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LNG石化低溫液化氣球閥設(shè)計(jì)選型 |
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LNG石化低溫液化氣球閥設(shè)計(jì)選型 該閥門(mén)采用成形聚四氟乙烯填料，適用于大多數(shù)高中壓燃?xì)廨斔蛨?chǎng)合，手柄操作力矩平穩(wěn)，O形密封圈用來(lái)防止外部雜質(zhì)進(jìn)入閥門(mén)內(nèi)部。并保持閥門(mén)長(zhǎng)期密封性能，大于DN150的球閥采用蝸輪驅(qū)動(dòng)。是由旋塞演變而來(lái)的，它的啟閉件作為一個(gè)球體，利用球體繞閥桿的軸線旋轉(zhuǎn)90o實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟和關(guān)閉的目的。球閥在管道上主要用于切斷、分配和改變介質(zhì)流動(dòng)方向，設(shè)計(jì)成V形開(kāi)口的球閥還具有良好的流量調(diào)節(jié)功能。球閥不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封性能好，而且在一定的公稱(chēng)通經(jīng)范圍內(nèi)體積較小、重量輕、材料耗用少、安裝尺寸小，并且驅(qū)動(dòng)力矩小，操作簡(jiǎn)便、易實(shí)現(xiàn)快速啟閉，球閥是近十幾年來(lái)發(fā)展最快的閥門(mén)品種之一。
LNG 主要成分為甲烷、乙烷、丙烷以及少量氮?dú)猓且环N無(wú)色、無(wú)味和無(wú)腐蝕性的低溫液體，密度比空氣小，安全性比較高，燃燒后二氧化硫和粉塵排放量幾乎為零，因此作為一種清潔能源被廣泛使用。由于它分子量小、黏度低、滲透性強(qiáng)等性質(zhì)，易于泄漏和擴(kuò)散，因此在 LNG 的生產(chǎn)、運(yùn)輸以及接收過(guò)程中，用于切斷、止回和調(diào)節(jié)的閥門(mén)對(duì)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行具有至關(guān)重要的作用。目前，用于 LNG 關(guān)鍵設(shè)備中關(guān)斷的閥門(mén)有閘閥、截止閥、蝶閥和球閥四類(lèi) 。由于球閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、壽命長(zhǎng)而且開(kāi)關(guān)迅速，尤其是相比于其他類(lèi)型的閥門(mén)具有流動(dòng)阻力小的優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用 。 由于 LNG 的球閥在低溫環(huán)境下工作，對(duì)其密封性能有較高的要求 。球閥密封性能是決定其質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)，因此對(duì)低溫球閥密封結(jié)構(gòu)研究一直是本領(lǐng)域的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。本文總結(jié)了目前應(yīng)用于 LNG 低溫球閥不同類(lèi)型的密封結(jié)構(gòu)，分析了每種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，并提出了優(yōu)化改進(jìn)的建議。適用于介質(zhì)溫度-40℃～-196℃的閥門(mén)稱(chēng)之為低溫閥門(mén)，而這類(lèi)閥門(mén)一般都采用長(zhǎng)頸閥蓋。該文中以有名的進(jìn)口低溫閥門(mén)品牌德國(guó)沃德WODE的產(chǎn)品來(lái)分析下低溫閥門(mén)的定義特征和采用長(zhǎng)頸閥蓋原因。
LNG石化低溫液化氣球閥設(shè)計(jì)選型 采用長(zhǎng)頸閥蓋規(guī)定低溫閥門(mén)包括低溫緊急切斷閥、低溫截止閥、低溫止回閥，LNG專(zhuān)用低溫閥等，主要用于三十萬(wàn)噸乙烯，液化天然氣等化工裝置上。輸出的液態(tài)低溫介質(zhì)如乙烯、液氧、液氫、液化天然氣、液化石油產(chǎn)品等，不但易燃易爆，而且在升溫時(shí)要?dú)饣?，氣化時(shí)，體積膨脹數(shù)百倍。 低溫球閥的主要結(jié)構(gòu)有閥座組件、閥體、球體和閥桿組件等。球閥中的密封結(jié)構(gòu)主要包含三個(gè)部分 ：閥桿填料處的密封，閥體連接處的密封以及閥體內(nèi)部閥座與球體之間的密封。這幾處的密封性能好壞在一定程度上決定了球閥能否正常工作，只有在同時(shí)保證其密封良好的狀態(tài)下，才能實(shí)現(xiàn)球閥的正常工作 。目前，按照密封結(jié)構(gòu)形式的不同，LNG低溫球閥主要有浮動(dòng)式、固定式和軌道式。
