双刮刀超硬密封球阀研制与应用

环球大宗

一、前言   

双刮刀超硬密封球阀是一种耐腐蚀、耐高温、耐磨损的硬密封球阀，操作力矩小，密封性好，广泛应用于石油、化工、发电、造纸以及煤浆等各行业。   

二、技术分析   
1.结构特点   

金属密封球阀有浮动球和固定球两种结构，双刀超硬密封阀由主副阀体、球体、阀座、阀座密封圈、阀座支承圈、上支承套、下支承轴、滚动轴承、滑动轴承以及阀杆等组成。固定球整体采用两片式设计，阀杆为上装式、防尘和防喷出结构，填料采用压板压紧结构，弹簧压紧提供预紧比压结构，球体、阀座密封面硬化处理，阀体防介质沉积结构，先进的阀座聚多年球阀制造经验与创新双刮刀与压缩弹簧或碟簧防尘保护结构设计，一个刮刀在阀座密封面，另一个刮刀在阀座顶端。小口径浮动球与固定球的不同之处是阀杆为下装式，防喷出结构，还有创新结构自由旋动滚动钢珠。  
  
2.工作原理   

气动装置或其他装置驱动阀杆上端，输出的转矩传递给球体，使它旋转90°，球体的流道与阀体流道中心线重合，双刮刀超硬密封球阀完成开启动作，反之垂直，使球阀完成关闭的动作，顺时针关闭，逆时针开启。常温时，弹簧预紧力使高钛无硫柔性石墨密封面膨胀；高温时，高钛无硫柔性石墨自身膨胀，实现阀体与阀座之间的密封。阀座与球体密封面的密封，在低压时，靠弹簧预紧力使密封面密封；在高压时，弹簧预紧力和介质压力的作用下使两者密封面密封。   

3.性能特点   

双刮刀超硬密封球阀根据工况条件需要，适用于高温、高压、强腐蚀性以及含颗粒等介质。新结构硬密封球阀具有操作力矩小，密封性能好等很多特点。   
（1）耐高温可以在600℃以上的高温状态下长期工作，适用于高温时大多数工况条件。   
（2）耐高压可以在25MPa的压力等级工况下长期工作。   
（3）耐腐蚀可以满足硫酸、盐酸、硝酸、醋酸以及盐水（海水）等腐蚀性介质工况下的特殊要求。   
（4）耐磨损可以能满足石油化工、矿山冶炼、造纸、煤化工、磨具磨料以及多晶硅/有机硅等行业的多种恶劣、苛刻工况中特殊介质的耐磨性要求。   
（5）耐冲蚀在球体密封面上不仅是采用了耐高温、耐蚀性好的镍基合金，而且喷焊或喷涂NI60或碳化钨，使球体密封表面硬度达到69～75HRC。   
（6）双向密封可以保证阀门在正向、反向双向密封，使阀门的密封性能得到提高，而且为在线紧急抢修阀门提供了保证。   
（7）密封性能双刮刀超硬密封球阀能达到ANSIB16.104CLASSⅥ（FCI70—2）级密封。   
（8）防火性能金属阀座与高钛无硫柔性石墨组成的密封圈，确保防火安全。   

4.技术难点   

双刮刀超硬密封球阀相对普通的硬密封球阀来说，适用于高温、高压、强冲蚀以及强腐蚀等工况条件，在设计和制造过程中存在以下技术难点。   
（1）密封比压高在设计密封比压时要适当，对零件之间的尺寸链要求高以及提高表面粗糙度要求。   
（2）球体表面硬度高、自洁功能各种工况颗粒的硬度较高，阀门开启的过程中会有颗粒黏附在球体表面上，阀门关闭的状态时要求球体表面硬度比工况颗粒硬度高，而且阀座与球体之间要“自洁”功能，否则破坏球体表面，会影响到阀门的密封性能。   
（3）铸造与锻造难使用温度高于600℃以上，铸件与锻件容易出现裂纹，铸造与锻造工艺要求相当高。   
（4）加工难球阀的密封表面均用超硬材料或表面硬化处理，通用刀具无法加工，即使能加工其加工精度也不能满足要求，同时还要求加工设备具有足够的强度，因此选择合适的刀具非常重要。   

