剪切式安全閥設(shè)計說明書解讀

1、摘要安全閥是保障石油化工設(shè)備正常運行的重要組成部分，它的啟閉件受外力作 用下處于常閉的狀態(tài)，當設(shè)備或管道內(nèi)的介質(zhì)壓力升高，超過規(guī)定值時，它會自 動開啟，通過向系統(tǒng)外排放介質(zhì)來防止管道或設(shè)備內(nèi)介質(zhì)壓力超過規(guī)定數(shù)值。安 全閥屬于自動閥類，主要用于鍋爐、壓力容器和管道上，控制壓力不超過規(guī)定值， 由此對人身安全和設(shè)備運行起重要的保護作用。安全閥在系統(tǒng)中起安全保護作用。當系統(tǒng)壓力超過規(guī)定值時，安全閥打開， 將系統(tǒng)中的一部分氣體/流體排入大氣/管道外，使系統(tǒng)壓力不超過允許值，從而 保證系統(tǒng)不因壓力過高而發(fā)生事故。安全閥結(jié)構(gòu)主要有三大類：剪銷式、彈簧式和杠桿式。彈簧式是指閥瓣與閥 座的密封靠彈簧的作用力。杠

2、桿式是靠杠桿和重錘的作用力。隨著大容量的需要， 又有一種脈沖式安全閥，也稱為先導(dǎo)式安全閥，由主安全閥和輔助閥組成。此外， 隨著使用要求的不同，有封閉式和不封閉式。關(guān)鍵詞： 安全閥，剪銷，密封，限壓，石油鉆井目錄1.引言11.1 簡介21.2 剪切式安全閥的工作原理 21. 3剪切式安全閥的優(yōu)點21. 4剪切式安全閥安裝前應(yīng)注意事項22 .剪切式安全閥設(shè)計計算 22.1安全閥的受力計算 22.2安全閥的零件強度計算 22.3安全閥的使用規(guī)格23剪切式安全閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計33.1安全銷的結(jié)構(gòu)設(shè)計 33.2法蘭盤設(shè)計53.3閥桿設(shè)計73.4組合密封圈結(jié)構(gòu)設(shè)計83.5閥體設(shè)計93.6接頭設(shè)計93.7壓緊螺

3、母設(shè)計93.8緩沖墊圈設(shè)計93.9保護蓋設(shè)計93.10鋼套設(shè)計94. 安全閥開啟壓力的調(diào)整 105. 安全閥常見故障及消除方法 116. 補充說明12參考文獻131.引言隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，整個世界對于能源的要求與日俱增，供需矛盾也日益突 出。我國地大物博，石油資源原本非常豐富，但隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國的能 源形勢已變得越來越嚴峻，目前對石油的勘探和開發(fā)已經(jīng)達到相當廣泛的程度 ，因 此正日益向海洋區(qū)域開采。海洋采油法規(guī)規(guī)定 ；在油氣開采過程中，凡具有自噴或 自溢能力的井都必須安裝井下安全閥。油氣井安裝井下安全閥系統(tǒng)后，一旦采油氣 平臺出現(xiàn)火災(zāi)或遭受其他重大災(zāi)害，油氣井就能夠自動關(guān)閉，從而

4、避免嚴重的人員 傷亡、井噴和海洋污染等惡性事故的發(fā)生。而我國井下安全閥大多依賴于進口，現(xiàn)有的技術(shù)還處于初始研究階段。1.1簡介剪切式安全閥在石油鉆井機械中有非常重要的作用。剪銷被剪斷時的應(yīng)力，隨控制泥漿壓力的升高而上升，。當由泥漿所產(chǎn)生的的壓力推壓閥桿，穿過閥桿的剪 切銷所受到的剪切里越來越大，最終達到剪切銷的最大剪切應(yīng)力，剪切銷被剪斷。 閥桿向上運動，最終打開泄壓閥泄流。在閥桿剪切剪切銷的時候，閥桿對剪切銷 的剪切力可近似處理為等于泥漿對閥桿底部的推力，忽略摩擦和自身閥桿重力進 行計算。1.2剪切式安全閥的工作原理安全閥由閥桿，閥體、箱體、剪銷及護罩等組成。泥漿壓力作用在閥體下端 面，閥體就

5、受到一個向上的推力，該推力由閥桿傳剪切銷，使剪銷受到剪切。當 推力達到使剪銷受到的剪切應(yīng)力大于剪銷材料的剪切強度極限時，剪銷便被剪 斷。當活塞的直徑的直徑確定之后，通過剪切銷的不同直徑，可以控制不同的泥 漿壓力。因此在施工中，只要根據(jù)施工技術(shù)要求，確定泥漿壓力后，把不用直徑的剪銷插入相應(yīng)的孔中即可1.3安全閥的優(yōu)點（1）開閉靈活（2）承壓活塞面積?。?）復(fù)位簡單（4）通用性好，可與多 種泵聯(lián)接。1.4安全閥安裝前應(yīng)注意事項（1）各種安全閥都應(yīng)垂直安裝。（2）安全閥出口處應(yīng)無阻力，避免產(chǎn)生受壓 現(xiàn)象。（3）安全閥在安裝前應(yīng)專門測試，并檢查其管密封性。（4）對使用中的安全閥應(yīng)作定期檢查。2安全閥設(shè)

