上海滬工閥門廠(集團)有限公司

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滬工閥門

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1 球閥結構

球閥是由旋塞閥演變而來的,它的啓閉件作爲一個球體,利用球體繞閥杆的軸線旋轉 90 度實現開啓和關閉的目的。

2 球閥作用

球閥在管道上主要用于切斷、分配和改變介質流動方向,設計成 V 形開口的球閥還具有良好的流量調節功能。

球閥不僅結構簡單、密封性能好,而且在一定的公稱通經範圍內體積較小、重量輕、材料耗用少、安裝尺寸小,並且驅動力矩小,操作簡便、易實現快速啓閉,是近十幾年來發展最快的閥門品種之一。特別是在美、日、德、法、意、西、英等工業發達國家,球閥的使用非常廣泛,使用品種和數量仍在繼續擴大,並向高溫、高壓、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,並已部分取代閘閥截止閥調節閥

隨著球閥的技術進步,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、中低壓力領域,球閥也將會成爲主導的閥門類型之一。

3 球閥的優點

  1. 具有最低的流阻(實際上爲零)。
  2. 因在工作時不會卡住(在無潤滑劑時),故能可靠地應用與腐蝕性介質和低沸點液體中。
  3. 在較大地壓力和溫度範圍內,能實現完全密封。
  4. 可實現快速啓閉,某些結構的啓閉時間僅爲 0.05~0.1s,以保證能用于試驗台的自動化系統中。快速啓閉閥門時,操作無沖擊。
  5. 球型關閉件能在位置上自動定位。
  6. 工作介質在雙面上密封可靠。
  7. 在全開和全閉時,球體和閥座的密封面與介質隔離,因此高速通過閥門的介質不會引起密封面的侵蝕。
  8. 結構緊湊、重量輕,可以認爲它時用于低溫介質系統的最合理的閥門結構。
  9. 閥體對稱,尤其時焊接閥體結構,能很好地承受來自管道的應力。
  10. 關閉件能承受關閉時的高壓差。
  11. 全焊接閥體的球閥,可以直埋于地下,使閥門內件不受侵蝕,最高使用壽命可達 30 年,是石油、天然氣管線最理想的閥門。

由于球閥有上述優點,所以適用範圍很廣,球閥可適用于:

  1. 公稱通經從 8mm 到 1200mm。
  2. 公稱壓力從真空到 42MPa。
  3. 工作溫度從 -204℃~815℃。

4 球閥密封性

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、溫度適用範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範圍藥受到限制。另外,如果介質不潤滑,使用合成橡膠容易卡住球體。

爲了滿足高溫、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)、寬溫度範圍(-196~815℃)的球閥,從而使球閥的技術達到一個全新的水平。

5 球閥設計與制造

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複性常規設計工作,使技術人員有更多的精力用于改進、提高産品性能和新産品開發,縮短新産品的研究開發周期、全面提高勞動生産率,而且在升降杆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杆螺旋扁,使金屬密封球閥在啓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。球閥在完全開啓時,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,因爲容易清掃管線。由于球閥的球體在啓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。

6 球閥適用場合

由于球閥通常用橡膠、尼龍和聚四氟乙烯作爲閥座密封圈材料,因此它的使用溫度受到閥座密封圈材料的限制。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、啓閉動作迅速(1/4 轉啓閉)、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(壓差小)、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。

7 球閥適用原則

  1. 石油、天然氣的輸送主管線、需要清掃管線的,又需埋設在地下的,選用全通經、全焊接結構的球閥;埋設在地上的,選擇全通經焊接連接或法蘭連接的球閥;支管,選用法蘭連接、焊接連接,全通經或縮徑的球閥。
  2. 成品油的輸送管線和貯存設備,選用法蘭連接的球閥。
  3. 城市煤氣和天然氣的管路上,選用法蘭連接和內螺紋連接的浮動球閥。
  4. 冶金系統中的氧氣管路系統中,宜選用經過嚴格脫脂處理,法蘭連接的固定球球閥。
  5. 低溫介質的管路系統和裝置上,宜選用加上閥蓋的低溫球閥。
  6. 煉油裝置的催化裂化裝置的管路系統上,可選用升降杆式球閥。
  7. 化工系統的酸堿等腐蝕性介質的裝置和管路系統中,宜選用奧氏體不鏽鋼制造的、聚四氟乙烯爲閥座密封圈的全不鏽鋼球閥。
  8. 冶金系統、電力系統、石化裝置、城市供熱系統中的高溫介質的管路系統或裝置上,可選用金屬對金屬密封球閥。
  9. 需要進行流量調節時,可選用蝸輪蝸杆傳動的、氣動或電動的帶 V 形開口的調節球閥

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