力下受压面积A3＞A4，阀座始终紧贴球面达到密封。
（2）单泄放式弹簧蓄能圈
对小于或等于200mm口径的阀门，可以利用弹簧蓄能圈单向密封的特点，使阀腔泄压（见图3-14）。球阀关闭，中腔压力升高时，下游为双隔离双向密封结构，无法泄压。上游因为选择单向密封弹簧蓄能圈，无法形成活塞效应，当压力继续升高至一定压力时，则可通过弹簧蓄能圈的背面泄压，可以使上下游阀座尺寸、密封件尺寸、活塞径向尺寸一致，从而减少阀门加工、装配和维修的难度，并且可以降低阀门的扭矩。
图3-14 利用弹簧圈泄压
（3）泄压装置
对大于200mm以上的球阀，采用设置自动泄压装置解决阀腔内部压力升高的问题。大多数常规球阀一般选择在阀体上增设泄放阀释放阀腔内部的压力。但是LNG用球阀由于其使用在超低温工况环境下，如果向外界释放压力则会对环境和安全等造成影响。根据工艺管道要求，在球体上安装一个具有单向导通功能的自动泄放阀向上、下游管道释放阀腔压力。当球体沿A方向受管道压力时，球体上的自动泄放阀由于受到自身弹簧预紧力和介质作用力的作用使内件关闭，处于密封状态。当阀腔受外界影响，发生压力改变，球体受到沿B方向作用的阀腔作用力，当异常达到一定压力时，沿B方向的作用力克服泄放阀弹簧预紧力，推开泄放阀内件，使泄放阀打开，形成一个泄放孔，从而泄放掉阀腔内部的压力，使阀门可以安全正常工作。球体上设置泄压阀的简图如图3-15所示。
图3-15 球体上设置泄压阀
1—球体；2—泄压阀
3.8.3 保冷层设计计算
液化天然气（LNG）厂站内阀门长期低温运行，需采取保冷措施以减少周围环境中的热量传入管道内部，防止管道外壁凝露，经济有效地保护低温阀门中的冷量不散失。
保冷层材料采用硬质聚氨酯（PUR）泡沫材料。PUR的主要成分为异氰酸酯、聚醚或聚酯多元醇和多种助剂，其生产工艺简便，机械加工性能好，其缺点是耐候性、耐温性差且易燃，燃烧生成物有毒。
（3-138）
式中 D1 —保冷层外径，m；
Do —管道或设备外径，m，0.15m；
td —当地气象条件最热月的露点温度，15℃，根据GB 50264—97规定：在只防结露保冷层厚度计算中，保冷层外表面ts应为露点温度；
ta —环境温度，℃，取西宁累年夏季空调室外干球计算温度，26.5℃；
to —管道或设备外表面温度，℃，-162℃
αs —保冷层外表面向周围环境的放热系数，W/(m2·℃)，0.018W/(m2·℃)；
λ —保冷材料热导率，W/(m·℃)，0.024W/(m·℃)。
根据式（3-138）可得
LNG超低温固定球阀，其特征在于，包括阀体、球体、弹簧座、螺旋弹簧、阀座、挡圈卡环、长颈阀盖、驱动轴、填料、驱动装置、球体装于阀体内、阀盖装于阀体上，驱动轴一端装于球体内，另一端与驱动装置相连接，阀座装于阀体和球体之间，阀座大端后面装有弹簧座，弹簧座里面装有螺旋弹簧，螺旋弹簧与阀座大端接触，弹簧座和阀体之间的空隙装入链条式卡环，阀座弹簧蓄能密封圈和防火密封圈装于阀座上，用密封圈挡圈和挡圈卡环挡住阀座弹簧蓄能密封圈，驱动轴密封部位采用驱动轴弹簧蓄能密封圈加石墨填料双重密封，用密封圈挡住驱动轴弹簧蓄能密封圈。
LNG球阀，用于解决传统的在输送LNG时存在的不能双向密封、不能双向导通、密封泄漏、不容易安全控制、体积较大、设计笨重、阀杆太长等问题，可提高管道内LNG过程控制效率、降低系统设计压力、缩小阀门体积、提高LNG系统的安全性等。
根据LNG低温渗漏特点，按照迷宫密封的原理，在低温阀杆上部开有多个节流降压的环形齿槽，当阀门打开时，压力较高的LNG经多个环形齿槽连续节流降压后，迅速汽化形成高压气体，并密封于阀门上部，与底部的LNG压力达到平衡，以此抵制LNG直接向上渗透并接触上部密封面，以免冻坏密封面，延长了密封面的使用寿命。节流气化后的气体，温度升高后，密封于阀门上部，可降低LNG与阀门内表面的传热速度，延缓冷量向上传递，以此降低阀杆及整个阀门的高度，缩小阀门体积。考虑到LNG低温属性，阀门顶部设置多重低温密封，并填充多重密封函，主密封面采用具有内置弹性弹簧的多重阀塞密封，延长密封面长度，增加密封强度，以满足低温密封面对LNG的密封要求。同时，设置全焊型阀门，不再设置传统的阀盖，以下阀体对焊、上下阀体对焊的形式减少密封面，以最大限度地降低LNG泄漏。
本设计根据LNG低温阀门冷量由阀体向上传递的特点，可根据实际阀门的大小，在上阀体外设置传热系数较大的多重圆形散冷翅片，以阻止冷量向上传递，达到降低阀杆高度的要求。采用设置预应力的可收缩的弹性阀杆技术，可根据低温工况下阀体的温差应力，自由收缩以适应阀体的温度变化，保证密封面所需的预应力，确保密封面不会因大温差变化而导致泄漏，还可有效降低整体阀杆的高度，缩小球阀的整体尺寸。