6、計計算2.1安全閥的受力計算通過剪切式安全閥的整體設(shè)計，安全閥局部受力分析如下:1.活塞承受壓力F=P*A=1/4 n D2 PP泥漿泵壓力mpaD 活塞直徑mm不同缸套直徑下活塞承受壓力如下表:缸套直徑，mm180170160150140130泵壓（mpa）23.125.929.233.234.534.5活塞壓力（N）29013.632530.436675.241699.243332433322閥體受力計算閥體承受水平拉應(yīng)力：/水平二P*D*：*08工2*A6n/水平=9.82D2* P閥體承受垂直方向應(yīng)力:42外D2* P0.8*、s4 * D 丄 4 心 2 n水平=2則 滿足 =9.8

7、 取 =10mm即取閥體壁厚為10mmO2.2安全閥的零件強度計算2.2.2剪切銷的強度采用Q215正火處理，（T b=400mpa活塞直徑D=40mm則：閥桿產(chǎn)生的推力1 2F 二1* D2* P（公式 1）4剪切銷剪切應(yīng)力F 0.8 = 3 2 m pa（公式 2）1 2d2 * 二 * 24剪切銷直徑d a 1（公式 3）4*2*320表1缸套直徑，mm180170160150140130泵壓（mpa）23.125.929.233.234.534.5剪切應(yīng)力（N）14506.816265.218337.620849.62166621666剪切銷直徑（mr）i7.688.59.19.29.

8、2222閥桿強度計算采用40Cr,表面調(diào)質(zhì)處理，其強度30-35HRC c S=345mpa安全系數(shù)s=1.5 ,【】=c S/s=345/1.5=230mpa其中直徑設(shè)為20mn則：2= 137.2 _230mpa（公式4）.1 1/4n“4034.51/4 : : 20滿足要求2.3安全閥的使用規(guī)格經(jīng)過安全閥的受力計算以及整體的強度理論計算，通過以上公式1-4，算的安全閥的使用規(guī)格如下：3NB-1600泥漿泵安全閥使用規(guī)格缸套直徑，mm180170160150140130泵壓（mpa）23.125.929.233.234.534.5剪切應(yīng)力（N）14506.816265.218337.62

9、0849.62166621666剪切銷直徑（mr）i7.688.59.19.29.23剪切式安全閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1安全銷的結(jié)構(gòu)設(shè)計剪切銷是剪切銷式安全閥最關(guān)鍵的部件。通過剪切銷的理論強度計算，現(xiàn)在剪切銷采用Q215正火處理，結(jié)構(gòu)圖如下:3.2法蘭盤設(shè)計由于法蘭盤承受高壓載荷，為滿足設(shè)計需要，法蘭盤選用環(huán)聯(lián)接面對焊鋼制管法 蘭(PN42.0MPa),結(jié)構(gòu)圖如下：公稱通徑|DN: 150法蘭焊端外徑(管子外徑)|A:168.3聯(lián)接尺寸|法蘭外徑|D:485聯(lián)接尺寸|中心圓直徑|K:368.5聯(lián)接尺寸|螺栓孔徑|L:55聯(lián)接尺寸|螺栓|數(shù)量n: 8聯(lián)接尺寸|螺栓|螺紋Th.: M52密封面|槽號：R

10、47 密圭寸面|dmin: 279.0密封面|P:228.60密封面|E:12.70密封面|F:19.84密圭寸面|Rmax: 1.5 法蘭厚度|C:108.0法蘭高度|H:273法蘭頸|N:235法蘭內(nèi)徑|B:108.2兩法蘭間距離（近似值）:43.3閥桿設(shè)計通過閥桿的理論強度計算，現(xiàn)采用40Cr,表面調(diào)質(zhì)處理，閥桿經(jīng)過精加工光潔度較高。結(jié)構(gòu)圖如下：XLlhl93.4密封圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計由于要求密封性能非常高，所以使用 O型密封圈，使其密封性得到加強。圖中 材料采用聚氨酯，更使其密封性和其耐酸堿腐蝕性得到很大提高。3.5閥體設(shè)計材料采用合金工具鋼2Cr13,閥體與法蘭盤連接部分采用管螺紋連接，采

