上海申弘閥門有限公司
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1 石油化工保溫夾套球閥設(shè)計(jì)規(guī)范概述
球閥通過(guò)啟閉件球體繞閥桿軸線旋轉(zhuǎn)90°實(shí)現(xiàn)閥門的開啟和關(guān)閉，在管路上主要用于切斷、分配和改變介質(zhì)流向。球閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封性好，并且在一定的公稱尺寸范圍內(nèi)具有體積小、重量輕、材料消耗少、安裝尺寸小等優(yōu)點(diǎn)。球閥的驅(qū)動(dòng)力矩小、操作簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)快速啟閉和遠(yuǎn)程控制，是近十幾年來(lái)發(fā)展最快的閥門品種之一。根據(jù)密封材料劃分，球閥分為非金屬密封球閥和金屬密封球閥。非金屬密封球閥密封副為非金屬材料，容易實(shí)現(xiàn)密封，早已成為成熟的產(chǎn)品。金屬密封球閥的密封副為金屬材料，對(duì)于溫度和流體介質(zhì)領(lǐng)域適用范圍更廣，廣泛應(yīng)用于苛刻工況。金屬材料的密封性較難達(dá)到非金屬材料密封的等級(jí)，特別是在高壓或高溫工況下，金屬密封球閥球體和閥座的彈性變形無(wú)法避免，由于彈性變形導(dǎo)致的密封失效在設(shè)計(jì)階段難以預(yù)判。本文采用有限元模擬分析和流體模擬分析法，以Class2500 NPS2金屬密封固定球閥為例，對(duì)金屬密封固定球閥的密封性能機(jī)理進(jìn)行分析，為減少高壓或高溫下球體和閥座的彈性變形提供參考依據(jù)。
易凝結(jié)性介質(zhì)（重油、瀝青、苯）專用球閥/一體式保溫球閥具有良好的保溫保冷特性，且閥門的通徑與管徑一致，同時(shí)又能有效降低管路中介質(zhì)熱量損失。主要用于石油、化工、冶金、制藥、食品等各類系統(tǒng)中，以輸送常溫下會(huì)凝固的高粘度介質(zhì)。由于采用整體式結(jié)構(gòu)，因而BQ41F球閥比一般球閥更小，重量更輕，且無(wú)外漏，密封性能良好，夾套采用碳素鋼管焊接比鑄造的更加耐壓牢固。本產(chǎn)品主要采用不銹鋼生產(chǎn)，更具有良好的耐酸耐腐蝕能力。
采用整體式夾套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是在球閥的基礎(chǔ)上焊裝金屬夾套，用于注入蒸汽或其它保溫/保冷介質(zhì)。AMISCO夾套保溫球閥的通徑與管徑一致，能有效降低管路中介質(zhì)的熱量損失，特別適用于輸送常溫下會(huì)凝固的高粘度介質(zhì)，如石油、瀝青等。
石油化工保溫夾套球閥設(shè)計(jì)規(guī)范產(chǎn)品設(shè)計(jì)特點(diǎn)：
整體式閥體
夾套保溫球閥結(jié)構(gòu)緊湊，閥體為整體鑄造式。整體式球閥可以提供最佳結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)將泄漏的可能性降到。浮動(dòng)式球體，具有降低操作扭矩，延長(zhǎng)使用壽命的特點(diǎn)。該類結(jié)實(shí)耐用、經(jīng)濟(jì)型一級(jí)整體式的球閥是工業(yè)應(yīng)用的理想選擇。
閥桿密封
該球閥具有活動(dòng)加載，可自動(dòng)調(diào)節(jié)初級(jí)和二級(jí)密封的特點(diǎn)。利用蝶形墊片，閥桿密封可自動(dòng)調(diào)節(jié)由于溫度和日常磨損帶來(lái)的變化。該球閥利用一個(gè)獨(dú)立的填料密封壓蓋，方便調(diào)節(jié)而無(wú)需取下安裝的緊固件或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。填料密封壓蓋可將填料均勻地分布在密封管內(nèi)。
初級(jí)密封是止推軸承和止推墊片組成。可調(diào)式閥桿密封在閥桿和閥體之間形成一個(gè)二級(jí)密封。標(biāo)準(zhǔn)的閥桿密封填料由材質(zhì)為RPTFE的V型環(huán)組成，而防火型閥門使用標(biāo)準(zhǔn)的石墨閥桿密封填料。
球體
