豎裝式安全切斷閥的設(shè)計(jì)

1、    豎裝式安全切斷閥的設(shè)計(jì)    馮智云摘要：本文介紹了一種適用于氣體調(diào)壓站的安全切斷閥門(mén)。該閥門(mén)結(jié)構(gòu)新穎，操作簡(jiǎn)單方便，容易維修，帶內(nèi)置型卷簧釋放結(jié)構(gòu)，帶一體化壓力平衡閥門(mén)，直通型閥腔設(shè)計(jì)有效的減少了介質(zhì)的壓降。閥門(mén)的切斷可以通過(guò)手動(dòng)緊急關(guān)斷、管道氣壓通過(guò)指揮器操作進(jìn)行氣動(dòng)關(guān)斷也可選用遠(yuǎn)程電磁關(guān)斷，閥門(mén)的開(kāi)啟必須手動(dòng)完成。abstract： this article describes a safety shut-off valve suitable for gas pressure regulating stations. the structu

2、re of the valve is novel， the operation is simple and convenient， its maintenance is easy， it has a built-in type coil spring release structure and integrated pressure balance valve， and the through-type valve cavity design effectively reduces the pressure drop of the medium. the valve can be shut o

3、ff by manual emergency shutoff， pneumatic shutoff and remote electromagnetic shutoff， and the opening of the valve can be completed manually.關(guān)鍵詞：安全切斷閥;卷簧;平衡閥門(mén);關(guān)斷;開(kāi)啟key words： safety shut-off valve;coil spring;balancing valve;shut-off;opening：u641.3+32 ：a ：1006-4311（2018）18-0125-021 概述豎裝式安全切斷閥主要包括閥體、

4、閥瓣部件、主軸、上蓋、復(fù)位卷簧部件、閥門(mén)關(guān)斷部件、平衡閥部件、復(fù)位板及復(fù)位手柄等（整機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1）。主軸將閥瓣部件、閥門(mén)關(guān)斷部件及復(fù)位卷簧連接在一起。閥門(mén)在天然氣調(diào)壓站上使用，主要是起緊急切斷作用。閥門(mén)關(guān)段部件上有四個(gè)接口，分別是自力式氣動(dòng)操作接口、遠(yuǎn)程電磁閥操作接口、手動(dòng)緊急關(guān)斷接口及自動(dòng)復(fù)位接口。正常工作時(shí)安全切斷閥處于全開(kāi)閥位，當(dāng)下游輸送的天然氣壓力超過(guò)管道輸送壓力或低于管道輸送壓力時(shí)，管道引壓系統(tǒng)將壓力信號(hào)傳遞給指揮器，指揮氣將信號(hào)傳遞給氣動(dòng)操作部件來(lái)推動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，閥內(nèi)限位滾針將進(jìn)入轉(zhuǎn)輪內(nèi)，使得鎖套脫開(kāi)滾針的限位而帶動(dòng)閥桿翻轉(zhuǎn)，閥桿帶動(dòng)閥瓣部件來(lái)關(guān)斷閥門(mén)，并且卷簧內(nèi)的力也開(kāi)始釋放，并對(duì)

5、閥門(mén)的關(guān)斷起一定的輔助作用。現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)緊急關(guān)斷操作和遠(yuǎn)程電磁閥操作對(duì)閥門(mén)的關(guān)斷的機(jī)理與指揮器操作一樣，只是電磁閥控制適用于遠(yuǎn)程關(guān)斷控制，手動(dòng)緊急關(guān)斷用于現(xiàn)場(chǎng)人為操作。閥門(mén)需要復(fù)位時(shí)（及閥門(mén)開(kāi)啟），需將閥腔內(nèi)的天然氣排空，此時(shí)開(kāi)啟平衡閥門(mén)，來(lái)排空閥腔內(nèi)的天然氣便于安全可靠的開(kāi)啟閥門(mén)。先將閥門(mén)關(guān)斷部件處通過(guò)復(fù)位操作將轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)在閥門(mén)開(kāi)啟的位置，然后將復(fù)位手柄插入閥位指示板的復(fù)位孔內(nèi)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)主軸，轉(zhuǎn)到主軸被完全限位，閥門(mén)就開(kāi)始正常工作。2 設(shè)計(jì)2.1 閥門(mén)設(shè)計(jì)遵循的標(biāo)準(zhǔn) 閥門(mén)整機(jī)設(shè)計(jì)依據(jù)：en 14382 氣體調(diào)壓站和設(shè)施用安全裝置-入口壓力達(dá)100bar的氣體安全切斷設(shè)施的要求。閥門(mén)壓力試驗(yàn)及泄漏

6、依據(jù)：iso 5208 工業(yè)用閥門(mén) 金屬閥門(mén)的壓力試驗(yàn)，閥座的泄漏應(yīng)能夠達(dá)到iso 5208 a級(jí)要求。閥門(mén)法蘭距設(shè)計(jì)依據(jù)：asme b16.10 閥門(mén)的端面至端面和尾端至尾端間距的要求。閥體及閥蓋材質(zhì)選用依據(jù)：astm a105 管道設(shè)施用碳鋼鑄件的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。閥體及閥蓋厚度設(shè)計(jì)依據(jù)：gb 26640 閥門(mén)殼體最小壁厚尺寸要求規(guī)范的要求。閥內(nèi)件材質(zhì)選用滿足：astm a276/a276m 不銹鋼棒材和型材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。閥體外連接螺栓滿足：astm a194/a194m 高壓或高溫或者高壓高溫用螺栓的碳鋼及合金鋼螺母標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。閥體內(nèi)連接螺栓滿足：astm a320/a320m 低溫