11、用調(diào) 質(zhì)處理，硬度28-32HRC閥體內(nèi)腔經(jīng)過精加工光潔度較高，維修保養(yǎng)方便。1閥體中部2.下閥體3右端管道3.6接頭設(shè)計材料采用合金工具鋼2Cr13,閥體與接頭連接部分采用管螺紋連接， 采用調(diào)質(zhì) 處理，硬度 28-32HRC接頭內(nèi)腔經(jīng)過精加工光潔度較高，維修保養(yǎng)方便。0.D8_Lko6 B 3.2/0683.7壓緊螺母設(shè)計2.8緩沖墊圈設(shè)計螺紋規(guī)格D=M10性能等級為8級，不經(jīng)表面處理，A級的I型六角螺母由于要求密封性能不高，主要起緩沖作用。圖中材料采用聚氨酯2.9保護蓋設(shè)計由于保護蓋受力不大，對材料的強度要求不高，因此材料選用Q195保護蓋外表面涂漆2.10襯套設(shè)計材料采用20Mn2滲碳淬

12、火后硬度56-62HRC鋼套與閥體采用過盈連接，鋼套內(nèi)表面經(jīng)過精加工光潔度較高4安全閥的安全使用及調(diào)整（1）安全閥出廠前，應(yīng)逐臺調(diào)整其開啟壓力到用戶要求的整定值。若用戶提出安 全銷工作壓力級，則按一般應(yīng)按壓力級的下限值調(diào)整出廠。（2）使用者在將安全閥安裝到被保護設(shè)備上之前或者在安裝之前，必須在安裝現(xiàn) 場重新進行調(diào)整，以確保安全閥的整定壓力值符合要求。（3）在銘牌注明的安全銷工作壓力級范圍內(nèi)，通過剪銷的不同位置，即可對開啟 壓力進行調(diào)節(jié)。（4）為保證開啟壓力值準確，應(yīng)使調(diào)整時的介質(zhì)條件，如介質(zhì)種類、溫度等盡可 能接近實際運行條件。介質(zhì)種類改變，特別是當介質(zhì)聚積態(tài)不同時（例如從液相 變?yōu)闅庀啵?，開

13、啟壓力常有所變化。工作溫度升高時，開啟壓力一般有所降低。故 在常溫下調(diào)整而用于高溫時，常溫下的整定壓力值應(yīng)略高于要求的開啟壓力值。 高到什么程度與閥門結(jié)構(gòu)和材質(zhì)選用都有關(guān)系，應(yīng)以制造廠的說明為根據(jù)。（5）常規(guī)安全閥用于固定附加背壓的場合，當在檢驗后調(diào)整開啟壓力時（此時背 壓為大氣壓），其整定值應(yīng)為要求的開啟壓力值減去附加背壓值。（6）密圭寸性試驗密圭寸性試驗時，試驗壓力為最大公稱壓力 45MPa持續(xù)時間5分鐘 （GB50243。4. 安全閥常見故障及消除方法（1）排放后閥桿不回座這主要是閥桿安裝位置不正或被卡住造成的。應(yīng)重新裝配。（2）泄漏在設(shè)備正常工作壓力下，密封件與閥座密封面之間發(fā)生滲漏。

14、其原因有：密封件與閥座密封面之間有臟物。可重新安裝前清洗；如果還泄 露，看密封件是否損傷。若密封件損傷，應(yīng)該更換；閥桿彎曲、傾斜或者是杠桿 與支點有偏斜而造成，使閥芯與座孔錯位。應(yīng)重新裝配或者是更換；看看銷是否 有損傷，若有損傷應(yīng)更換。（3）到規(guī)定的壓力時卻不開啟定壓不準是造成這種情況的原因。看看銷的直徑、材料及其搖臂孔的位置是 否正確。（4）不到規(guī)定的壓力而開啟主要原因的是定壓不準；銷的疲勞、材料及其搖臂孔的位置是否正確。應(yīng)及 時調(diào)整。5. 以上內(nèi)容的幾點補充說明（1）鑄件應(yīng)進行時效處理，清砂，修毛刺。（2） 與箱蓋合箱后，分箱面邊緣分析，每邊錯位不超過2mm（3）裝配前所有零件清洗，而搖臂表面鍍鉻處理。（4）各密封處不許漏氣、液體或固液混合物，尤其是法蘭盤與管道，活塞處密封 性能會影響產(chǎn)品的性能以及其他因素。（5）安全銷件數(shù)6個，裝配時安裝裝一個，其他備用放在塑料袋中。參考文獻19801 楊前驅(qū)石油礦用泵銷軸式安全閥的計算方法J.石油鉆采機械通訊， 年第一期.2 王金蒲.安全閥的安裝、校驗和試驗 J.勞動保護，1981年12期.3 蔡爾輔.安全閥的選用與計算J.石油化工，1981年11期.4 陳立德.機械設(shè)計基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社,2004.陳于萍，高曉康.互換性與測量技術(shù)M.北京：高等教育出版社,2005.陳立德.機械