1 石油化工保溫夾套球閥設(shè)計規(guī)范概述

球閥通過啟閉件球體繞閥桿軸線旋轉(zhuǎn)90°實現(xiàn)閥門的開啟和關(guān)閉，在管路上主要用于切斷、分配和改變介質(zhì)流向。球閥結(jié)構(gòu)簡單、密封性好，并且在一定的公稱尺寸范圍內(nèi)具有體積小、重量輕、材料消耗少、安裝尺寸小等優(yōu)點。球閥的驅(qū)動力矩小、操作簡單、易實現(xiàn)快速啟閉和遠程控制，是近十幾年來發(fā)展最快的閥門品種之一。根據(jù)密封材料劃分，球閥分為非金屬密封球閥和金屬密封球閥。非金屬密封球閥密封副為非金屬材料，容易實現(xiàn)密封，早已成為成熟的產(chǎn)品。金屬密封球閥的密封副為金屬材料，對于溫度和流體介質(zhì)領(lǐng)域適用范圍更廣，廣泛應(yīng)用于苛刻工況。金屬材料的密封性較難達到非金屬材料密封的等級，特別是在高壓或高溫工況下，金屬密封球閥球體和閥座的彈性變形無法避免，由于彈性變形導(dǎo)致的密封失效在設(shè)計階段難以預(yù)判。本文采用有限元模擬分析和流體模擬分析法，以Class2500 NPS2金屬密封固定球閥為例，對金屬密封固定球閥的密封性能機理進行分析，為減少高壓或高溫下球體和閥座的彈性變形提供參考依據(jù)。

易凝結(jié)性介質(zhì)（重油、瀝青、苯）專用球閥/一體式保溫球閥具有良好的保溫保冷特性，且閥門的通徑與管徑一致，同時又能有效降低管路中介質(zhì)熱量損失。主要用于石油、化工、冶金、制藥、食品等各類系統(tǒng)中，以輸送常溫下會凝固的高粘度介質(zhì)。由于采用整體式結(jié)構(gòu)，因而BQ41F球閥比一般球閥更小，重量更輕，且無外漏，密封性能良好，夾套采用碳素鋼管焊接比鑄造的更加耐壓牢固。本產(chǎn)品主要采用不銹鋼生產(chǎn)，更具有良好的耐酸耐腐蝕能力。        

采用整體式夾套結(jié)構(gòu)設(shè)計，是在球閥的基礎(chǔ)上焊裝金屬夾套，用于注入蒸汽或其它保溫/保冷介質(zhì)。AMISCO夾套保溫球閥的通徑與管徑一致，能有效降低管路中介質(zhì)的熱量損失，特別適用于輸送常溫下會凝固的高粘度介質(zhì)，如石油、瀝青等。

石油化工保溫夾套球閥設(shè)計規(guī)范產(chǎn)品設(shè)計特點：

整體式閥體

夾套保溫球閥結(jié)構(gòu)緊湊，閥體為整體鑄造式。整體式球閥可以提供最佳結(jié)構(gòu)強度，同時將泄漏的可能性降到。浮動式球體，具有降低操作扭矩，延長使用壽命的特點。該類結(jié)實耐用、經(jīng)濟型一級整體式的球閥是工業(yè)應(yīng)用的理想選擇。

閥桿密封

該球閥具有活動加載，可自動調(diào)節(jié)初級和二級密封的特點。利用蝶形墊片，閥桿密封可自動調(diào)節(jié)由于溫度和日常磨損帶來的變化。該球閥利用一個獨立的填料密封壓蓋，方便調(diào)節(jié)而無需取下安裝的緊固件或執(zhí)行機構(gòu)。填料密封壓蓋可將填料均勻地分布在密封管內(nèi)。

初級密封是止推軸承和止推墊片組成。可調(diào)式閥桿密封在閥桿和閥體之間形成一個二級密封。標準的閥桿密封填料由材質(zhì)為RPTFE的V型環(huán)組成，而防火型閥門使用標準的石墨閥桿密封填料。

球體

夾套保溫球閥的球體加工精確，經(jīng)過精密拋光處理可達到氣泡關(guān)閉密封和減少操作扭矩。處于多重安全考慮，在每個閥體的閥桿槽內(nèi)在開一孔，以平衡閥門打開時，閥門內(nèi)部和管道流動介質(zhì)之間的壓力。

