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管線球閥的結(jié)構(gòu)特征與功能設(shè)計(jì)

更新時(shí)間:2013-12-04      瀏覽次數(shù):1407

管線球閥作為緊急切斷閥,除了將流體切斷之外,還有很多其他的功能需求,這些功能性的需求經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展和改進(jìn),已具備較為統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)形式,這些結(jié)構(gòu)形式和功能性設(shè)計(jì)是:固定球浮動(dòng)閥座;組合密封功能的閥座;閥座單活塞致應(yīng)設(shè)計(jì)—— 自排放功能;閥座雙活塞效應(yīng)設(shè)計(jì)——雙重密封功 能;雙截止-排放(DBB)功能;雙隔離-排放(DIB)功能;腔體壓力安全泄放;失火安全(fir^safe);防靜電;閥桿與密封座緊急狀態(tài)下密封脂注射;驅(qū)動(dòng)軸的安全設(shè)計(jì)與閥桿延伸;閥門的限位。

(1)固定球浮動(dòng)閥座結(jié)構(gòu)

所有管線球閥都是固定球浮動(dòng)閥座(圖3-38)的設(shè)計(jì),球體繞球體的幾何中心做開(kāi)關(guān)90°角回轉(zhuǎn),保持回轉(zhuǎn)中心不變,兩個(gè)各自獨(dú)立的浮動(dòng)閥座,保證閥門在兩個(gè)流體方向壓差作用下的密封(bi-direction),

浮動(dòng)閥座在彈簧加載下,即使在低的壓差情況下,仍使閥門獲得可靠的密封。

(2)組合密封功能的閥座

由于長(zhǎng)輸管線輸送的原油和天然氣不可能是潔凈的,管道需要定期清管,而又要求在30年的服役期內(nèi)確保密封的可靠性,這樣就設(shè)計(jì)一個(gè)組合密封座來(lái)滿足這一功能要求。其結(jié)構(gòu)如圖3-39所示。它是由金屬閥座、塑料密封環(huán)、背彈簧、閥座與閥體之 間的橡膠密封環(huán)以及注脂噴嘴及其密封脂注入通道組成的,這一功能被描述為:金屬閥座與球面金屬對(duì)金屬的硬密封,防止固體顆粒落入次級(jí)軟密封; 塑料或橡膠的軟密封,滿足30年服役期密封可靠性要求;緊急情況下,例如軟密封或球面出現(xiàn)劃痕, 通過(guò)注脂噴嘴注入密封脂,滿足緊急狀態(tài)下臨時(shí)密封的需要。

 

(3) 閥座單活塞效應(yīng)設(shè)計(jì)——自排放功能

作為一種樣本設(shè)計(jì),閥座設(shè)計(jì)具有自泄放功能, 并稱之為“單活塞效應(yīng)”(single piston effect)設(shè)計(jì)。

這是一種截止型的閥座設(shè)計(jì)。對(duì)于這種情況,當(dāng)進(jìn)口 端管道壓力高于腔體壓力時(shí),作用在閥座上的介質(zhì)作用力,其合力是將閥座推向球體,如圖3-40所示:A —OB—C。腔體壓力高于出口端管道壓力,作用在閥座上的介質(zhì)力,其合力是將閥座推離球體,如圖 3-40所示:D—E>D—F0這一種功能性設(shè)計(jì)zui終截止了上游端介質(zhì)流動(dòng),而腔體壓力大于出口端管線的壓力時(shí),并能克服下游端閥座的彈簧力,可自動(dòng)泄放 (self-relieving)至出口端管道,這一功能稱之為腔體壓力異常升高時(shí)的自泄放功能。

(4) 閥座雙活塞效應(yīng)設(shè)計(jì)——雙重密封功能

如果客戶需要,閥座可以被設(shè)計(jì)成雙活塞效應(yīng) (double piston effect),這種設(shè)計(jì)不管管線壓力高于腔體壓力,或者腔體壓力高于管道壓力,均使介質(zhì)對(duì)閥座產(chǎn)生的力使閥座推向球體,如圖3-41所示:A— OB—C和D —£:>D —F。即閥座不管兩端壓差如 何,均能隔斷閥門兩端的介質(zhì)流動(dòng),是一種隔離型閥座設(shè)計(jì),對(duì)整個(gè)閥門而言,具有雙重密封的效果,對(duì)于這一情況,當(dāng)腔體壓力升高時(shí),閥體應(yīng)具有外部壓力泄放閥,防止其腔體超壓。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

雙截止排放(DBB)功能和雙隔離排放 (DIB)功能雙截止-排放與雙隔離-排放的功能是指對(duì)于一個(gè)

 

具有兩個(gè)密封座的閥門,無(wú)論閥門處于開(kāi)啟狀態(tài)或者關(guān)閉狀態(tài),腔體中充滿壓力,如底部的排污閥需要排放,進(jìn)口端和出口端的閥座應(yīng)該切斷進(jìn)口和出口的流體,以保證排放時(shí)的安全。如果設(shè)計(jì)的閥座是單向的,截止型閥座就是“雙截止-排放”功能,英文名稱為double brock and bleed,簡(jiǎn)稱DBB功能。如果設(shè)計(jì)的閥座是隔離型閥座,即流體被隔離型閥座離隔,既不能從上下游流人腔體,也不能從腔體流向上下游,對(duì)于這一隔離型閥座的設(shè)計(jì),這一功能稱為 “雙隔離排放” (double isolating and bleed),簡(jiǎn)稱DIB功能,如圖3-42所示,這一功能是保證操作工人打開(kāi)底部排污閥排放時(shí)操作的安全。

