上海申弘閥門有限公司
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之前介紹自力式壓力調(diào)節(jié)閥在化工行業(yè)應(yīng)用,現(xiàn)在介紹全焊接管道燃?xì)馇蜷y設(shè)計規(guī)范 管道球閥的結(jié)構(gòu)特點及工作原理 全焊接燃?xì)馇蜷y設(shè)計規(guī)范 燃?xì)馇蜷y
球閥內(nèi)件材料也是經(jīng)過精心的選擇,閥體的壁厚和閥體的螺栓的連接強度按美國標(biāo)準(zhǔn)ASME B16.34的要求,經(jīng)過嚴(yán)密計算,確保相應(yīng)的閥體壓力等級和結(jié)合部的可靠強度。
球體采用固定結(jié)構(gòu),浮動閥座,在操作壓力下能達到較小的扭矩,采用了具有自潤PTFE的金屬軸套,與高強度、高光潔度的閥桿配合,使摩擦系數(shù)降到低。
而管線鍛鋼球閥使用聚合材料作為閥座密封,密封座用彈簧加載,在較廣的溫度變化和壓力變化范圍內(nèi)具有優(yōu)良的密封性能,確保在關(guān)閉壓差作用下達到無氣泡泄漏的密封,且在大壓差下任可保持小操作扭矩。
并且鍛鋼球閥的規(guī)格和壓力等級符合美國石油學(xué)會API 16D/ISO 14314標(biāo)準(zhǔn)、中國GB/T 19672標(biāo)準(zhǔn)及美國ASME標(biāo)準(zhǔn)的要求。根據(jù)客戶要求,閥門可采用符合美國腐蝕工程協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)NACE MR 0175或NACE MR 0103的材料。
球閥的設(shè)計和制造質(zhì)量體系是以ISO 9001質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)和API Q1的質(zhì)量大綱規(guī)范為模式,并分別經(jīng)DNV船級社和美國API石油學(xué)會認(rèn)可,符合ISO 9001質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn),符合API Q1和API 6D規(guī)范,并授權(quán)使用API會標(biāo),證書號為API 6D-0652.因為管線鍛鋼球閥有多種材料可選擇,規(guī)范和壓力等級齊全,全通經(jīng)和縮經(jīng)兼?zhèn)?,所以自然就是石油、天然氣、化工原料等輸送管路廣泛應(yīng)用的理想閥門。
1、全焊接管道燃?xì)馇蜷y設(shè)計規(guī)范閥體
閥體可分為全焊接閥體設(shè)計和分體式閥體設(shè)計。
全焊接閥體設(shè)計有筒狀結(jié)構(gòu)和球狀結(jié)構(gòu),筒狀結(jié)構(gòu)制造工藝較簡單,便于裝配定位,返修容易實施,坯件制造所需模具簡單,費用相對較低,而且方便采用支撐板對球體進行固定。但重量大,材料成本高。同時由于多采用雙焊縫,焊接過程熱輸入量大,殘余應(yīng)力復(fù)雜,軸向和徑向變形大。在閥門安裝在管線上后,閥體承受極大地管道應(yīng)力和管線載荷,同時由于安裝誤差、底層運動和熱變應(yīng)力等因素影響,產(chǎn)生的外力和扭矩是相當(dāng)大的,厚度比較大的圓柱形閥體能夠更可靠的承受管線載荷,不易產(chǎn)生變形。球形閥體結(jié)構(gòu)受力狀況優(yōu)于筒形閥體結(jié)構(gòu),抗彎曲、抗擠壓能力強,閥體設(shè)計壁厚小,重量輕,結(jié)構(gòu)整體性能好,但其制造工藝相對復(fù)雜,在閥內(nèi)做球體支撐不易實施,一次性開模費用較高,但批量生產(chǎn)成本低于筒狀結(jié)構(gòu)閥門。
