高壓球閥技術(shù)選型基礎(chǔ)指導(dǎo)篇
2022-08-17 15:39:08 點(diǎn)擊：204
高壓球閥主要由口徑，壓力，溫度，介質(zhì)，結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)以及環(huán)境情況來選型，它的啟閉件作為一個(gè)球體，利用球體繞閥桿的軸線旋轉(zhuǎn)90度實(shí)現(xiàn)開啟和關(guān)閉的目的。具有啟閉時(shí)間短等優(yōu)勢，使用非常廣泛，使用品種繁多，并向高溫、大口經(jīng)、高密封性、長壽命、優(yōu)良的調(diào)節(jié)性能以及一閥多功能方向發(fā)展，其可靠性及其他性能指標(biāo)均達(dá)到較高水平，并已部分取代閘閥、截止閥、調(diào)節(jié)閥。隨著的技術(shù)進(jìn)步，在可以預(yù)見的短時(shí)見內(nèi)，特別是在石油天然氣管線上、煉油裂解裝置上以及核工業(yè)上將有更廣泛的應(yīng)用。此外，在其他工業(yè)中的大中型口徑、高壓力領(lǐng)域，球閥也將會(huì)成為主導(dǎo)的閥門類型之一。
設(shè)計(jì)與制造
由于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）以及柔性制造系統(tǒng)（FMS）在閥門行業(yè)的應(yīng)用，使球閥的設(shè)計(jì)和制造達(dá)到一個(gè)全新的水平。不但全面革新了閥門的設(shè)計(jì)計(jì)算方式，減輕了專業(yè)技術(shù)人員繁重的重復(fù)性常規(guī)設(shè)計(jì)工作，使技術(shù)人員有更多的精力用于改進(jìn)、提高產(chǎn)品性能和新產(chǎn)品開發(fā)，縮短新產(chǎn)品的研究開發(fā)周期、全面提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且在升降桿式金屬密封球閥的研制開發(fā)過程中，由于 CAD/CAM 的應(yīng)用，出現(xiàn)了由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、由計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控機(jī)床加工制造的閥桿螺旋扁，使金屬密封球閥在啟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。球閥在完全開啟時(shí)，流阻很小，幾乎等于零，因此等徑球閥廣泛應(yīng)用于石油天然氣管線中，因?yàn)槿菀浊鍜吖芫€。由于球閥的球體在啟閉過程中帶有擦拭性，故大多數(shù)球閥可用于帶懸浮固體顆粒的介質(zhì)中，依據(jù)密封圈的材料也可用于粉狀和顆粒狀的介質(zhì)。
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(duì)幾乎所有的化學(xué)物質(zhì)都是惰性的，且具有摩擦系數(shù)小、性能穩(wěn)定、不易老化、溫度適用范圍廣和密封性能優(yōu)良的綜合性特點(diǎn)。但聚四氟乙烯的物理特性，包括較高的膨脹系數(shù)，對(duì)冷流的敏感性和不良的熱傳導(dǎo)性，要求閥座密封的設(shè)計(jì)必須圍繞這些特性進(jìn)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(dāng)密封材料變硬時(shí)，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(zhì)和使用的溫度范圍藥受到限制。另外，如果介質(zhì)不潤滑，使用合成橡膠容易卡住球體。為了滿足高溫、高壓、強(qiáng)沖蝕、長壽命等工業(yè)應(yīng)用的使用要求，近十幾年來，金屬密封高壓球閥得到了很大的發(fā)展。尤其在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，如美國、意大利、德國、西班牙、荷蘭等，對(duì)高壓球閥的結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，出現(xiàn)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(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，出現(xiàn)了大口徑（3050mm）、高壓力（70MPa）、寬溫度范圍（-196~815℃）的球閥，從而使球閥的技術(shù)達(dá)到一個(gè)全新的水平。
