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高壓球閥技術選型基礎指導篇
 
高壓球閥主要由口徑,壓力,溫度,介質,結構,驅動以及環境情況來選型,它的啟閉件作為一個球體,利用球體繞閥桿的軸線旋轉90度實現開啟和關閉的目的。具有啟閉時間短等優勢,使用非常廣泛,使用品種繁多,并向高溫、大口經、高密封性、長壽命、優良的調節性能以及一閥多功能方向發展,其可靠性及其他性能指標均達到較高水平,并已部分取代閘閥、截止閥、調節閥。隨著的技術進步,在可以預見的短時見內,特別是在石油天然氣管線上、煉油裂解裝置上以及核工業上將有更廣泛的應用。此外,在其他工業中的大中型口徑、高壓力領域,球閥也將會成為主導的閥門類型之一。
 
設計與制造
由于計算機輔助設計(CAD)和計算機輔助制造(CAM)以及柔性制造系統(FMS)在閥門行業的應用,使球閥的設計和制造達到一個全新的水平。不但全面革新了閥門的設計計算方式,減輕了專業技術人員繁重的重復性常規設計工作,使技術人員有更多的精力用于改進、提高產品性能和新產品開發,縮短新產品的研究開發周期、全面提高勞動生產率,而且在升降桿式金屬密封球閥的研制開發過程中,由于 CAD/CAM 的應用,出現了由計算機輔助設計、由計算機輔助數控機床加工制造的閥桿螺旋扁,使金屬密封球閥在啟閉過程中無任何擦傷和磨損,從而使球閥的密封性和使用壽命大大提高。球閥在完全開啟時,流阻很小,幾乎等于零,因此等徑球閥廣泛應用于石油天然氣管線中,因為容易清掃管線。由于球閥的球體在啟閉過程中帶有擦拭性,故大多數球閥可用于帶懸浮固體顆粒的介質中,依據密封圈的材料也可用于粉狀和顆粒狀的介質。
 
密封性
 
球閥最主要的閥座密封圈材料就是聚四氟乙烯(PTFE),它對幾乎所有的化學物質都是惰性的,且具有摩擦系數小、性能穩定、不易老化、溫度適用范圍廣和密封性能優良的綜合性特點。但聚四氟乙烯的物理特性,包括較高的膨脹系數,對冷流的敏感性和不良的熱傳導性,要求閥座密封的設計必須圍繞這些特性進行。閥座密封的塑性材料也包括填充聚四氟乙烯、尼龍和其他許多材料。但是,當密封材料變硬時,密封的可靠性就要受到破壞,特別是在低壓差的情況下。此外,像丁青橡膠這樣的合成橡膠也可用作閥座密封材料,但它所適用的介質和使用的溫度范圍藥受到限制。另外,如果介質不潤滑,使用合成橡膠容易卡住球體。為了滿足高溫、高壓、強沖蝕、長壽命等工業應用的使用要求,近十幾年來,金屬密封高壓球閥得到了很大的發展。尤其在工業發達的國家,如美國、意大利、德國、西班牙、荷蘭等,對高壓球閥的結構不斷改進,出現全焊接閥體直埋式球閥、升降式球閥、使球閥在長輸管線、煉油裝置等工業領域的應用越來越廣泛,出現了大口徑(3050mm)、高壓力(70MPa)、寬溫度范圍(-196~815℃)的球閥,從而使球閥的技術達到一個全新的水平。
 
密封性要求
 
球閥的密封性指標由內泄漏和外泄漏要求確定,國家標準規定非金屬密封球閥的密封性按 GB/T13927《通用閥門壓力試驗》的 A 級執行,要求“在試驗持續時間內無可見泄漏”;航天行業標準規定地面氣體管路系統用球閥“在 0.05 MPa 和 1.1 倍公稱壓力的氣壓條件下,保壓 3 min ,內泄漏率應不大于 3×10-5 Pa·m3/s(無氣泡逸出);在 1.1 倍公稱壓力的氣壓條件下,保壓 3 min ,外泄漏率應不大于 1×10-5 Pa·m3/s(無氣泡逸出)。”
 
主密封結構
 
早期的球閥,一般采用金屬材料作為密封結構(又稱硬密封),隨著工程塑料技術的發展,尤其是聚四氛乙烯的出現,使球閥密封結構有了一種較為理想的密封材料。常見的球閥主密封結構的軟密封形式有剛性密封座、帶彈性元件的密封座、聚四氟乙烯唇式密封座和彈性脹圈與聚四氟乙烯唇式密封座組成的組合型密封座等形式。唇式密封座具有的唇形結構,使其具有較好的彈性,在使用中可保證密封面的預壓縮量并可對密封面的預壓縮量進行補償而優于剛性結構。但使用中發現,聚四氟乙烯的彈塑性變形能力及在溫度變化條件下的穩定性仍不十分理想,且具有較大的冷流趨向;同時,由于球閥的使用壓力變化范圍較大,因此,采用聚四氟乙烯作為密封材料制成的唇式密封座,在較低壓力條件下或長期使用中仍易產生泄漏。解決這一問題的方式為采用彈性脹圈與聚四氟乙烯唇式密封座組成的組合型密封座,它可依靠金屬材料彈性脹圈良好的彈塑性變形能力,增強其整體的彈塑性變形能力和補償能力,提高球閥的密封能力。
 