分體式結(jié)構(gòu)又分為側(cè)裝式和頂裝式兩種。一般由閥體和左右連接體組成,連接體與閥體由螺栓連接,連接法蘭厚度與螺栓的連接強度應(yīng)按與閥體內(nèi)徑相當(dāng)?shù)姆ㄌm進行類比設(shè)計,其連接強度必須防止管道盈利而產(chǎn)生連接松弛,使密封失效。閥體與連接體面對面接觸,中間無間隙。密封必須滿足失火安全要求,采用橡膠“O”型圈與纏繞式金屬墊組合密封。但是隨著近年來全焊縫閥體技術(shù)的快速發(fā)展,已經(jīng)逐漸取代了具有外漏危險的分體式結(jié)構(gòu)。
2、全焊接管道燃?xì)馇蜷y設(shè)計規(guī)范閥座及密封
上海申弘閥門有限公司主營閥門有:截止閥,電動截止閥閥座密封結(jié)構(gòu)是全焊接球閥的關(guān)鍵技術(shù),它直接影響球閥的密封性能和使用壽命,為確保其密封性能的可靠性和30年以上使用壽命的要求,通常在結(jié)構(gòu)設(shè)計上采取以下措施:
?。?)雙活塞效應(yīng)的雙密封閥座結(jié)構(gòu)
雙活塞效應(yīng)是指在這種結(jié)構(gòu)里,閥座與球體密封中心與發(fā)作密封圈的中心在一個圓柱面上,閥座支撐圈和閥座密封圈均為可以移動的活塞,同時具有兩個活塞。所謂雙密封座,是指就一個閥座而言,在兩個方向均能實現(xiàn)密封的閥座結(jié)構(gòu)。即當(dāng)上游介質(zhì)壓力高于中腔壓力時,介質(zhì)壓力會推動閥座密封圈向球體移動,使上游側(cè)推力與中腔側(cè)推力形成的壓力差,從而使閥座與球體抱得更緊,增加密封比壓,滿足密封要求,也就是當(dāng)上游壓力高時能夠?qū)崿F(xiàn)密封;當(dāng)中腔壓力高于上游壓力時,中腔壓力會把閥座密封圈推向上游側(cè),而改變閥座上下游側(cè)的受力面積,使中腔介質(zhì)推動閥座支撐圈的推力大于上游側(cè)介質(zhì)推動閥座支撐圈的推力,形成的壓力差,這個壓力差仍然使閥座與球體抱得更緊,實現(xiàn)密封。所以這種結(jié)構(gòu)無論上游側(cè)壓力高還是下游側(cè)壓力高,閥座都會緊緊抱緊球體,滿足密封需要,因此叫雙密封閥座。
?。?)自泄壓式的單密封閥座結(jié)構(gòu)
這種結(jié)構(gòu)的閥座密封圈是固定的,只有閥座支撐圈可以移動,因此,這種結(jié)構(gòu)又稱作單活塞效應(yīng)閥座。該結(jié)構(gòu)閥座密封圈到閥門中心的距離A大于閥座與球體接觸點到閥門中心的距離B,當(dāng)上游壓力高于閥腔壓力時,上游壓力會把閥座支撐圈推向球體,使閥座和球體緊密結(jié)合,實現(xiàn)密封。當(dāng)中腔壓力高于上游或者下游壓力時,中強壓力將把閥座支撐圈推離球體,是閥座和球體脫離接觸,從而使中腔壓力得以向低壓的上游或者下游泄放。
雙活塞效應(yīng)的雙密封閥座結(jié)構(gòu)對全焊接球閥來說是一種非常有效地密封結(jié)構(gòu)。由于要求確保30年使用壽命的全焊接球閥來說,是非常必要的,因為在閥內(nèi)兩個閥座中,任何一個閥座受損,另一個閥座仍然可以獨立的起作用,保證密封。而對于自泄壓式的單密封閥座結(jié)構(gòu)來說,當(dāng)一端閥座損壞后,介質(zhì)會進入中腔,中腔壓力將增大,而中腔壓力的增大將會削弱另一端自泄壓閥座的密封能力,當(dāng)中腔壓力高于下游壓力達到設(shè)計值時,就會發(fā)生泄露。因此,就密封可靠性而言,雙密封閥座結(jié)構(gòu)優(yōu)于單密封閥座結(jié)構(gòu)。然而,正因為雙活塞效應(yīng)的雙密封閥座結(jié)構(gòu)不會自動泄放中腔介質(zhì)壓力,當(dāng)閥門處于全開全關(guān)位置時,截留于中腔內(nèi)的介質(zhì)可能由于溫度的急劇變化,使閥腔出現(xiàn)異常增壓,經(jīng)計算,當(dāng)截留于閥腔內(nèi)的氣體溫度由-30℃上升到70℃時(這種情況可能出現(xiàn)在我國的西北,在嚴(yán)寒的冬天,對閥門進行了開關(guān),此后一直到來年炎熱的夏天,都沒有啟閉過閥門。)