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管线球阀的结构特征与功能设计

更新时间:2013-12-04      浏览次数:1142

管线球阀作为紧急切断阀,除了将流体切断之外,还有很多其他的功能需求,这些功能性的需求经过几十年的发展和改进,已具备较为统一的结构形式,这些结构形式和功能性设计是:固定球浮动阀座;组合密封功能的阀座;阀座单活塞致应设计—— 自排放功能;阀座双活塞效应设计——双重密封功 能;双截止-排放(DBB)功能;双隔离-排放(DIB)功能;腔体压力安全泄放;失火安全(fir^safe);防静电;阀杆与密封座紧急状态下密封脂注射;驱动轴的安全设计与阀杆延伸;阀门的限位。

(1)固定球浮动阀座结构

所有管线球阀都是固定球浮动阀座(图3-38)的设计,球体绕球体的几何中心做开关90°角回转,保持回转中心不变,两个各自独立的浮动阀座,保证阀门在两个流体方向压差作用下的密封(bi-direction),

浮动阀座在弹簧加载下,即使在低的压差情况下,仍使阀门获得可靠的密封。

(2)组合密封功能的阀座

由于长输管线输送的原油和天然气不可能是洁净的,管道需要定期清管,而又要求在30年的服役期内确保密封的可靠性,这样就设计一个组合密封座来满足这一功能要求。其结构如图3-39所示。它是由金属阀座、塑料密封环、背弹簧、阀座与阀体之 间的橡胶密封环以及注脂喷嘴及其密封脂注入通道组成的,这一功能被描述为:金属阀座与球面金属对金属的硬密封,防止固体颗粒落入次级软密封; 塑料或橡胶的软密封,满足30年服役期密封可靠性要求;紧急情况下,例如软密封或球面出现划痕, 通过注脂喷嘴注入密封脂,满足紧急状态下临时密封的需要。

 

(3) 阀座单活塞效应设计——自排放功能

作为一种样本设计,阀座设计具有自泄放功能, 并称之为“单活塞效应”(single piston effect)设计。

这是一种截止型的阀座设计。对于这种情况,当进口 端管道压力高于腔体压力时,作用在阀座上的介质作用力,其合力是将阀座推向球体,如图3-40所示:A —OB—C。腔体压力高于出口端管道压力,作用在阀座上的介质力,其合力是将阀座推离球体,如图 3-40所示:D—E>D—F0这一种功能性设计zui终截止了上游端介质流动,而腔体压力大于出口端管线的压力时,并能克服下游端阀座的弹簧力,可自动泄放 (self-relieving)至出口端管道,这一功能称之为腔体压力异常升高时的自泄放功能。

(4) 阀座双活塞效应设计——双重密封功能

如果客户需要,阀座可以被设计成双活塞效应 (double piston effect),这种设计不管管线压力高于腔体压力,或者腔体压力高于管道压力,均使介质对阀座产生的力使阀座推向球体,如图3-41所示:A— OB—C和D —£:>D —F。即阀座不管两端压差如 何,均能隔断阀门两端的介质流动,是一种隔离型阀座设计,对整个阀门而言,具有双重密封的效果,对于这一情况,当腔体压力升高时,阀体应具有外部压力泄放阀,防止其腔体超压。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

双截止排放(DBB)功能和双隔离排放 (DIB)功能双截止-排放与双隔离-排放的功能是指对于一个

 

具有两个密封座的阀门,无论阀门处于开启状态或者关闭状态,腔体中充满压力,如底部的排污阀需要排放,进口端和出口端的阀座应该切断进口和出口的流体,以保证排放时的安全。如果设计的阀座是单向的,截止型阀座就是“双截止-排放”功能,英文名称为double brock and bleed,简称DBB功能。如果设计的阀座是隔离型阀座,即流体被隔离型阀座离隔,既不能从上下游流人腔体,也不能从腔体流向上下游,对于这一隔离型阀座的设计,这一功能称为 “双隔离排放” (double isolating and bleed),简称DIB功能,如图3-42所示,这一功能是保证操作工人打开底部排污阀排放时操作的安全。

(6) 腔体压力安全泄放

对于一个有两个密封座的阀门,腔体中可能有介质积聚,如果这种介质随温度升高而膨胀或相变,从而可能引起腔体压力升高,那么对于上下游阀座设计成隔离型阀座的,就是腔体压力不可能自身泄放至上下游管道的,应设置一个安全阀来泄放腔体内异常升高的压力, 以保证压力边界的完整。如图3-43所示,安全泄放阀的泄放压力不超过zui高工作温度其压力额定值的1.33倍。

(7) 失火安全

fi^safe—词的翻译为“失火安全”,并非“防 火”。其意义是要求阀门在遇到火灾时是安全的。安全是指其内,外泄漏量不超过API 607所规定允许值,在结构上为保证这一安全,在四个泄漏点上就有失火安全的设计。阀座的锥面与球面之间,一旦软密 封被烧毁应使锥面和球面金属对金属接触;阀座与阀体之间,除橡胶0形圈软密封之外,应有一个石墨密封圈;主副阀体之间,除橡胶0形圈之外,应设 置一个金属缠绕式垫片或者石墨垫;轴的填料处,应设置一个石墨密封环,这就是管线球阀的失火安全结构。

(8) 防静电结构设计

防静电结构是指具有两个非金属材料制造的密封座的球阀,球体转动可能产生静电的集聚,应及时与阀体导通。其方法是在轴的头部有一小孔,内置一个弹簧和钢球,使其与球体相接触,在轴杆的径向部位也有一小孔,内置一个弹簧和钢球,使其与填料函内壁相接触,这样球体上可能产生的静电导入阀体,而阀是接地的,如图3-44所示。

(9) 阀杆的密封

阀体与球是分离的,球轴上作用着介质的推力, 在轴肩处置一个平面轴承,由于介质作用在球上的力已被分离,作用在支承板上,轴只承受单一的转矩, 轴上无侧向力的作用,提高轴颈处密封的可靠性,采 用二级O形圈和石墨环密封结构(图3-45)。

(10) 紧急情况下阀杆与阀座密封脂的注入

当发现阀杆填料泄漏时,在填料箱侧面设置一个密封脂的注入接头,供密封脂注人来消除阀杆处的泄漏,结构如图3-46所示。

(11) 传动链的安全与开关位置限位

按照API 6D规定,传动链设计强度应按设计转矩或者实际测定同规格阀门转矩的2倍。而且传动链zui取薄弱的截面应在阀门的压力边界外面,阀门的开与关的位置应地限定。对于直埋地下的阀门,阀杆应被接长。图3-47所示是Velan公司的传动链——加长阀杆的设计,阀门的开关位置通过阀杆的键在外部连接板90°弧形凹槽中限定(图3-48)。

 

 

 

(12) 直埋地下

对于直埋地下的阀门(图3-49)除了阀杆被伸长到地表之外,所有的接管:注脂管、排污管、腔体压力泄放并引至地表,注脂阀、排污阀、压力泄放阀亦置于地表,并在阀前增加一只隔离阀。

(13) 硫化工况设计

对于硫化工况,可能产生应力腐蚀,特别是对于湿的硫化氢,这种材料的选用与制造满足NACE MR0175标准的要求,工艺与介质接触的零件,做材料硬度试验,符合标准要求。如果需要,供方应提供硫化物应力腐蚀SSC和氢致开裂HIC腐蚀试验报告。

 

来源:上海自动化仪表销售网(www.40017.net)

来源:http://www.40017.net/info/jishu_42b887be8d772e9e.html

 

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