閥體

閥體為熔模鑄造，經(jīng)固溶退火及正火處理以提高質(zhì)量和增加強度。所有閥門鑄件都標有鑄造廠爐號供追溯。

閥座

閥座設(shè)計能確保雙向氣泡密封，并且操作扭矩低。

所有彈性閥座外徑上都有泄壓槽，來降低經(jīng)過入口端的流體壓力，同時具有良好的預(yù)加負荷來確保低壓密封和真空密封。

防靜電裝置

作為標準，所有球閥都可選配防靜電裝置，可將球體和閥體攜帶的靜電導(dǎo)入地面。

安裝平臺

球閥有一個鑄造安裝平臺，使得與執(zhí)行機構(gòu)的連接簡單方便。2"及以下球閥平臺符合ISO5211標準。

閥桿組件

進口夾套式保溫球閥的閥桿具有承載重負荷、高品質(zhì)特點，閥桿采用雙“D"結(jié)構(gòu)連接球體和操作機構(gòu)。閥桿與球體精確配合，所有閥桿都由閥體內(nèi)部裝入，防吹式閥桿的設(shè)計增大了安全性。

智能閥桿設(shè)計

可互換的系列閥門，閥桿堅固，大直徑閥桿為活動加載式，自我調(diào)節(jié)密封。利用蝶形墊片，可自行調(diào)節(jié)補償因溫度和磨損對密封造成的松緊程度，禁止采用手動調(diào)節(jié)方式而造成密封和閥座的磨損。采用鞍形鎖緊墊片，可防止自控頻繁開關(guān)應(yīng)用下的螺母松扣。

閥桿填料

可調(diào)整的V形填料密封環(huán)，在閥桿和閥體之間產(chǎn)生多重密封。每個組合式閥桿填料由3個或4個環(huán)組成（取決于閥門口徑），具有壽命長，抗蠕變和抗冷流特性。止推軸承和止推墊圈作為初級密封，具有減小扭矩和防止咬合特點。這種設(shè)計是的技術(shù)。

防火安全-API607第四版認證

法蘭式系列閥門可提供石墨閥桿密封，達到別的防火安全標準。如在一次煙火中，過高的溫度破壞了彈性密封，球體會與金屬閥座直接接觸，形成第二級金屬與金屬密封。閥體密封由不銹鋼和石墨構(gòu)成的不銹鋼絲纏繞墊圈，能防止泄漏。石墨閥桿填料能防止閥桿泄漏。

保溫球閥是一種比較新型的球閥類別，它有著自身結(jié)構(gòu)所的一些*性，如開關(guān)無摩擦，密封不易磨損，啟閉力矩小。這樣可減小所配執(zhí)行器的規(guī)格。配以多回轉(zhuǎn)電動執(zhí)行機構(gòu)，可實現(xiàn)對介質(zhì)的調(diào)節(jié)和嚴密切斷。廣泛適用于石油、化工]、城市給排水等要求嚴格切斷的工況。 

  【石油化工保溫夾套球閥設(shè)計規(guī)范產(chǎn)品特點】          

1、 啟閉無摩擦。這一功能完了傳統(tǒng)閥門因密封面之間相互摩擦而影響密封的問題。  　　

2、 上裝式結(jié)構(gòu)。對裝在管道上的閥門可直接在線檢查與維修，能有效減少裝置停車，降低成本。  　　

3、 單閥座設(shè)計。消除了閥門中腔介質(zhì)因異常升壓而影響使用安全的問題。  　　

4、 低扭矩設(shè)計。特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計的閥桿，只需配一個小手把閥門就能輕松啟閉。  　　

5、 楔形密封結(jié)構(gòu)。閥門是靠閥桿提供的機械力，將球楔壓到閥座上而密封，使閥門的密封性不受管線壓差變化的影響，在各種工況下密封性能都有可靠保證。  　　

6、 密封面的自清潔結(jié)構(gòu)。當球體傾離閥座時，管線中的流體沿球體密封面成360°均勻通過，不僅消除了高速流體對閥座局部的沖刷，也沖走了密封面上的聚積物，達到自清潔的目的。  

2石油化工保溫夾套球閥設(shè)計規(guī)范 密封原理

固定球閥球體以上下軸或支撐板固定，采用浮動式結(jié)構(gòu)閥座，在彈簧力和介質(zhì)壓力共同作用下，經(jīng)過精密研磨的金屬閥座密封面緊貼球面實現(xiàn)密封。