夾套保溫球閥的球體加工精確，經(jīng)過(guò)精密拋光處理可達(dá)到氣泡關(guān)閉密封和減少操作扭矩。處于多重安全考慮，在每個(gè)閥體的閥桿槽內(nèi)在開一孔，以平衡閥門打開時(shí)，閥門內(nèi)部和管道流動(dòng)介質(zhì)之間的壓力。
閥體
閥體為熔模鑄造，經(jīng)固溶退火及正火處理以提高質(zhì)量和增加強(qiáng)度。所有閥門鑄件都標(biāo)有鑄造廠爐號(hào)供追溯。
閥座
閥座設(shè)計(jì)能確保雙向氣泡密封，并且操作扭矩低。
所有彈性閥座外徑上都有泄壓槽，來(lái)降低經(jīng)過(guò)入口端的流體壓力，同時(shí)具有良好的預(yù)加負(fù)荷來(lái)確保低壓密封和真空密封。
防靜電裝置
作為標(biāo)準(zhǔn)，所有球閥都可選配防靜電裝置，可將球體和閥體攜帶的靜電導(dǎo)入地面。
安裝平臺(tái)
球閥有一個(gè)鑄造安裝平臺(tái)，使得與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的連接簡(jiǎn)單方便。2"及以下球閥平臺(tái)符合ISO5211標(biāo)準(zhǔn)。
閥桿組件
進(jìn)口夾套式保溫球閥的閥桿具有承載重負(fù)荷、高品質(zhì)特點(diǎn)，閥桿采用雙“D"結(jié)構(gòu)連接球體和操作機(jī)構(gòu)。閥桿與球體精確配合，所有閥桿都由閥體內(nèi)部裝入，防吹式閥桿的設(shè)計(jì)增大了安全性。
智能閥桿設(shè)計(jì)
可互換的系列閥門，閥桿堅(jiān)固，大直徑閥桿為活動(dòng)加載式，自我調(diào)節(jié)密封。利用蝶形墊片，可自行調(diào)節(jié)補(bǔ)償因溫度和磨損對(duì)密封造成的松緊程度，禁止采用手動(dòng)調(diào)節(jié)方式而造成密封和閥座的磨損。采用鞍形鎖緊墊片，可防止自控頻繁開關(guān)應(yīng)用下的螺母松扣。
閥桿填料
可調(diào)整的V形填料密封環(huán)，在閥桿和閥體之間產(chǎn)生多重密封。每個(gè)組合式閥桿填料由3個(gè)或4個(gè)環(huán)組成（取決于閥門口徑），具有壽命長(zhǎng)，抗蠕變和抗冷流特性。止推軸承和止推墊圈作為初級(jí)密封，具有減小扭矩和防止咬合特點(diǎn)。這種設(shè)計(jì)是的技術(shù)。
防火安全-API607第四版認(rèn)證
法蘭式系列閥門可提供石墨閥桿密封，達(dá)到別的防火安全標(biāo)準(zhǔn)。如在一次煙火中，過(guò)高的溫度破壞了彈性密封，球體會(huì)與金屬閥座直接接觸，形成第二級(jí)金屬與金屬密封。閥體密封由不銹鋼和石墨構(gòu)成的不銹鋼絲纏繞墊圈，能防止泄漏。石墨閥桿填料能防止閥桿泄漏。
保溫球閥是一種比較新型的球閥類別，它有著自身結(jié)構(gòu)所的一些*性，如開關(guān)無(wú)摩擦，密封不易磨損，啟閉力矩小。這樣可減小所配執(zhí)行器的規(guī)格。配以多回轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)的調(diào)節(jié)和嚴(yán)密切斷。廣泛適用于石油、化工]、城市給排水等要求嚴(yán)格切斷的工況。
【石油化工保溫夾套球閥設(shè)計(jì)規(guī)范產(chǎn)品特點(diǎn)】
1、 啟閉無(wú)摩擦。這一功能完了傳統(tǒng)閥門因密封面之間相互摩擦而影響密封的問(wèn)題。
2、 上裝式結(jié)構(gòu)。對(duì)裝在管道上的閥門可直接在線檢查與維修，能有效減少裝置停車，降低成本。
3、 單閥座設(shè)計(jì)。消除了閥門中腔介質(zhì)因異常升壓而影響使用安全的問(wèn)題。
4、 低扭矩設(shè)計(jì)。特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的閥桿，只需配一個(gè)小手把閥門就能輕松啟閉。
5、 楔形密封結(jié)構(gòu)。閥門是靠閥桿提供的機(jī)械力，將球楔壓到閥座上而密封，使閥門的密封性不受管線壓差變化的影響，在各種工況下密封性能都有可靠保證。
6、 密封面的自清潔結(jié)構(gòu)。當(dāng)球體傾離閥座時(shí)，管線中的流體沿球體密封面成360°均勻通過(guò)，不僅消除了高速流體對(duì)閥座局部的沖刷，也沖走了密封面上的聚積物，達(dá)到自清潔的目的。
2石油化工保溫夾套球閥設(shè)計(jì)規(guī)范 密封原理