密封性要求
球閥的密封性指標(biāo)由內(nèi)泄漏和外泄漏要求確定，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定非金屬密封球閥的密封性按 GB/T13927《通用閥門壓力試驗(yàn)》的 A 級(jí)執(zhí)行，要求“在試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間內(nèi)無可見泄漏”；航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定地面氣體管路系統(tǒng)用球閥“在 0.05 MPa 和 1.1 倍公稱壓力的氣壓條件下，保壓 3 min ，內(nèi)泄漏率應(yīng)不大于 3×10-5 Pa·m3/s（無氣泡逸出）；在 1.1 倍公稱壓力的氣壓條件下，保壓 3 min ，外泄漏率應(yīng)不大于 1×10-5 Pa·m3/s（無氣泡逸出）。”
主密封結(jié)構(gòu)
早期的球閥，一般采用金屬材料作為密封結(jié)構(gòu)（又稱硬密封），隨著工程塑料技術(shù)的發(fā)展，尤其是聚四氛乙烯的出現(xiàn)，使球閥密封結(jié)構(gòu)有了一種較為理想的密封材料。常見的球閥主密封結(jié)構(gòu)的軟密封形式有剛性密封座、帶彈性元件的密封座、聚四氟乙烯唇式密封座和彈性脹圈與聚四氟乙烯唇式密封座組成的組合型密封座等形式。唇式密封座具有的唇形結(jié)構(gòu)，使其具有較好的彈性，在使用中可保證密封面的預(yù)壓縮量并可對(duì)密封面的預(yù)壓縮量進(jìn)行補(bǔ)償而優(yōu)于剛性結(jié)構(gòu)。但使用中發(fā)現(xiàn)，聚四氟乙烯的彈塑性變形能力及在溫度變化條件下的穩(wěn)定性仍不十分理想，且具有較大的冷流趨向；同時(shí)，由于球閥的使用壓力變化范圍較大，因此，采用聚四氟乙烯作為密封材料制成的唇式密封座，在較低壓力條件下或長期使用中仍易產(chǎn)生泄漏。解決這一問題的方式為采用彈性脹圈與聚四氟乙烯唇式密封座組成的組合型密封座，它可依靠金屬材料彈性脹圈良好的彈塑性變形能力，增強(qiáng)其整體的彈塑性變形能力和補(bǔ)償能力，提高球閥的密封能力。
密封條件
要保證球閥達(dá)到規(guī)定的密封要求，須借助介質(zhì)的壓力推動(dòng)球體（浮動(dòng)式球閥）或密封座（固定式球閥）產(chǎn)生微小位移，使密封座表面產(chǎn)生一定的彈塑性變形，形成必要的密封比壓。密封比壓過高將會(huì)導(dǎo)致密封座所受比壓超過材料的許用比壓而損壞，使密封失效，還會(huì)導(dǎo)致操作力矩升高而影響動(dòng)作性能；過低則會(huì)使密封座表面的彈塑性變形量不足以補(bǔ)償球體的加工誤差，導(dǎo)致主密封不能達(dá)到規(guī)定的密封要求。
適用場合
由于高壓球閥通常用橡膠、尼龍和聚四氟乙烯作為閥座密封圈材料，因此它的使用溫度受到閥座密封圈材料的限制。高壓球閥的截止作用是靠金屬球體在介質(zhì)的作用下，于塑料閥座之間相互壓緊來完成的（浮動(dòng)球球閥）。閥座密封圈在一定的接觸壓力作用下，局部地區(qū)發(fā)生彈塑變形。這一變形可以補(bǔ)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(jié)構(gòu)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(zhì)的設(shè)備和管路系統(tǒng)中使用球閥，更應(yīng)注意耐火和防火。通常，在雙位調(diào)節(jié)、密封性能嚴(yán)格、泥漿、磨損、縮口通道、啟閉動(dòng)作迅速（1/4 轉(zhuǎn)啟閉）、高壓截止（壓差大）、低噪聲、有氣穴和氣化現(xiàn)象、向大氣少量滲漏，操作力矩小、流體阻力小的管路系統(tǒng)中，推薦使用球閥。球閥也適用于輕型結(jié)構(gòu)、低壓截止（壓差?。?