1.LNG石化低溫液化氣球閥設(shè)計(jì)選型浮動(dòng)式球閥密封結(jié)構(gòu) 浮動(dòng)式球閥的球體被兩閥座夾持其中呈“浮動(dòng)"狀態(tài)。當(dāng)球閥關(guān)閉時(shí)，在流動(dòng)介質(zhì)的作用下，使球體緊緊壓在出口端的閥座密封圈上，從而保證閥門(mén)密封。提出在超低溫浮動(dòng)球閥中，閥桿填料函部位的密封通過(guò)閥桿填料加唇形密封圈的方式來(lái)進(jìn)行雙重密封，首先利用放置在閥桿填料底部唇形密封圈形成的密封副達(dá)到初級(jí)密封 ；再利用壓緊的閥桿填料形成第二重密封，壓緊填料的螺栓處放置的碟形彈簧能夠提供持續(xù)的預(yù)緊力。而球體與閥座之間是在流體介質(zhì)力的作用下，使球體緊貼出口端的閥座密封面，確保了球體與閥座之間的密封。入口端密封面采用碟形彈簧預(yù)緊式密封結(jié)構(gòu)，用蝶形彈簧來(lái)保證球體對(duì)出口端密封面的壓緊作用。
浮動(dòng)式球閥主要應(yīng)用于口徑較小和壓力較低的工作條件下，而它大部分采用上述這種彈性密封結(jié)構(gòu)，這種密封結(jié)構(gòu)的好處是依靠較大的預(yù)緊力使得密封更加可靠，同時(shí)球閥較小的開(kāi)啟扭矩有效地減少了球體的磨損，但是如果用硬密封材料制作的彈簧作為補(bǔ)償，容易產(chǎn)生磨損導(dǎo)致維修成本高，這可以通過(guò)采用碟形彈簧加軟密封圈的軟硬組合式密封的方法來(lái)改善，即在閥體與閥座之間加密封圈來(lái)保證閥門(mén)關(guān)閉時(shí)在介質(zhì)力的作用下閥芯與閥座的密封，減小閥芯的位移 。下游密封座處僅依靠介質(zhì)壓力不能*保證其密封的可靠性，同時(shí)由于介質(zhì)壓力對(duì)下游閥座密封圈的壓緊作用，使得其在工作中承受一定的介質(zhì)載荷，可能會(huì)發(fā)生變形，因此這種密封方式的許用工作壓力不能太大，導(dǎo)致其無(wú)法應(yīng)用在任意場(chǎng)合。
2 LNG石化低溫液化氣球閥設(shè)計(jì)選型固定式球閥的密封結(jié)構(gòu) 固定式球閥通常應(yīng)用于壓力較高的工作條件下或者是公稱(chēng)通徑較大的管線上，它的球體由上下軸支承，球體不會(huì)偏離上下軸的軸線，閥座是浮動(dòng)的，在介質(zhì)壓力作用下，推向球體產(chǎn)生密封力以獲得可靠密封，與浮動(dòng)式球閥相比，更加減小了球閥的啟閉扭矩。 目前被廣泛使用的一種固定球閥的閥座形式為其上、下游閥座均為單活塞效應(yīng)的自泄壓閥座。當(dāng)閥腔壓力較高時(shí)，上游閥座可以被推動(dòng)而向上游泄壓。當(dāng)閥腔壓力異常升高很多時(shí)，下游閥座也起到泄壓作用，同時(shí)向下游流道泄壓。這種閥座應(yīng)用于對(duì)密封性能要求不是特別高的場(chǎng)合。
提出了一種采用上游密封自動(dòng)泄壓式閥座的上裝式固定球閥。上游閥座為具有單活塞效應(yīng)的密封閥座，當(dāng)管道內(nèi)壓力較小時(shí)，通過(guò)將彈簧設(shè)置在閥座背面來(lái)保證足夠的初始預(yù)緊力以確保密封。當(dāng)管道內(nèi)壓力較大時(shí)，管道內(nèi)閥座處受壓面積 A 1 ＞A 2 ，則上游閥座在介質(zhì)壓力的作用下緊貼球體保證密封。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是密封性能很好，因?yàn)楫?dāng)閥門(mén)處于工作狀態(tài)時(shí)，既可以上下游同時(shí)保證密封，又能進(jìn)行自動(dòng)泄壓。 也提出采用上述的自動(dòng)泄壓式閥座，但同時(shí)在閥桿處設(shè)計(jì)了一種多重密封結(jié)構(gòu)，以免在進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，填料內(nèi)有水進(jìn)入影響密封效果。同時(shí)在填料壓板的螺栓連接處設(shè)置有碟形彈簧，用來(lái)補(bǔ)償溫度發(fā)生變化時(shí)帶來(lái)的影響，保證密封良好 。