閥腔壓力會升高到原來的1.41倍,這種壓力的升高對閥腔來說是不安全的。因為,氣體是可壓縮的,溫度升高,對閥腔壓力影響還不是很大;如閥腔充滿的是液體介質(zhì),因液體的不可壓縮性,溫度升高,閥腔壓力會升高更快。因此為保證閥腔的安全,對兩個閥座均為雙活塞效應(yīng)的雙密封閥座結(jié)構(gòu)的全焊接球閥,必須在閥腔安裝壓力泄放閥,泄放閥的泄放壓力通常設(shè)計為公稱壓力的1.1~1.33倍,泄放閥的通徑通常≥1/2in。
全焊接管道燃?xì)馇蜷y設(shè)計規(guī)范對于管道球閥閥體的密封方式通常組合密封方式,常用方法主要有下面三種:
?。?)初級金屬密封,次級軟密封
金屬密封可以減少管道內(nèi)的雜質(zhì)對軟密封閥座的沖刷和擦傷,延長軟密封閥座的使用壽命,同時金屬密封承擔(dān)了大部分來自管內(nèi)介質(zhì)對閥座支撐圈的推力,使閥座受力減小,避免了軟密封閥座因為過載而受到傷害,金屬閥座采用不低于閥門球體的材質(zhì)。
目前軟密封閥座的形狀主要有兩種,一種是Δ形的,一種是O形的,這兩種形狀的密封所用的材料以VITON AED(抗爆氟橡膠)為主,密封原理和性能一樣。Δ形比O形的制造難度大,但形閥座的裝配難度小,發(fā)作草的加工難度也小于O形密封槽。國外大部分采用形密封,少數(shù)企業(yè)采用O形密封,國內(nèi)企業(yè)以Δ形密封為主。
?。?)初級金屬密封,第二級尼龍密封,第三級橡膠軟密封
目前國內(nèi)外少數(shù)企業(yè)采用三級密封方式,設(shè)計這種結(jié)構(gòu)是考慮到管道有很多雜質(zhì),這些雜質(zhì)經(jīng)常會把球面、閥座損壞,造成閥門內(nèi)漏,增加一道尼龍密封,阻擋管道內(nèi)的雜質(zhì)對閥座的沖刷。在閥門開關(guān)過程中,尼龍還起到把球體表面的雜質(zhì)刮掉的作用,從而保護了第三級的橡膠軟密封,有利于延長閥門的使用壽命。但這種結(jié)構(gòu)的尼龍閥座裝配難度比較大,如不采取有效措施,在閥門開關(guān)過程中,尼龍閥座會從閥座槽中脫離出來。再有由于安裝空間所限,尼龍閥座不可能做得比較寬,這樣尼龍閥座很可能因過載而加速損壞,影響其實際效果。
(3)尼龍閥座密封結(jié)構(gòu)
尼龍、增強四氟、PEEK等密封材料常用于分體式高壓球閥,在全焊接球閥中并不常使用,因為這些材料相對于viton等氟橡膠類材料來說,比較硬,材料的承壓能力強,但回彈性差,容易受到管道內(nèi)的焊渣、鐵銹、沙子等雜質(zhì)的擦傷、沖刷,其補償性能差,使用壽命難以得到保證。
另外,以上三種密封方式常與具有緊急密封作用的注脂系統(tǒng)一起使用。該系統(tǒng)由注脂閥和止回閥組成,分別安裝于閥體外側(cè)的閥座部位和閥桿填料函外徑上。該系統(tǒng)是一種補救措施,可以在緊急狀態(tài)下阻止或減少管線閥門密封座的泄露,將閥門的*維護延遲到下一個預(yù)定的管線關(guān)閉期。注脂之前,需要對閥座密封部位進行沖洗,且在此過程中閥門需打開15度左右三至四次,以*清潔球體與閥座的接觸面。注脂后,要測試密封效果。
3、閥桿及密封
閥桿密封結(jié)構(gòu)也是全焊接球閥的關(guān)鍵技術(shù)之一,此處密封性能若出現(xiàn)問題,介質(zhì)就會外漏,造成環(huán)境污染、引發(fā)火災(zāi)等嚴(yán)重后果,因此務(wù)必高度重視。圖所示結(jié)構(gòu)是目前比較常用、也比較有效的一種閥桿密封結(jié)構(gòu),它由兩道O型圈構(gòu)成兩道密封防線,輔以一道柔性石墨密封,保證了密封的可靠性。柔性石墨密封在發(fā)生火災(zāi)時可以有效地減少介質(zhì)的外漏。有人將兩道O型圈密封分開,當(dāng)閥桿密封出現(xiàn)泄漏時,可以對外層密封在帶壓情況下進行檢修更換,這種結(jié)構(gòu)更加*、合理。