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金属硬密封球阀及其在炼油装置中的应用分析

发布时间：2015-10-14 浏览次数：100 返回列表

核心提示：摘要：偏心金属硬密封球阀的开关形式和闸阀一样，是靠扭矩来实现的，扭矩越大，阀座的密封性能就越好；同时它开关时仅需将球体旋转90o，关闭时间短，操作灵活，因此具有流通能力大、可调范围广、安全可靠、启闭速度快等优点，偏心金属硬密封球阀已在一些新装置建设和老装置改造中取代了一部分闸阀而得到应用。随着现代机械加工工艺和新材料的不断发展，球阀已不仅仅用在输送水、压缩空气等低温介质以及对密封性能要求较低的管道上，在石油化工、冶金、电力等行业中，球阀已被广泛应用在工艺条件要求苛刻、介质比较特殊的工业装置上。尤其是偏心金属硬密封球阀已被越来越多的人们所熟知和青睐。偏心金属硬密封球阀，根据球的形状可分为半球形和整球形两大类。本文主要就偏心半球形金属硬密封球阀的特点及应用作一介绍。 1 偏心半球形金属硬密封球阀的结构特点 1.1 结构型式阀体采用整体式结构设计，阀杆与阀瓣采用三偏心结构，采用金属弹性密封固或波纹管密封，因此泄漏量少，安全可靠。另外手轮采用蜗轮蜗杆或气动（电动）传动机构。阀瓣与阀杆采用三偏心结构阀门的阀瓣与阀杆采用三偏心结构设计，在关闭阀门的过程中，阀座与球体间的密封压力能够迅速增加，从而确保了密封副的可靠性。当阀门开启时，阀座与球体能迅速脱离，有效地减少了操作力矩，所以球体密封面不直接与阀体的密封面接触。采用这种结构形式，其密封面的磨损极小，不但密封性能很好，而且动作轻盈，操作灵活方便。 1.3 采用金属弹性密封圈结构阀座密封面采用金属弹性密封圈结构，当球体通过力矩传递至密封面时，使密封圈产生少量变形，达到密封目的，这种结构（见图2）仅用在温度较低的场合。

阀座密封面采用波纹管密封，除了有上述功能外，它还可以在高温情况下通过波纹管的变形来吸收热膨胀，因此该结构可以使用在温度较高的场合。偏心半球形金属硬密封球阀制造检验标准设计与制造标准应符合：中国国家标准GB12237和GB12221，以及B1223l；或美国标准API608，API6D和ANSI B16.10以及ANSI B16.34。试验与检验标准应符合：中国国家标准GB13927；或美国标准API598。

偏心半球形金属硬密封球阀的优缺点 3.1 极佳的实用性能（1）该球阀的全开启状态是一个完全无遮拦的通径状态，因此流体流经阀门时压力降很小，在要求压力降小的场所，使用这种阀是最好的选择。（2）在输送含有颗粒和容易在沟槽内结焦的物料时，使用这种阀是最为理想的。（3）该阀门的流通能力大，与其它阀门相比，在同口径的条件下该阀额定流量系数（Kv）比其它任何一种阀门都要大，所以在相同流量情况下，所采用的这种阀门的直径比其它阀门小许多。偏心半球形金属硬封球阀的Kv值见表1。（4）偏心半球形金属硬密封球阀与整球形金属硬密封球阀相比，具有结构尺寸小、重量轻和价格便宜等优点。

表1 偏心半球形金属硬密封球阀的Kv值

公称直径/mm

Kv值

公称直径/mm

Kv值

40

70

200

1765

5O

l1O

250

2750

8O

278

300

390O

l00

44O

35O

6350

150

994

400

10O50

3.2 关闭性能好在偏心半球形金属硬密封球阀中是利用扭矩来关闭阀门的，仅需将球体旋90o就可实现开关，所用扭矩越大，阀座的密封性能越好。同时密封副是在同一平面内的球形环状密封，因此有极好的密封性能，能满足国家标准GB/T13927及美国标准API598的要求，并且关闭速度快。 3.3 使用范围广泛和易于自动控制偏心半球形金属硬密封球阀可在如下场合使用：温度-20~550 ℃，压力等级2.0~10.0 MPa，在高温场合其密封应采用图3结构形式；介质可以是气体、液体和固体；用作火灾时使用的塔底紧急切断阀最为理想。球阀的流量调节性能非常好，开关时仅需将球体旋转90o，所以执行机构要比闸阀等直线行程的结构简单，开关速度快，能满足工业装置，尤其是石油化工、电力、冶金等危险性行业的快速开启（闭）要求，它也可配备自动控制执行机构，为遥控远传创造了条件。 3.4 使用寿命长且安全可靠偏心半球形金属硬密封球阀是一种金属之间密封的阀门，它可以用碳钢、合金钢、不锈钢等多种材料制造，以满足各种工艺条件和生产过程。同时它与普通的橡胶或其它非金属材料密封的球阀相比具有耐磨损和密封不变形、不泄漏的特性，因此使用寿命长。例如，在催化裂化装置的催化剂加料管道上若安装一台闸阀，使用三个月就报废，而更换一台偏心半球形金属硬密封耐磨球阀（密封面喷涂碳化钨层），使用一年多仍完好，其寿命高出闸阀许多倍。由于金属硬密封和偏心结构，阀座与球体密封副之间无非金属物，故火灾前后其密封面不会产生变形，因此在火灾中不会由于阀体密封的原因发生二次火灾，安全可靠。 3.5 普遍存在的缺点偏心半球形金属硬密封球阀结构尺寸与闸阀和蝶阀相比稍微大一点，重量也大一些，因此口径不能过大，不能完全取代闸阀与蝶阀。但它仍作为一种解决各种恶劣工况条件下的隔断设施而被广泛采用。 4 偏心金属硬密封球阀的应用偏心金属硬密封球阀适合用在石油化工、电力、冶金等行业的各种工艺管道上，介质包括各种烃类和催化剂颗粒等，尤其适用于对压力降要求较小的场合。在炼油厂延迟焦化装置上就有如下一些应用： ① 应用在分馏塔顶空气冷却器的出入口和气压机入口管道上； ② 用作塔底紧急切断阀，当发生火灾时快速切断与火源的联系； ③ 用在焦化分馏塔底循环油过滤器前后的管道上。若在此处采用闸阀，循环油内的焦粉将进入阀体楔形密封槽内而使阀门很难关严，在过滤器切换、检修时容易产生火灾。在中国石油天然气股份有限公司吉林石化分公司有机硅车间，输送硅粉的管道上采用了这种高性能的耐磨球阀取代进口产品，收到了良好的效果，其寿命比进口的球阀高出许多倍。在该公司的催化裂化装置的催化剂加装料管上安装了一个偏心金属硬密封耐磨球阀，其使用寿命高出闸阀许多倍。偏心金属硬密封球阀在管系振动的场合使用，比用其它任何种类的阀都要好，它不存在掉阀板问题，从而提高了安全可靠性。