密封條件
要保證球閥達到規定的密封要求,須借助介質的壓力推動球體(浮動式球閥)或密封座(固定式球閥)產生微小位移,使密封座表面產生一定的彈塑性變形,形成必要的密封比壓。密封比壓過高將會導致密封座所受比壓超過材料的許用比壓而損壞,使密封失效,還會導致操作力矩升高而影響動作性能;過低則會使密封座表面的彈塑性變形量不足以補償球體的加工誤差,導致主密封不能達到規定的密封要求。
 
適用場合
 
由于高壓球閥通常用橡膠、尼龍和聚四氟乙烯作為閥座密封圈材料,因此它的使用溫度受到閥座密封圈材料的限制。高壓球閥的截止作用是靠金屬球體在介質的作用下,于塑料閥座之間相互壓緊來完成的(浮動球球閥)。閥座密封圈在一定的接觸壓力作用下,局部地區發生彈塑變形。這一變形可以補償球體的制造精度和表面粗糙度,保證球閥的密封性能。又由于球閥的閥座密封圈通常采用塑料制成,故在選擇球閥的結構和性能上,要考慮球閥的耐火和防火,特別是在石油、化工、冶金等部門,在易燃、易爆介質的設備和管路系統中使用球閥,更應注意耐火和防火。通常,在雙位調節、密封性能嚴格、泥漿、磨損、縮口通道、啟閉動作迅速(1/4 轉啟閉)、高壓截止(壓差大)、低噪聲、有氣穴和氣化現象、向大氣少量滲漏,操作力矩小、流體阻力小的管路系統中,推薦使用球閥。球閥也適用于輕型結構、低壓截止(壓差?。?、腐蝕性介質的管路系統中。在低溫(深冷)裝置和管路系統中也可選用球閥。在冶金行業的氧氣管路系統中,需使用經過嚴格脫脂處理的球閥。在輸油管線和輸氣管線中的主管線需埋設在地下時,需使用全通徑焊接式球閥。在要求具有調節性能時,需選用帶V形開口的專用結構的球閥。在石油、石油化工、化工、電力、城市建設中,工作溫度在 200℃ 以上的管路系統可選用金屬對金屬密封的球閥。
 
通常認為球閥最適宜直接做開閉使用,但近來的發展已將球閥設計成使它具有節流和控制流量之用。球閥的主要特點是本身結構緊湊,易于操作和維修,適用于水、溶劑、酸和天然氣等一般工作介質,而且還適用于工作條件惡劣的介質,如氧氣、過氧化氫、甲烷和乙烯等。球閥閥體可以是整體的,也可以是組合式的。
 
安裝注意事宜
 
1、球閥前后管線已準備好。前后管道應同軸,兩法蘭密封面應平行。管道應能承受球閥的重量,否則管道上必須配有適當的支撐。
2、把閥前后管線吹掃干凈,清除掉管道內的油污、焊渣和一切其它雜質。
3、核對球閥的標志,查明球閥完好無損。將閥全開全閉數次證實其工作正常。
4、拆去球閥兩端連接法蘭上的?;ぜ?。
5、檢查閥孔清除可能有的污物,然后清洗閥孔。閥座與球之間即使僅有微小顆粒的異物也可能會損傷閥座密封面。
6、把閥裝上管線。閥的任何一端都可裝在上游端。用手柄驅動的閥可安裝在管道上的任意位置。但帶有齒輪箱或氣動驅動器的球閥應直立安裝,即安裝在水平管道上,且驅動裝置處于管道上方。
7、閥法蘭與管線法蘭間按管路設計要求裝上密封墊。
8、法蘭上的螺栓需對稱、逐次、均勻擰緊。
9、連接氣動管線(采用氣動驅動器時)。
10、操作驅動器啟、閉球閥數次,應靈活無滯澀,證實其工作正常。
11、按管路設計要求對管道與球閥間的法蘭結合面進行密封性能檢查。
 
維修手冊
 
1、必須先查明球閥上、下游管道確已卸除壓力后,才能進行拆卸分解操作。
2、分解及再裝配時必須小心防止損傷零件的密封面,特別是非金屬零件,取出 O 型圈時宜使用專用工具。
3、裝配時法蘭上的螺栓必須對稱、逐步、均勻地擰緊。
4、清洗劑應與球閥中的橡膠件、塑料件、金屬件及工作介質(例如燃氣)等均相容。工作介質為燃氣時,可用汽油(GB484-89)清洗金屬零件。非金屬零件用純凈水或酒精清洗。
5、分解下來的單個零件可以用浸洗方式清洗。尚留有未分解下來的非金屬件的金屬件可采用干凈的細潔的浸漬有清洗劑的綢布(為避免纖維脫落粘附在零件上)擦洗。清洗時須去除一切粘附在壁面上的油脂、污垢、積膠、灰塵等。
6、非金屬零件清洗后應立即從清洗劑中取出,不得長時間浸泡。
7、清洗后需待被洗壁面清洗劑揮發后(可用未浸清洗劑的綢布擦)進行裝配,但不得長時間擱置,否則會生銹、被灰塵污染。
8、新零件在裝配前也需清洗干凈。
9、使用潤滑脂潤滑。潤滑脂應與球閥金屬材料、橡膠件、塑料件及工作介質均相容。工作介質為燃氣時,可用例如特 221 潤滑脂。在密封件安裝槽的表面上涂一薄層潤滑脂,在橡膠密封件上涂一薄層潤滑脂,閥桿的密封面及摩擦面上涂一薄層潤滑脂。
10、裝配時應不允許有金屬碎屑、纖維、油脂(規定使用的除外)灰塵及其它雜質、異物等污染、粘附或停留在零件表面上或進入內腔。

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