圖1所示為固定球閥閥座密封部位局部放大視圖。閥門處于關(guān)閉狀態(tài)時，以石墨密封圈或O型密封圈為界將流體截斷，此時閥座受到彈簧預(yù)緊力F、流體壓力P產(chǎn)生的介質(zhì)力G、密封圈摩擦力f以及球體對閥座的反作用力，起密封作用的密封力為向右的合力（F+G-f）。當密封力產(chǎn)生的密封比壓大于密封的必需比壓時則實現(xiàn)密封。

保溫球閥也稱夾套保溫球閥，是在球閥的基礎(chǔ)上焊裝金屬夾套，用于注入蒸汽或其它保溫、保冷介質(zhì)，確保球閥內(nèi)介質(zhì)能夠正常工作。保溫球閥具有良好的保溫保冷特性，且閥門的通徑與管徑一致，同時又能有效降低管路中介質(zhì)熱量損失。球閥主體材料：WCB、CF8、CF8M、CF3、CF3M。

夾套保溫球閥結(jié)構(gòu)特點：

保溫夾套球閥采用整體式夾套結(jié)構(gòu)設(shè)計，更能均勻地保溫、保冷，保溫球閥比一般球閥體積更小，重量更輕，且無外漏，密封性能良好，夾套采用碳素鋼管焊接比鑄造的更加耐壓牢固。 夾套、閥體外側(cè)與夾套接管焊接，允許蒸汽或冷水的壓力為1MPa。

夾套保溫球閥具有良好的保溫、保冷特性，除縮徑保溫球閥外，閥門的通徑和管徑一至，介質(zhì)呈直線流動，阻力小，能有效降低管路中介質(zhì)熱量的損失，因此，對容易凝固、高粘度的液體介質(zhì)具有優(yōu)良的性能。

3  石油化工保溫夾套球閥設(shè)計規(guī)范泄露原因分析

通過對密封原理進行分析，總結(jié)金屬密封固定球閥泄漏的主要原因。

（1）O型圈或石墨密封圈部位泄漏。

（2）閥座密封面與球面研磨程度不夠，密封副不吻合。

（3）球體不圓或密封面粗糙。

（4）球體、閥座、固定軸強度不足產(chǎn)生塑性變形。

（5）球體與閥座在介質(zhì)壓力下產(chǎn)生彈性變形導(dǎo)致密封副剝離。

對于前4種泄露原因，一般廠家都有處理經(jīng)驗，比較容易解決。但是泄露原因不易發(fā)現(xiàn)，尤其是在高壓或高溫工況下，進行低壓氣體密封試驗時效果良好，壓力越高泄漏量越大，但是當壓力卸除后球體與閥座又恢復(fù)至初始形態(tài)，檢測球體圓度和密封面吻合度都合格。此種情況通常先推測閥座背面O型圈或石墨圈泄漏，往往忽略了高壓或高溫下球體與閥座都發(fā)生了不同步的彈性變形，從而導(dǎo)致密封面剝離的情況。而彈性變形復(fù)雜，不同部位變形量不同，無法直接計算，一般需要借助計算機有限元模擬加以分析驗證。以NPS2-CL2500金屬密封固定球閥為例進行分析，主要參數(shù)如下：

球體材質(zhì)  F304+NI60

閥座材質(zhì)  F304+NI55

球體直徑  Sφ90mm

流道直徑  φ42mm

密封面內(nèi)徑  φ54mm

密封面外徑  φ62mm

閥座受介質(zhì)作用力外徑  φ68mm

閥座小臺階外徑  φ58.6mm

閥座大臺階外徑  φ88mm

彈簧力  1100N

石油化工保溫夾套球閥設(shè)計規(guī)范

該系列閥門具有保溫、保冷特性。按GB標準設(shè)計制造，法蘭連續(xù)按79-94標準制造，用于石油、化工、瀝青、冶金、制藥等行業(yè)。該閥門由于采用了蒸汽夾套保溫，即使外界溫度降到零度以下，該閥門仍操作靈活，保證輸油管道能斷能開，其優(yōu)點是一般控制閥門所沒有的。它是重油輸送管道理想的控制閥門。根據(jù)用戶需要夾套注入蒸汽、導(dǎo)熱油、冷卻水、冷氣等。使用整個閥門長溫或降溫達到所需要的溫度，能防止介質(zhì)結(jié)晶。