低温阀门的常见类型和特点

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：固定式低温球阀中腔泄压结构及特点固定球阀一般采用阀座自动泄压的结构。使阀座与阀体为一整体,防止因阀座低温变形引起泄漏,保证阀座与阀体间密封的可靠性。2)因在低温下工作的阀门组合件无法润滑,采取防止摩擦件损伤的结构措施。3)加长阀杆,使填料函远离低温介质,使阀门的填料密封部分无冻结。

与普通的阀门类似,低温阀门主要分为低温球阀、低温闸阀、低温截止阀、低温蝶阀和低温止回阀(即单向阀)。

1.低温球阀

低温球阀按密封结构可分为浮动球阀和固定球阀两大类,按外形结构分为侧装式结构和顶装式结构两种型式,典型结构如图5-37所示。浮动球阀的球体为浮动式,在介质压力作用下,球体产生一定位移并紧压在出口端的阀座密封面上,使出口端密封。浮动球阀的结构简单、密封性好,但球体承受工作介质的载荷全部传给了出口端密封圈,因此要考虑密封圈材料能否经受得住球体介质的工作负荷。

固定球阀的球体相对阀体是固定的,阀门关闭时,在介质压力作用下,阀座产生移动,使密封圈紧压在球体上,以保证密封。球阀是球体旋转90°,使阀门启闭。

图5-37 低温球阀

1—球体 2—密封圈 3—法兰 4、5—密封填料 6—阀杆

(1)低温球阀主要结构特点

1)球阀由于具有流体阻力最小,具有快速启闭的特点,使用最为普遍。

2)为防止低温工况下阀杆填料密封的失效,加长颈部,使填料函密封部位远离低温源,其工作温度保持在0℃以上,阀杆密封结构采用双重或多重密封方式,并采用碟形弹簧预紧,有效防止填料因工作温度交变或长期运行造成填料磨损使密封性能降低甚至密封失效。确保阀桿填料的可靠密封。

3)设置阀腔泄压结构,以防止异常升压。

4)对非金属(软密封)球阀,为防止产生静电火花,特别在阀门上设置防静电积聚装置,将所产生的静电导出。

5)浮动球阀阀座采用独特防火结构,当发生火灾,非金属密封面材料烧损时,球体在介质压力作用下,球体进一步产生位移并紧压在出口端的阀座密封面上,阻止火势蔓延和介质外流。

6)固定球阀防火结构是当发生火灾,非金属密封面材料烧损,阀座金属环利用弹簧的弹力推动阀座与球体吻合密封,阻止火势蔓延和介质外流。

7)阀门结构基本对称,低温下变形较均匀。采用弹性元件补偿低温变形,使其在温度交变条件下仍具有良好的密封性能和更长的使用寿命。

8)阀盖加长部位增加滴水板,可以减小冷损和防止雨水流入保温层。

9)浮动球阀结构紧凑,操作简便快捷,这种结构用于中低压、小口径工况。

10)固定球阀的优势是在大口径,高压力条件下操作转矩较小,中腔压力泄放方向可以任意指定。特别是规定连接方式为焊接端时,一般采用顶装式结构的固定球阀,方可实现在线维修。

11)全通径球阀可满足通球清管要求。

(2)低温球阀中腔泄压结构及特点

浮动式低温球阀采用球体开孔形式来实现泄压功能;在球体上靠近阀门上游的位置开设泄压孔,保持上游和中腔的连通,提供阀体中腔超压保护功能,也因此使得阀门只能实现单向密封功能,如图5-38所示。

固定式低温球阀中腔泄压结构及特点固定球阀一般采用阀座自动泄压的结构。自泄压阀座是通过密封原理来实现泄压的,可实现上游阀座自泄压或者下游阀座自泄压。如泄压方向未作规定,则默认为上游泄压。自泄压阀座利用弹性唇形密封圈只能单向密封的特点,使中腔压力通过密封件自动泄放。其典型结构及泄压原理如图5-39所示。

图5-38 阀门开孔形式

图5-39 固定球阀中腔泄压典型结构及泄压原理

2.低温闸阀

低温闸阀按闸板结构型式可分为楔式弹性闸板、刚性闸板和双闸板。在通径小于50mm(DN<50)时,通常采用刚性闸板,DN≥50时,采用弹性闸板或双闸板。当介质温度和压力发生变化而使阀体变形时,弹性闸板和双闸板可以适应阀座密封面的角度变形,保证其密封性,结构如图5-40所示。