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是具有自泄壓功能，采用上裝式，相比于分體式球閥有很多突出優(yōu)點(diǎn)，例如當(dāng)需要維修時(shí)，只需將閥蓋拆下就能取出球體和閥座，方便快捷，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)球閥一旦安裝上，若發(fā)生故障，需要維修時(shí)，就要從管路上拆卸下來(lái)的不便 。閥體與閥蓋之間的密封不是沿管道方向，因此不會(huì)受到管道中介質(zhì)力的作用。閥門(mén)開(kāi)關(guān)迅速，保證了系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。由于具有雙活塞效應(yīng)的閥座很難實(shí)現(xiàn)其雙活塞密封的功能，因此要解決這方面的。
提出了一種波紋管密封上裝式固定球球閥，其密封座處采用螺紋導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)。而波紋管的兩端分別與閥座和螺紋導(dǎo)向套進(jìn)行焊接。該螺紋導(dǎo)向套的端面設(shè)計(jì)成有兩到三個(gè)螺紋孔，在此處通過(guò)螺釘來(lái)調(diào)整閥座處的位移，這樣能夠方便地將球體從閥體頂部放入閥體內(nèi)，。這種密封結(jié)構(gòu)有效地改善了原本上裝式球閥結(jié)構(gòu)的局限性、不可靠性以及閥門(mén)的內(nèi)漏等缺陷 。但是由于波紋管若使用單層結(jié)構(gòu)則強(qiáng)度不夠，容易破損 ；而如果采用多層結(jié)構(gòu)，成本也會(huì)隨之增加，所以一直沒(méi)有被大量使用。
3 LNG石化低溫液化氣球閥設(shè)計(jì)選型軌道式球閥密封補(bǔ)償結(jié)構(gòu) 軌道式球閥是利用凸輪機(jī)構(gòu)原理來(lái)控制閥門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉，而且啟閉過(guò)程無(wú)摩擦，所以大部分閥門(mén)配置小手輪即可，在任何工況下都能保證很好的密封，特別是在低溫狀態(tài)下，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的各部件都會(huì)產(chǎn)生一定的變形 。目前，軌道式球閥廣泛應(yīng)用于石油、天然氣、化工等行業(yè)。
提出了一種可用于超低溫工況的軌道式球閥密封補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。它將閥桿設(shè)計(jì)為兩段式，在閥桿上下兩段之間布置了彈性件，通過(guò)彈性件來(lái)補(bǔ)償在工作過(guò)程中由于溫度變化帶來(lái)的密封結(jié)構(gòu)變形量。其工作原理為 ： 在關(guān)閉閥門(mén)時(shí)，閥芯在閥桿機(jī)械施壓下緊緊地?cái)D壓在閥座上，此時(shí)彈性件也蓄有一定的彈性能量 ； 在這種狀態(tài)下，當(dāng)溫度變化引起密封壓力發(fā)生變化時(shí)，彈性件在能量的驅(qū)使下推動(dòng)下端閥桿進(jìn)行移動(dòng)，補(bǔ)償溫差導(dǎo)致的變形，從而可以確保閥門(mén)一直處于良好的密封狀態(tài) ；當(dāng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手輪時(shí)，閥桿向上運(yùn)動(dòng)，其底部角形平面使閥芯偏離閥座，閥門(mén)開(kāi)啟。其技術(shù)方案要點(diǎn)是包括全容罐,所述全容罐包括內(nèi)罐和外罐,所述內(nèi)罐設(shè)置于外罐的中心位置,所述內(nèi)罐的底部安裝有若干隔熱板,所述內(nèi)罐和外罐之間設(shè)置有密封保護(hù)層,所述全容罐的頂部設(shè)置有穹頂,這種用于儲(chǔ)藏低溫液化氣的全容罐的優(yōu)點(diǎn)在于具有更好的保冷絕熱性能使低溫液化氣一直保持低溫狀態(tài).
LNG石化低溫液化氣球閥設(shè)計(jì)選型 這種密封結(jié)構(gòu)不僅僅消除了閥座的摩擦，解決了傳統(tǒng)球閥的閥座磨損問(wèn)題，還彌補(bǔ)了因溫差對(duì)密封壓力造成的影響，能進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，密封可靠性得到了大大的提高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也可以設(shè)計(jì)成頂裝式，維修拆卸方便，因而得到了大量應(yīng)用。 |
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