7、作業(yè)用合金鋼和不銹鋼螺栓標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。閥體與介質(zhì)接觸的主要零件滿足：nace mr0175油田設(shè)備抗硫化物應(yīng)力腐蝕斷裂和應(yīng)力腐蝕裂紋的金屬材料的要求。2.2 豎裝式安全切斷閥的設(shè)計(jì)過(guò)程2.2.1 閥體設(shè)計(jì) 閥體結(jié)構(gòu)及成型工藝的確定。為了更好地滿足現(xiàn)場(chǎng)快速、方便的使用，安全切斷閥閥板采用直通翻板結(jié)構(gòu)，為了有效減少閥腔的壓力，閥腔設(shè)計(jì)為直通式通流閥腔結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)中主要考慮到壓力、溫度、流量、流體等參數(shù)因素對(duì)閥體的影響，允許最大噪音等級(jí)等。結(jié)合閥腔結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，閥體的成型工藝確定為一體鑄造成型。閥體壁厚的計(jì)算。為了獲得準(zhǔn)確的閥體壁厚，可通過(guò)以下二種方法來(lái)確定閥體的壁厚：方法一：厚壁圓筒壁厚焊接接頭系數(shù)

8、根據(jù)射線檢測(cè)等級(jí)來(lái)確定：100%檢測(cè)e=1;局部檢測(cè)e=0.85;不檢測(cè)e=0.45。注：所有的軸向和環(huán)向?qū)雍附咏宇^必須采用100%檢測(cè)，因此取e=1。以上各參數(shù)確定后，便可以計(jì)算處閥體的壁厚。方法二：查閥體最小壁厚標(biāo)準(zhǔn)（gb26640-2011），可以確定閥門(mén)口徑與壓力所對(duì)應(yīng)的閥體壁厚值。通過(guò)以上兩種確定閥體壁厚值，為了確保安全選用較大的壁厚值。閥腔的有限元分析。由于安全切斷閥在使用過(guò)程中起著非常重要的作用，為了使得閥門(mén)有更加穩(wěn)定和可靠的使用性能，在設(shè)計(jì)中對(duì)閥體進(jìn)行了有限元分析，分析過(guò)程見(jiàn)圖2。2.2.2 卷簧扭矩的確定  為了滿足閥門(mén)在使用中具有快速及嚴(yán)密的關(guān)斷性能，采用一體式

9、內(nèi)置卷簧結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的此功能。卷簧轉(zhuǎn)矩的大小，是由閥板部件的重量在開(kāi)啟過(guò)程中產(chǎn)生扭矩值和主軸處密封圈的摩擦力在開(kāi)啟過(guò)程中產(chǎn)生扭矩值的和，并帶有一定的安全系數(shù)來(lái)確定扭簧的扭矩值，也是心軸所需要的扭矩值，就可以也確定心軸的軸徑的大小，進(jìn)一步可確定卷簧的參值來(lái)設(shè)計(jì)卷簧。（圖3卷簧工作原理圖）2.2.3 上閥蓋密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  上閥蓋密封采用強(qiáng)制密封如圖4，擰緊中法蘭螺栓，對(duì)密封墊片施加壓力，預(yù)緊的墊片受到壓縮，密封面上凹凸不平的微隙被填滿。這樣就為防止介質(zhì)介質(zhì)泄漏形成了初始的密封條件密封面上形成了預(yù)緊比壓。強(qiáng)制密封的典型結(jié)構(gòu)是平墊密封、纏繞墊密封和鋸齒墊密封等。2.2.4 閥板密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

10、  閥板密封采用閥板鑲嵌防裂爆o型圈來(lái)實(shí)現(xiàn)軟密封性能，閥腔密封面堆焊316來(lái)提高密封面的光潔度，此種密封組合更加可靠的滿足了閥門(mén)的密封性能。（閥板密封結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖5）2.2.5 一體式壓力平衡閥的設(shè)計(jì)  安全切斷閥一般與監(jiān)控調(diào)壓閥和電動(dòng)式軸流閥一起撬裝使用，其在整個(gè)撬裝線上的作用很重要，當(dāng)撬裝管線氣壓發(fā)生異常時(shí)，安全切斷閥會(huì)立即切斷，為了確保整個(gè)管線的安全需將閥門(mén)前端氣壓向下游進(jìn)行泄放，需要安全可靠的路徑來(lái)將閥門(mén)前端氣壓泄放到下游管道，因此本次設(shè)計(jì)一體式壓力平衡閥來(lái)進(jìn)行手動(dòng)泄壓。（壓力平衡閥結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖6）3  結(jié)語(yǔ)安全切斷閥在天然氣輸氣調(diào)壓器中承擔(dān)著非常重要的作用，為此，在設(shè)計(jì)中要考慮到各方面的影響因素：整機(jī)結(jié)構(gòu)的合理性、閥門(mén)緊急關(guān)斷的靈敏性、卷簧力的持久性和穩(wěn)定性、閥板密封的可靠性、閥體與介質(zhì)接觸的主要零件抗硫化物應(yīng)力腐蝕斷裂和應(yīng)力腐蝕裂紋的金屬材料的要求，從而來(lái)克服使用中的不足，使產(chǎn)品使用性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠。參考文獻(xiàn)：1陸培文.實(shí)用閥門(mén)設(shè)計(jì)手冊(cè)m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002，9.2謝龍漢，趙新宇，張炯明.ansys cfx流體分析及仿真m.電子工業(yè)出版社，2012：4-35.3孫克勤.調(diào)節(jié)閥選型計(jì)算應(yīng)用技術(shù)m.南京航空學(xué)院出版，1993：43-45.4en 14382 氣體調(diào)壓站和設(shè)施用安全裝置-入口壓力達(dá)