低温闸阀主要结构特点:

1)防异常升压结构,泄压孔开设位置也可视阀门结构而定,既可设在阀座上,也可设在闸板上,通常采用在闸板上开设泄压孔的结构。如图5-40所示,阀腔异常升压时,可通过泄放孔与上游管道达到压力平衡。在阀内部,上游介质压力将弹性闸板紧压在下游阀座密封圈上,实现下游密封。

2)具有阀杆上密封结构,保护阀杆填料不受压力和温度冲击,但阀盖上密封设置尽量靠近填料下方,以防止阀盖伸长段发生异常升压。

3)根据阀门的工作温度确定阀盖的顶部长度,使填料部位抬高,远离低温源。

图5-40 低温闸阀

4)采用不同的闸板结构,保持可靠密封。较大规格阀门普遍采用弹性闸板和双闸板结构。以此补偿管道热胀冷缩所产生的阀体阀座变形,密封面堆焊钴铬钨硬质合金,增强耐磨性和防止密封面咬死。

5)软密封低温闸阀应设计防火结构。

6)阀座采用直接在阀体上堆焊Co-Cr-W硬质合金。使阀座与阀体为一整体,防止因阀座低温变形引起泄漏,保证阀座与阀体间密封的可靠性。

7)操作省力,但开关的行程比较长,不利于实现快速关闭。

8)结构长度比较短,制造工艺成熟。

9)流体阻力较小,但外形尺寸较大,阀座密封面磨损后,无法在线修复。

3.低温截止阀

低温截止阀基本为直通式,其典型结构如图5-41所示。

低温截止阀的结构特点:

1)直接与低温介质接触的阀门组合件应具有防火结构。

2)因在低温下工作的阀门组合件无法润滑,采取防止摩擦件损伤的结构措施。

3)加长阀杆,使填料函远离低温介质,使阀门的填料密封部分无冻结。

4)具有阀杆上密封结构,保护阀杆填料不受压力和温度冲击,但阀盖上密封设置尽量靠近填料下方,以防止阀盖伸长段发生异常升压。

5)支架加长部位增加滴水板,防止雨水流入保温层。

图5-41 低温截止阀

6)密封副、运动副的结构能防止温度变化而产生的永久变形,一般采用锥面密封或球面密封。

7)由于阀门自身的密封常采用金属密封的形式,所以,一般自身就具有防火、防静电的功能,软密封低温截止阀需要注意阀门的防火设计。

8)阀座采用直接在阀体上堆焊Co-Cr-W硬质合金。

9)低温截止阀的启闭行程较短,有利于实现快速关闭,但操作力矩较大。

10)阀座与阀瓣的机械磨损较小、密封性好、使用寿命长,且容易修理。

4.低温蝶阀

低温蝶阀是发展最为迅速的阀种,在管道上可以用于截断,也可以用于调节。低温蝶阀的密封结构型式有双偏心和三偏心,其外形结构可分为侧装式和顶装式,按密封面材质其可分为软密封和金属密封。低温蝶阀典型结构如图5-42所示。

图5-42 低温蝶阀

低温蝶阀结构特点:

1)加长式阀杆,使填料远离低温源,保证阀杆密封的可靠性。

2)阀盖加长部位增加滴水板,可以防止冷凝水流入保温层。

3)具备防火、防静电功能。

4)阀杆、密封环采用高强度耐低温材料,保证密封性能。

5)防吹出结构设计,保证使用安全性。

6)双偏心低温蝶阀,其主密封一般采用软密封结构(PTFE或PCTFE),其密封弹性结构,用于补偿低温下密封件的收缩。三偏心低温蝶阀,其密封环一般采用纯金属密封设计或多层次密封环设计;新型的低温三偏心金属密封蝶阀不同于常规蝶阀的密封,由于采用新型的阀座和密封圈,依靠弹性环结构产生变形而达到密封效果,因此当阀体或蝶板在低温下产生变形时,弹性密封环结构可进行补偿,防止产生泄漏和卡死现象。其独特的密封性能保证了阀门在低温工况下的零泄漏。