三、主要技术参数  

产品口径：DN15～700。    产品压力：1.6～16.0MPa。    产品材质：铸钢、不锈钢、合金钢等。    制造标准：中国GB、机械行业标准JB、化工标准HG、美标API、ANSI、德标DIN、日本JIS、JPI和英标BS生产。    阀体材质：WCB、WC6、WC9、A105、304、304L、316和316L等。    工作温度：－196～650℃。    连接方式：内螺纹、外螺纹、法兰、焊接、对焊、承插焊、卡套以及卡箍。    驱动方式：手动、气动、液动和电动。   

四、检验与试压规程   

双刮刀超硬密封球阀试压按API598—2009或GB/T13927—2008等标准检验与试压，进行压力试验的设备，不应有施加影响阀门的外力。   
（1）阀门壳体外观在壳体压力试验前，不允许对阀门表面涂漆和使用其他可以防止渗漏的涂层；允许无密封作用的化学防腐处理。   
（2）试验介质液体介质可用含防锈剂的水、煤油或黏度不高于水的非腐蚀性液体；气体介质可用氮气、空气或其他惰性气体；奥氏体不锈钢的阀门进行试验时，所使用的水含氯化物量应不超过100mg/L，试验介质的温度应在5～40℃，用液体介质试验时，应保证壳体的内腔充满试验介质。   
（3）密封试验压力    1）壳体试验压力：试验介质是液体时，试验压力至少是阀门在20℃时允许最大工作压力的1.5倍（1.5×CWP）；试验介质是气体时，试验压力至少是阀门在20℃时允许最大工作压力的1.1倍（1.1×CWP）。    2）密封试验压力：试验介质是液体时，试验压力至少是阀门在20℃时允许最大工作压力的1.1倍（1.1×CWP）；试验介质是气体时，试验压力为0.6MPa，（1.5×CWP）；当阀门的公称压力小于PN时，试验压力按阀门在20℃时允许最大工作压力的1.1倍（1.1×CWP）。   
（4）试验保压时间与泄漏量对各种标准试验保压时间与泄漏量见表1～表4。表1 保持试验压力最短持续时间①1in=0.0254m。②保持试验压力最短持续时间是指阀门内试验介质压力升至规定值后，保持该试验压力的最少时间。表2 GB/T13927—2008密封试验的最大允许泄漏量表3 API598—2009密封试验的最大允许泄漏量    ①对于液体试验，1mL相当于16滴。    ②在规定的最短试验持续时间内无泄漏。对于液体试验，“0”滴表示在每个规定的最短试验持续时间内无可见泄漏。对于气体试验，“0”气泡表示在每个规定的最短试验持续时间内泄漏量小于1气泡。表4 ANSIB16.104规定的泄漏量   

五、应用工况、适用场所   

双刮刀超硬密封球阀适用于高温高压的水、蒸汽、石油、煤炭、纤维、稠性和腐蚀性介质，以及带颗粒的介质，具体运用根据不同的材质、结构组合用于不同的温度，最高可以达到600℃以上，详细见表5。表5 双刮刀超硬密封球阀的应用

六、结语   

双刮刀超硬密封球阀已经广泛应用于含有大量泥砂的高压原油的采购，炼油公司的原油提炼，渣油、焦化和加氢工艺等高温高压系统，有机硅中超硬度颗粒介质工况，乙烯项目中聚合物颗粒的工况，造纸行业中含纤维介质工况，煤炭化工业中及水煤浆气化项中的部分装置，火力发电厂等苛刻特殊要求应用。

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