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1 石油化工保溫夾套球閥設計規范概述

球閥通過啟閉件球體繞閥桿軸線旋轉90°實現閥門的開啟和關閉，在管路上主要用于切斷、分配和改變介質流向。球閥結構簡單、密封性好，并且在一定的公稱尺寸范圍內具有體積小、重量輕、材料消耗少、安裝尺寸小等優點。球閥的驅動力矩小、操作簡單、易實現快速啟閉和遠程控制，是近十幾年來發展最快的閥門品種之一。根據密封材料劃分，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，容易實現密封，早已成為成熟的產品。金屬密封球閥的密封副為金屬材料，對于溫度和流體介質領域適用范圍更廣，廣泛應用于苛刻工況。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，由于彈性變形導致的密封失效在設計階段難以預判。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。

易凝結性介質（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熱量損失。主要用于石油、化工、冶金、制藥、食品等各類系統中，以輸送常溫下會凝固的高粘度介質。由于采用整體式結構，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。本產品主要采用不銹鋼生產，更具有良好的耐酸耐腐蝕能力。        

采用整體式夾套結構設計，是在球閥的基礎上焊裝金屬夾套，用于注入蒸汽或其它保溫/保冷介質。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的熱量損失，特別適用于輸送常溫下會凝固的高粘度介質，如石油、瀝青等。

石油化工保溫夾套球閥設計規范產品設計特點：

整體式閥體

夾套保溫球閥結構緊湊，閥體為整體鑄造式。整體式球閥可以提供最佳結構強度，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。該類結實耐用、經濟型一級整體式的球閥是工業應用的理想選擇。

閥桿密封

該球閥具有活動加載，可自動調節初級和二級密封的特點。利用蝶形墊片，閥桿密封可自動調節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，方便調節而無需取下安裝的緊固件或執行機構。填料密封壓蓋可將填料均勻地分布在密封管內。

初級密封是止推軸承和止推墊片組成。可調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為RPTFE的V型環組成，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，經過精密拋光處理可達到氣泡關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在開一孔，以平衡閥門打開時，閥門內部和管道流動介質之間的壓力。

閥體

閥體為熔模鑄造，經固溶退火及正火處理以提高質量和增加強度。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，來降低經過入口端的流體壓力，同時具有良好的預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入地面。

安裝平臺

球閥有一個鑄造安裝平臺，使得與執行機構的連接簡單方便。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、高品質特點，閥桿采用雙“D"結構連接球體和操作機構。閥桿與球體精確配合，所有閥桿都由閥體內部裝入，防吹式閥桿的設計增大了安全性。

智能閥桿設計

可互換的系列閥門，閥桿堅固，大直徑閥桿為活動加載式，自我調節密封。利用蝶形墊片，可自行調節補償因溫度和磨損對密封造成的松緊程度，禁止采用手動調節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應用下的螺母松扣。

閥桿填料

可調整的V形填料密封環，在閥桿和閥體之間產生多重密封。每個組合式閥桿填料由3個或4個環組成（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。這種設計是的技術。

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，它有著自身結構所的一些*性，如開關無摩擦，密封不易磨損，啟閉力矩小。這樣可減小所配執行器的規格。配以多回轉電動執行機構，可實現對介質的調節和嚴密切斷。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計規范產品特點】          

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

2、 上裝式結構。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、 單閥座設計。消除了閥門中腔介質因異常升壓而影響使用安全的問題。  　　

4、 低扭矩設計。特殊結構設計的閥桿，只需配一個小手把閥門就能輕松啟閉。  　　

5、 楔形密封結構。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、 密封面的自清潔結構。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計規范 密封原理

固定球閥球體以上下軸或支撐板固定，采用浮動式結構閥座，在彈簧力和介質壓力共同作用下，經過精密研磨的金屬閥座密封面緊貼球面實現密封。

圖1所示為固定球閥閥座密封部位局部放大視圖。閥門處于關閉狀態時，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緊力F、流體壓力P產生的介質力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）。當密封力產生的密封比壓大于密封的必需比壓時則實現密封。

保溫球閥也稱夾套保溫球閥，是在球閥的基礎上焊裝金屬夾套，用于注入蒸汽或其它保溫、保冷介質，確保球閥內介質能夠正常工作。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熱量損失。球閥主體材料：WCB、CF8、CF8M、CF3、CF3M。

夾套保溫球閥結構特點：

保溫夾套球閥采用整體式夾套結構設計，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，介質呈直線流動，阻力小，能有效降低管路中介質熱量的損失，因此，對容易凝固、高粘度的液體介質具有優良的性能。

3  石油化工保溫夾套球閥設計規范泄露原因分析

通過對密封原理進行分析，總結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、固定軸強度不足產生塑性變形。

（5）球體與閥座在介質壓力下產生彈性變形導致密封副剝離。

對于前4種泄露原因，一般廠家都有處理經驗，比較容易解決。但是泄露原因不易發現，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至初始形態，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生了不同步的彈性變形，從而導致密封面剝離的情況。而彈性變形復雜，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，主要參數如下：

球體材質  F304+NI60

閥座材質  F304+NI55

球體直徑  Sφ90mm

流道直徑  φ42mm

密封面內徑  φ54mm

密封面外徑  φ62mm

閥座受介質作用力外徑  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計規范

該系列閥門具有保溫、保冷特性。按GB標準設計制造，法蘭連續按79-94標準制造，用于石油、化工、瀝青、冶金、制藥等行業。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。根據用戶需要夾套注入蒸汽、導熱油、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，能防止介質結晶。