、腐蝕性介質(zhì)的管路系統(tǒng)中。在低溫（深冷）裝置和管路系統(tǒng)中也可選用球閥。在冶金行業(yè)的氧氣管路系統(tǒng)中，需使用經(jīng)過嚴(yán)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(shè)在地下時(shí)，需使用全通徑焊接式球閥。在要求具有調(diào)節(jié)性能時(shí)，需選用帶Ｖ形開口的專用結(jié)構(gòu)的球閥。在石油、石油化工、化工、電力、城市建設(shè)中，工作溫度在 200℃ 以上的管路系統(tǒng)可選用金屬對(duì)金屬密封的球閥。
通常認(rèn)為球閥最適宜直接做開閉使用，但近來的發(fā)展已將球閥設(shè)計(jì)成使它具有節(jié)流和控制流量之用。球閥的主要特點(diǎn)是本身結(jié)構(gòu)緊湊，易于操作和維修，適用于水、溶劑、酸和天然氣等一般工作介質(zhì)，而且還適用于工作條件惡劣的介質(zhì)，如氧氣、過氧化氫、甲烷和乙烯等。球閥閥體可以是整體的，也可以是組合式的。
安裝注意事宜
1、球閥前后管線已準(zhǔn)備好。前后管道應(yīng)同軸，兩法蘭密封面應(yīng)平行。管道應(yīng)能承受球閥的重量，否則管道上必須配有適當(dāng)?shù)闹巍?/p>
2、把閥前后管線吹掃干凈，清除掉管道內(nèi)的油污、焊渣和一切其它雜質(zhì)。
3、核對(duì)球閥的標(biāo)志，查明球閥完好無損。將閥全開全閉數(shù)次證實(shí)其工作正常。
4、拆去球閥兩端連接法蘭上的保護(hù)件。
5、檢查閥孔清除可能有的污物，然后清洗閥孔。閥座與球之間即使僅有微小顆粒的異物也可能會(huì)損傷閥座密封面。
6、把閥裝上管線。閥的任何一端都可裝在上游端。用手柄驅(qū)動(dòng)的閥可安裝在管道上的任意位置。但帶有齒輪箱或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的球閥應(yīng)直立安裝，即安裝在水平管道上，且驅(qū)動(dòng)裝置處于管道上方。
7、閥法蘭與管線法蘭間按管路設(shè)計(jì)要求裝上密封墊。
8、法蘭上的螺栓需對(duì)稱、逐次、均勻擰緊。
9、連接氣動(dòng)管線（采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器時(shí)）。
10、操作驅(qū)動(dòng)器啟、閉球閥數(shù)次，應(yīng)靈活無滯澀，證實(shí)其工作正常。
11、按管路設(shè)計(jì)要求對(duì)管道與球閥間的法蘭結(jié)合面進(jìn)行密封性能檢查。
維修手冊
1、必須先查明球閥上、下游管道確已卸除壓力后，才能進(jìn)行拆卸分解操作。
2、分解及再裝配時(shí)必須小心防止損傷零件的密封面，特別是非金屬零件，取出 O 型圈時(shí)宜使用專用工具。
3、裝配時(shí)法蘭上的螺栓必須對(duì)稱、逐步、均勻地?cái)Q緊。
4、清洗劑應(yīng)與球閥中的橡膠件、塑料件、金屬件及工作介質(zhì)（例如燃?xì)猓┑染嗳荨９ぷ鹘橘|(zhì)為燃?xì)鈺r(shí)，可用汽油（GB484-89）清洗金屬零件。非金屬零件用純凈水或酒精清洗。
5、分解下來的單個(gè)零件可以用浸洗方式清洗。尚留有未分解下來的非金屬件的金屬件可采用干凈的細(xì)潔的浸漬有清洗劑的綢布（為避免纖維脫落粘附在零件上）擦洗。清洗時(shí)須去除一切粘附在壁面上的油脂、污垢、積膠、灰塵等。
6、非金屬零件清洗后應(yīng)立即從清洗劑中取出，不得長時(shí)間浸泡。
7、清洗后需待被洗壁面清洗劑揮發(fā)后（可用未浸清洗劑的綢布擦）進(jìn)行裝配，但不得長時(shí)間擱置，否則會(huì)生銹、被灰塵污染。
8、新零件在裝配前也需清洗干凈。
9、使用潤滑脂潤滑。潤滑脂應(yīng)與球閥金屬材料、橡膠件、塑料件及工作介質(zhì)均相容。工作介質(zhì)為燃?xì)鈺r(shí)，可用例如特 221 潤滑脂。在密封件安裝槽的表面上涂一薄層潤滑脂，在橡膠密封件上涂一薄層潤滑脂，閥桿的密封面及摩擦面上涂一薄層潤滑脂。
10、裝配時(shí)應(yīng)不允許有金屬碎屑、纖維、油脂（規(guī)定使用的除外）灰塵及其它雜質(zhì)、異物等污染、粘附或停留在零件表面上或進(jìn)入內(nèi)腔。
