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压力密封阀门的设计与计算

发布于:2016-08-05 15:18:41

  概述


  压力密封阀门一般应用于石油、化工、火力发电和高温高压及介质流速和压力较平稳的大口径管道系统中。目前,压力密封阀门主要有:压力密封式楔式闸阀、平行双闸板闸阀、截止阀、Y型截止阀、旋启式止回阀上装式球阀和高压锻钢阀等。


  1、结构形式和特点


  压力密封阀门由阀体、浮动阀盖、密封环、密封垫、四合环、支承环和牵制螺栓组成,结构形式如下:

  压力密封阀门结构示意图

  结构特点:

  (1)在高压下和温度与压力有波动时,密封性能良好,密封可靠。

  (2)与强制密封相比,无中法兰和链接螺栓,使阀门重量减轻,结构紧凑,特别是在大口径高压阀门中,更具有明显优势。

  (3)由于去掉了连接螺栓,不需要很大的螺栓预紧力,因此装卸方便。

  (4)阀体、浮动阀盖与密封环接触部位可堆焊18-8型奥氏体不锈钢或堆焊硬质合金,达到绝对硬密封结构。

  (5)密封环设计成外圆柱面上开有1~2条环形沟槽,内堆面角度260C,采用纯铁或不锈钢耐酸钢材料,可达到零泄露密封。还可采用900C的柔性石墨夹不锈钢丝,温度可达到590℃左右。

  (6)温度低于200℃的阀门中,密封面可采用聚四氟乙烯,聚三氟氯乙烯,即降低了加工精度,又降低了加工成本。

  (7)密封环在保证工况的前提下,其表面硬度低于阀体和阀盖密封接触的硬度,使其容易产生塑性变形,同时还具有足够的强度。


  2、工作原理


  升压前,先拧紧牵制螺栓,浮动阀盖上升,使阀盖与弹性楔式垫之间,弹性楔形垫与阀体之间产生旋紧密封力。当介压力作用时,阀盖受介质压力作用向上移动,牵制螺栓开始卸载,阀盖与楔形密封垫以及阀体与楔形密封垫之间的密封比压,随压力的增加而逐渐增加,保证良好密封,密封面上工作密封比压由两部分合成,一是预紧密封比压,二是由介质压力形成的比压,介质压力越高,工作密封比压越大,密封性能就越好。


  3、产品设计制造与质量检验标准


  (1)电站阀制造与验收按照E101《日本火力发电用法标准》。

  (2)电站阀制造与验收按照JB/T3595《电站阀门要求》。

  (3)GB/T12234-1989通用阀门《法兰和对焊连接钢制闸阀》。

  (4)GB/T12235-1989通用阀门《法兰连接钢制截止阀和升降式止回阀》。

  (5)GB/T12236-1989通用阀门《钢制旋启式止回阀》。

  (6)ASME B16.34-2004《法兰、螺纹和焊接连接的阀门》。

  (7)API600-2001《石油和天然气用螺栓连接阀盖钢制闸阀》。

  (8)无损探伤,射线透视依照JIS G0518《铸钢件的射线透视检查方法及透视照片的等级分类方法》。

  (9)超声波探伤依照JIS Z2344《金属材料的超声波探伤检查方法》。

  (10)磁粉探伤依照JIS G0565《钢铁材料的磁粉探伤检查方法及等级分类方法》。

  (11)渗透探伤依照JIS Z2343《渗透探伤检查方法及缺陷等级分类方法》。


  4、标准检测程序


  (1)壳体检测—所有阀门都经过流体静力学壳体检测,根据ANSI B16.34和MSS SP-61的标准,最低检测压力为在37℃的温度下,额定压力的1.5倍。

  (2)阀座压缩检测—所有压力密封阀门的阀座都经过流体静力学检测,根据ANSI B16.34和MSS SP-61的标准,最低检测压力为在37℃下,额定压力的1.1倍。所有阀门的阀座都经过气压检测,根据API 598标准,最低检测气压为0.7MPa。

  (3)煤油检测—对于特殊应用的阀门,如果用户指定,阀门可以采用煤油代替水对阀门进行流体静力学壳体和阀座压缩检测。

  (4)高压氮检测—对于特殊应用,如果用户指定,阀门可以采用氮进行全负荷工作压力检测。

  (5)软化水—对于特殊阀门,如果用户指定,可以采用软化水进行清洗和流体静力学壳体和弹簧压缩检测。

  (6)外观检测—所有铸件都满足MSS-SP-55标准的要求。

  (7)无破坏性检测—如果用户要求,阀门可以对阀门部件进行X射线照相、磁颗粒或液态染色渗透探伤等检测。

  (8)材料证书—如果用户要求,可以提供主要阀门部件完整的化学和物理特性资料。


  5、压力密封设计计算


  压力密封设计计算


  6、材料高温氧化的基本过程


  材料高温实际上是一个十分复杂的过程,整个过程可分五个阶段,前三个阶段是共同的,为气-固反应阶段,这是一个复杂的过程,需要用化学吸附的实验方法进行测定与研究。第四个阶段为氧化物膜形成初始阶段,第五个阶段均控制在电质传质氧化物膜均匀生长。

  影响材料抗高温氧化性能主要因素:

  (1)材料性质:包括化学成分、相组成、组织结构、热膨胀系数、弹性模量、泊松比等。

  (2)氧化膜性质:包括体积比、热力学稳定性、氧化膜相组织、力学性质、物理性质。

  (3)氧化膜/金属界面:氧化膜与材料处的延生长关系、界面的几何形状、界面的化学变化、界面与界面结合强度等。

  (4)气相:气相的化学成分、气相的总压力、气相流动状态流速、流动气体是否含有固定颗粒、受外力状态等。


  7、阀门主要材料


  阀体和阀盖材料

  密封环

  内件主要材料


  8、结语


  压力密封阀门结构,广泛用于高温高压及石油、化工、火力发电等管道上,以代替中法兰、大螺纹和卡箍连接的结构,当介质压力越高,密封性能越好。此结构可采用短系列的结构长度,减轻了阀门的重量,拆卸方便,产品密封性能稳定,质量可靠。

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