固定球閥球體以上下軸或支撐板固定，采用浮動(dòng)式結(jié)構(gòu)閥座，在彈簧力和介質(zhì)壓力共同作用下，經(jīng)過(guò)精密研磨的金屬閥座密封面緊貼球面實(shí)現(xiàn)密封。
圖1所示為固定球閥閥座密封部位局部放大視圖。閥門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，以石墨密封圈或O型密封圈為界將流體截?cái)?，此時(shí)閥座受到彈簧預(yù)緊力F、流體壓力P產(chǎn)生的介質(zhì)力G、密封圈摩擦力f以及球體對(duì)閥座的反作用力，起密封作用的密封力為向右的合力（F+G-f）。當(dāng)密封力產(chǎn)生的密封比壓大于密封的必需比壓時(shí)則實(shí)現(xiàn)密封。
保溫球閥也稱夾套保溫球閥，是在球閥的基礎(chǔ)上焊裝金屬夾套，用于注入蒸汽或其它保溫、保冷介質(zhì)，確保球閥內(nèi)介質(zhì)能夠正常工作。保溫球閥具有良好的保溫保冷特性，且閥門的通徑與管徑一致，同時(shí)又能有效降低管路中介質(zhì)熱量損失。球閥主體材料：WCB、CF8、CF8M、CF3、CF3M。
夾套保溫球閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
保溫夾套球閥采用整體式夾套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，更能均勻地保溫、保冷，保溫球閥比一般球閥體積更小，重量更輕，且無(wú)外漏，密封性能良好，夾套采用碳素鋼管焊接比鑄造的更加耐壓牢固。 夾套、閥體外側(cè)與夾套接管焊接，允許蒸汽或冷水的壓力為1MPa。
夾套保溫球閥具有良好的保溫、保冷特性，除縮徑保溫球閥外，閥門的通徑和管徑一至，介質(zhì)呈直線流動(dòng)，阻力小，能有效降低管路中介質(zhì)熱量的損失，因此，對(duì)容易凝固、高粘度的液體介質(zhì)具有優(yōu)良的性能。
3 石油化工保溫夾套球閥設(shè)計(jì)規(guī)范泄露原因分析
通過(guò)對(duì)密封原理進(jìn)行分析，總結(jié)金屬密封固定球閥泄漏的主要原因。
（1）O型圈或石墨密封圈部位泄漏。
（2）閥座密封面與球面研磨程度不夠，密封副不吻合。
（3）球體不圓或密封面粗糙。
（4）球體、閥座、固定軸強(qiáng)度不足產(chǎn)生塑性變形。
（5）球體與閥座在介質(zhì)壓力下產(chǎn)生彈性變形導(dǎo)致密封副剝離。
對(duì)于前4種泄露原因，一般廠家都有處理經(jīng)驗(yàn)，比較容易解決。但是泄露原因不易發(fā)現(xiàn)，尤其是在高壓或高溫工況下，進(jìn)行低壓氣體密封試驗(yàn)時(shí)效果良好，壓力越高泄漏量越大，但是當(dāng)壓力卸除后球體與閥座又恢復(fù)至初始形態(tài)，檢測(cè)球體圓度和密封面吻合度都合格。此種情況通常先推測(cè)閥座背面O型圈或石墨圈泄漏，往往忽略了高壓或高溫下球體與閥座都發(fā)生了不同步的彈性變形，從而導(dǎo)致密封面剝離的情況。而彈性變形復(fù)雜，不同部位變形量不同，無(wú)法直接計(jì)算，一般需要借助計(jì)算機(jī)有限元模擬加以分析驗(yàn)證。以NPS2-CL2500金屬密封固定球閥為例進(jìn)行分析，主要參數(shù)如下：
球體材質(zhì) F304+NI60
閥座材質(zhì) F304+NI55
球體直徑 Sφ90mm
流道直徑 φ42mm
密封面內(nèi)徑 φ54mm
密封面外徑 φ62mm
閥座受介質(zhì)作用力外徑 φ68mm
閥座小臺(tái)階外徑 φ58.6mm
閥座大臺(tái)階外徑 φ88mm
彈簧力 1100N
石油化工保溫夾套球閥設(shè)計(jì)規(guī)范
該系列閥門具有保溫、保冷特性。按GB標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造，法蘭連續(xù)按79-94標(biāo)準(zhǔn)制造，用于石油、化工、瀝青、冶金、制藥等行業(yè)。該閥門由于采用了蒸汽夾套保溫，即使外界溫度降到零度以下，該閥門仍操作靈活，保證輸油管道能斷能開，其優(yōu)點(diǎn)是一般控制閥門所沒(méi)有的。它是重油輸送管道理想的控制閥門。根據(jù)用戶需要夾套注入蒸汽、導(dǎo)熱油、冷卻水、冷氣等。使用整個(gè)閥門長(zhǎng)溫或降溫達(dá)到所需要的溫度，能防止介質(zhì)結(jié)晶。
