平衡式管線(xiàn)旋塞閥開(kāi)發(fā)設計

1、概述

　　管線(xiàn)旋塞閥是用于長(cháng)輸天然氣管線(xiàn)及場(chǎng)站控制系統的切斷閥門(mén), 能夠滿(mǎn)足天然氣管線(xiàn)特殊要求。該閥要求具有適合苛刻工況、使用壽命30年以上、雙向零泄漏、防火和防靜電、耐酸性介質(zhì)腐蝕、以及操作省力等特殊技術(shù)性能。管線(xiàn)旋塞閥執行的技術(shù)標準是API 6D5石油和天然氣工業(yè)管線(xiàn)輸送系統管線(xiàn)閥門(mén)6和API 5995法蘭和焊連接的金屬旋塞閥6。目前, 國內天然氣管線(xiàn)及場(chǎng)站控制系統使用的旋塞閥全部采用進(jìn)口的倒裝平衡式油密封旋塞閥。管線(xiàn)旋塞閥的國產(chǎn)化開(kāi)發(fā)及在長(cháng)輸天然氣管線(xiàn)系統推廣應用具有重要作用。

2、閥門(mén)結構

圖1 管線(xiàn)旋塞閥

圖2 旋塞

　　管線(xiàn)旋塞閥(圖1)采用倒裝旋塞(圖2)壓力平衡式油密封結構。該閥由閥體、閥桿、旋塞、底蓋、聯(lián)軸平衡環(huán)、預壓彈簧、旋塞調整桿、底蓋密封調整墊片、注脂閥、閥桿密封組件等組成。底部密封調整墊片通過(guò)底蓋壓緊實(shí)現閥體中腔與外界的完全隔離, 密封可靠, 無(wú)泄漏。底部閥蓋上安裝有帶保護罩的調節螺釘, 可方便調整旋塞的位置及密封副預緊。閥門(mén)可按需要配置氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)執行機構。旋塞表面硬化處理并開(kāi)有特殊油槽回路, 閥體外有雙密封油脂注入裝置, 一個(gè)是通過(guò)注入油脂對閥桿實(shí)現緊急密封, 另一個(gè)是將油脂注入到閥體上腔。錐形旋塞體的小端通過(guò)平衡環(huán)與閥桿連接, 閥體底部閥蓋上裝有調節支撐, 可以調整旋塞的位置。閥門(mén)采用防火設計, 有靜電導出裝置, 過(guò)流通道有全徑、規則孔及文丘里孔等類(lèi)型。閥門(mén)材料可采用碳鋼、低溫鋼、不銹鋼及合金鋼。驅動(dòng)方式有電動(dòng)、氣動(dòng)和手動(dòng)等。

3、工作原理及性能特點(diǎn)

　　管線(xiàn)旋塞閥是通過(guò)閥桿旋轉90度使旋塞上的通道口與閥體上的通道口接通或斷開(kāi), 實(shí)現閥門(mén)開(kāi)啟或關(guān)閉。通過(guò)該閥閥腔上部設計的注脂閥注入密封油脂, 該油脂在注入壓力作用下通過(guò)旋塞表面的特殊油槽均勻涂抹在密封面上, 形成致密的油膜層實(shí)現閥門(mén)雙向密封并起潤滑密封面的作用。在旋塞大端開(kāi)有通流的小孔, 使管道介質(zhì)能進(jìn)入旋塞底部, 旋塞在底部介質(zhì)力推動(dòng)下向上緊貼閥體倒錐面。旋塞小端裝有單向閥, 當閥腔上部的注脂壓力高于管道介質(zhì)壓力時(shí)單向閥截止, 當閥腔上部的油脂壓力低于介質(zhì)壓力時(shí)管道介質(zhì)通過(guò)單向閥進(jìn)入閥體上腔以補充油脂壓力。同時(shí)旋塞在上腔油脂壓力及旋塞自重力作用下與旋塞底部向上的介質(zhì)推力保持平衡, 可以大大減輕密封面的密封比壓, 降低閥門(mén)操作力矩, 延長(cháng)閥門(mén)使用壽命。