國外部分設(shè)計在閥桿密封處采用一道O型圈、一道柔性石墨、一道彈簧制動密封圈結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)將三種不同密封材料的優(yōu)點,集合在一起,形成全天候、滿足多工況的密封要求。O型圈回彈性好,密封可靠,但耐高溫、低溫性能差,抗老化性能差;柔性石墨耐高溫性能好,回彈性差,密封不是很可靠;彈簧制動密封圈是一種U形PTFE內(nèi)置特殊彈簧的高性能密封圈,由適當(dāng)?shù)膹椈闪由舷到y(tǒng)流體壓力,將密封面頂出而壓在被密封的金屬面以產(chǎn)生非常優(yōu)異的密封效果,聚四氟乙烯抗老化、耐低溫,適用介質(zhì)廣泛,彈簧的推力可以彌補密封面的磨損及閥桿表面的微觀不平,是密封更長效、更可靠,這種結(jié)構(gòu)特別適合于含硫天然氣項目。
4、球體與支承軸
球體的加工精度,圓度≤0.005 mm,化學(xué)鍍鎳,鍍層厚度高于閥座的鍍層。對于大口徑,高壓力級閥門球體,應(yīng)作球體變形計算,這種變形足以引起密封失效。
球體的支撐結(jié)構(gòu)有兩種,一種是以支撐板支撐球體,閥桿和球體是獨立的,介質(zhì)推力通過支撐板傳遞到閥體上,閥桿不承受介質(zhì)推力,這種結(jié)構(gòu)可以大大降低閥門的啟閉力矩,有效保護閥桿密封,基本上筒形結(jié)構(gòu)閥體都采用這種結(jié)構(gòu)。另一種結(jié)構(gòu)多用在球形結(jié)構(gòu)閥體上,球體的支撐靠上下閥桿,通過上下閥桿將介質(zhì)推力傳遞到閥體上,這種結(jié)構(gòu)閥桿要承受介質(zhì)的推力,因此啟閉力矩大,閥桿受力會加速閥桿密封的磨損。
5、防火結(jié)構(gòu)
管道閥門需要具有火災(zāi)安全功能,則其結(jié)構(gòu)必須為防火型,而其防火結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)主要考慮:閥座的防火結(jié)構(gòu)設(shè)計,閥桿防火結(jié)構(gòu)設(shè)計,閥體與左右體結(jié)合面的防火結(jié)構(gòu)設(shè)計。其中,閥座防火結(jié)構(gòu)設(shè)計是關(guān)鍵,閥座的防火性能良好,在火災(zāi)事故狀態(tài)下,可減輕閥桿防火結(jié)構(gòu)、閥體與左右體之間防火結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度。目前常用的方法就是在閥桿及閥座支撐圈部分都加設(shè)了石墨密封,石墨密封耐高溫性能好,在發(fā)生火災(zāi)的時候可以有效地減少介質(zhì)的外漏,具有良好的防火作用。
6、防靜電設(shè)計
由于球體及閥桿與非金屬材料接觸和摩擦,產(chǎn)生靜電,因此在閥桿上/下位置設(shè)置導(dǎo)靜電彈簧,將靜電導(dǎo)通至閥體,并按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,使球體與閥體及閥桿與球體之間在12VDC以下,電阻值在10歐姆以下。
7、DBB功能設(shè)計
DBB(雙截斷和排放)功能設(shè)計是指無論是閥門處于開啟狀態(tài)還是關(guān)閉狀態(tài),閥腔泄壓排放時,上游端和下游端閥座應(yīng)同時截止,并允許從排泄閥處對在線閥門進行閥座密封性能測試,而不影響管線運行。
8、其他設(shè)計結(jié)構(gòu)
其他結(jié)構(gòu)設(shè)計如放空、排污、注脂、吊耳等,國內(nèi)外沒有差異。與本文相關(guān)的論文:自力式煤氣調(diào)壓閥組
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