(6) 腔體壓力安全泄放

對(duì)于一個(gè)有兩個(gè)密封座的閥門,腔體中可能有介質(zhì)積聚,如果這種介質(zhì)隨溫度升高而膨脹或相變,從而可能引起腔體壓力升高,那么對(duì)于上下游閥座設(shè)計(jì)成隔離型閥座的,就是腔體壓力不可能自身泄放至上下游管道的,應(yīng)設(shè)置一個(gè)安全閥來(lái)泄放腔體內(nèi)異常升高的壓力, 以保證壓力邊界的完整。如圖3-43所示,安全泄放閥的泄放壓力不超過(guò)zui高工作溫度其壓力額定值的1.33倍。

(7) 失火安全

fi^safe—詞的翻譯為“失火安全”,并非“防 火”。其意義是要求閥門在遇到火災(zāi)時(shí)是安全的。安全是指其內(nèi),外泄漏量不超過(guò)API 607所規(guī)定允許值,在結(jié)構(gòu)上為保證這一安全,在四個(gè)泄漏點(diǎn)上就有失火安全的設(shè)計(jì)。閥座的錐面與球面之間,一旦軟密 封被燒毀應(yīng)使錐面和球面金屬對(duì)金屬接觸;閥座與閥體之間,除橡膠0形圈軟密封之外,應(yīng)有一個(gè)石墨密封圈;主副閥體之間,除橡膠0形圈之外,應(yīng)設(shè) 置一個(gè)金屬纏繞式墊片或者石墨墊;軸的填料處,應(yīng)設(shè)置一個(gè)石墨密封環(huán),這就是管線球閥的失火安全結(jié)構(gòu)。

(8) 防靜電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

防靜電結(jié)構(gòu)是指具有兩個(gè)非金屬材料制造的密封座的球閥,球體轉(zhuǎn)動(dòng)可能產(chǎn)生靜電的集聚,應(yīng)及時(shí)與閥體導(dǎo)通。其方法是在軸的頭部有一小孔,內(nèi)置一個(gè)彈簧和鋼球,使其與球體相接觸,在軸桿的徑向部位也有一小孔,內(nèi)置一個(gè)彈簧和鋼球,使其與填料函內(nèi)壁相接觸,這樣球體上可能產(chǎn)生的靜電導(dǎo)入閥體,而閥是接地的,如圖3-44所示。

(9) 閥桿的密封

閥體與球是分離的,球軸上作用著介質(zhì)的推力, 在軸肩處置一個(gè)平面軸承,由于介質(zhì)作用在球上的力已被分離,作用在支承板上,軸只承受單一的轉(zhuǎn)矩, 軸上無(wú)側(cè)向力的作用,提高軸頸處密封的可靠性,采 用二級(jí)O形圈和石墨環(huán)密封結(jié)構(gòu)(圖3-45)。

(10) 緊急情況下閥桿與閥座密封脂的注入

當(dāng)發(fā)現(xiàn)閥桿填料泄漏時(shí),在填料箱側(cè)面設(shè)置一個(gè)密封脂的注入接頭,供密封脂注人來(lái)消除閥桿處的泄漏,結(jié)構(gòu)如圖3-46所示。

(11) 傳動(dòng)鏈的安全與開(kāi)關(guān)位置限位

按照API 6D規(guī)定,傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)強(qiáng)度應(yīng)按設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩或者實(shí)際測(cè)定同規(guī)格閥門轉(zhuǎn)矩的2倍。而且傳動(dòng)鏈zui取薄弱的截面應(yīng)在閥門的壓力邊界外面,閥門的開(kāi)與關(guān)的位置應(yīng)地限定。對(duì)于直埋地下的閥門,閥桿應(yīng)被接長(zhǎng)。圖3-47所示是Velan公司的傳動(dòng)鏈——加長(zhǎng)閥桿的設(shè)計(jì),閥門的開(kāi)關(guān)位置通過(guò)閥桿的鍵在外部連接板90°弧形凹槽中限定(圖3-48)。

 

 

 

(12) 直埋地下

對(duì)于直埋地下的閥門(圖3-49)除了閥桿被伸長(zhǎng)到地表之外,所有的接管:注脂管、排污管、腔體壓力泄放并引至地表,注脂閥、排污閥、壓力泄放閥亦置于地表,并在閥前增加一只隔離閥。

(13) 硫化工況設(shè)計(jì)

對(duì)于硫化工況,可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕,特別是對(duì)于濕的硫化氫,這種材料的選用與制造滿足NACE MR0175標(biāo)準(zhǔn)的要求,工藝與介質(zhì)接觸的零件,做材料硬度試驗(yàn),符合標(biāo)準(zhǔn)要求。如果需要,供方應(yīng)提供硫化物應(yīng)力腐蝕SSC和氫致開(kāi)裂HIC腐蝕試驗(yàn)報(bào)告。

 

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