　　管線(xiàn)旋塞閥與普通襯套式旋塞閥相比, 具有扭矩小, 密封性能好, 使用壽命長(cháng), 適用范圍寬, 旋塞位置可以調整等特點(diǎn)。

4、設計

4.1、閥體

　　閥體(圖3)采用倒鐘式結構整體鑄造, 強度高, 剛性好, 受力均勻, 閥體和閥門(mén)質(zhì)量重心與管道重心基本重合, 操作穩定性好。閥體壁厚按計算取值并經(jīng)有限元分析優(yōu)化。閥體密封錐面采用高速精磨及研磨加工, 表面粗糙度精度小于Ra018Lm。

4.2、旋塞

圖3 閥體

　　旋塞采用倒裝式整體鍛造, 精密機械加工并研磨后表面粗糙度可達Ra 014Lm。旋塞表面采用氮化、鍍鎳磷合金或噴涂硬質(zhì)合金等表面處理方法提高表面硬度。超音速?lài)娡坑操|(zhì)合金的表面硬度可達65HRC 以上, 鍍鎳磷合金并經(jīng)熱處理后, 其表面硬度可達58～60HRC。在油膜潤滑下具有超強的耐磨性能。旋塞錐體上部(小端)有一止回閥, 可補償閥腔上部的注油壓力。旋塞下部(大端)開(kāi)有平衡孔, 可將介質(zhì)壓力引入旋塞底部。

4.3、密封副

　　管線(xiàn)旋塞閥密封副采用金屬密封加注油脂密封結構。由于密封油脂的填充占位作用, 介質(zhì)中的固體顆粒物不會(huì )進(jìn)入密封面, 對密封面有非常好的保護作用。因油脂的潤滑使閥門(mén)操作力矩小, 操作省力。旋塞表面上特殊的非對稱(chēng)油槽設計, 轉動(dòng)旋塞時(shí)密封脂自動(dòng)加注無(wú)泄漏, 保證油膜完整, 密封可靠。這種非對稱(chēng)的油槽設計油耗損失非常小, 延長(cháng)了油脂的加注時(shí)間和使用周期。錐面密封使密封接觸面積大, 油膜潤滑, 使用壽命長(cháng)。

4.4、閥桿及閥桿密封

　　閥桿強度和密封性能是影響閥門(mén)操作及閥門(mén)整體性能的主要因素之一。閥桿的受力主要來(lái)自于填料處的摩擦力、操作扭矩及介質(zhì)的推力。閥桿與旋塞采用滑環(huán)式連接方式, 可減小閥桿中心與旋塞錐面的同心度誤差, 改善閥桿的受力條件和操作性能。閥桿采用防脫出設計, 可在線(xiàn)更換填料密封件。閥桿密封采用防火填料、O 形圈、加注密封脂三重密封設計, 閥桿機加工后表面粗糙度可達Ra 014Lm, 完全滿(mǎn)足閥桿密封低泄漏要求, 可長(cháng)期可靠工作, 免緊固維護。閥桿采用4140材料整體鍛造, 并加調質(zhì)處理, 強度高, 韌性好。閥桿表面采用氮化或鍍鎳磷合金, 表面硬度高, 抗摩擦磨損。

4.5、閥蓋及底部結構

　　底部閥蓋是閥門(mén)底部承壓件, 同時(shí)又是底部密封墊片、底部調節桿的固定和安裝支撐件, 要求具有高的剛度和強度。其設計制造執行ASME規范關(guān)于法蘭蓋的設計要求。底部閥蓋的密封采用整體密封墊完全隔離式結構, 在保證閥蓋螺栓緊固力時(shí)閥門(mén)具有可靠的密封。安裝在閥蓋底部的調節桿采用內置式結構。調整完成后旋緊壓蓋完全零泄漏。底部調節桿支承旋塞, 導出旋塞因各種原因產(chǎn)生的靜電。

5、結語(yǔ)

　　西氣東輸一號線(xiàn)建成后, 國內進(jìn)口了大量管線(xiàn)旋塞閥, 促進(jìn)和推動(dòng)了閥門(mén)制造企業(yè)開(kāi)發(fā)該產(chǎn)品。經(jīng)不斷消化吸收國外新技術(shù), 對該產(chǎn)品的不斷完善和改進(jìn)。新一代油密封旋塞閥實(shí)現了雙向零泄漏, 密封性能好, 使用安全可靠, 閥門(mén)扭矩小, 操作省力, 油膜潤滑無(wú)磨損, 使用壽命長(cháng), 可廣泛應用于天然氣管網(wǎng)及場(chǎng)站控制系統。