7)阀座密封面为堆焊钴基,具有抗咬伤、长寿命特点。

8)低温蝶阀阀杆与填料处采用多重密封结构,即合理利用材料膨胀系数的特点,使阀门在常温和低温状态均可以密封。

9)蝶阀阀体形状是对称的,因而热容量小;预冷消耗也小;形状规则,有利于对阀门的保冷施工。

10)因低温蝶阀在运行当中,阀门的转动部位易发生黏滞、咬合现象,阀杆上、下轴衬套选用具有摩擦系数小及自润滑性能的复合轴承,防黏滞和咬死。

11)蝶阀具有切断和调节双重功能,且流量系数大、流阻小、结构简单紧凑、体积小、质量轻、启闭迅速等一系列优点,是一种适用于LNG大口径管道选用的截断型阀门。但该类阀门的使用压力范围小,仅适用于中低压工况。

5.低温止回阀

低温止回阀是指依靠介质动力而自动启闭阀瓣的阀门。止回阀属于一种自动型阀门,其作用是防止介质倒流。低温止回阀可分为旋启式止回阀、升降式止回阀、对夹式双瓣止回阀和轴流止回阀等。低温止回阀典型结构如图5-43～图5-46所示。

1)低温旋启式止回阀低温旋启式止回阀采用摇臂旋启式结构,销轴不穿透阀体,阀门的所有启闭件都从阀腔装于阀体内部,除了中法兰部位用垫片或密封环密封外,没有其他外漏点,且减少了阀门外泄的可能。旋启式止回阀摇臂和阀瓣连接处采用球面连接的结构,使得阀瓣在360°范围内有一定的自由度,还有适当的微量位置补偿,如图5-43所示。

图5-43 低温旋启式止回阀

低温旋启式止回阀的主要结构特点:①密封面堆焊钴基,保证耐磨和抗冲击;还可在阀座采用直接在阀体上堆焊Co-Cr-W硬质合金。使阀座与阀体为一整体,防止因阀座低温变形引起泄漏;②阀体壁厚设计均匀,保证低温下变形的均匀;③体积大、流阻大、水锤现象明显,适合中等口径;④可以水平和垂直安装;⑤结构简单、动作灵敏、密封性能较好,制造难度相对较小;⑥阀瓣关闭快速、阀瓣行程短。

2)低温升降式止回阀低温升降式止回阀阀瓣是依靠介质推力开启阀门,也就是通过流体压力使阀瓣从阀座密封面上抬起,使阀门开启,介质回流导致阀瓣回落到阀座上,并切断流体如图5-44所示。根据使用条件,阀瓣可以是全金属结构,也可以是在阀瓣上镶嵌非金属材料结构。升降式适用于较小公称尺寸。

低温升降式止回阀的主要结构特点:①金属密封阀门的密封面堆焊钴基合金;②一般为小口径锻钢结构,结构比较紧凑且行程最短;但其流阻较大,且密封性能比较难达到;③具有阀瓣导向、弹簧预紧结构,且关闭不卡阻,但只能水平安装;④密封面形式有锥面密封或球面密封。

图5-44 低温升降式止回阀

3)低温对夹式双瓣止回阀在现代流体控制工业中,对夹式双瓣止回阀越来越受欢迎,因为其结构设计更简单、结构长度短,安装方便如图5-45所示。阀板为两个半圆,采用弹簧强制复位,密封面可为本体堆焊堆焊钴基合金,密封可靠。

图5-45 低温对夹式双瓣止回阀

低温对夹式双瓣止回阀的结构特点:①结构长度短、体积小、重量轻、安装空间小;②采用无外置螺栓结构、阀体无外漏;③整体结构、简单紧凑;④流道通畅、流体阻力小;⑤关阀冲击力小;⑥可水平和垂直安装;⑦制造难度大,由于阀瓣和阀体阀座处结构为两个半圆形结构,在低温下变形不均匀,密封较难达到。

4)低温轴流止回阀低温轴流止回阀是一种高性能止回阀,为直通轴流对称结构。流线型流道使流体具有良好的流动特性。采用弹簧辅助复位,启闭无冲击如图5-46所示。

图5-46 低温轴流止回阀

低温轴流止回阀的结构特点:①阀体可采用一体式也可以设计为上装式;②文丘里流道设计,减小压降;③导向配合面硬化处理,使用寿命长;④启闭无冲击、静声。阀瓣行程短,关闭时间短,弹簧复位结构使阀门的启闭无撞击。不同的弹簧设计可保证低压密封和最小压力开启;⑤流体阻力小、适用于较大口径阀门,节省能源;⑥安装灵活,不受安装位置的限制,可以水平、垂直及任意角度安装。阀门结构长度短,重量轻,特别适合于各种安装位置小,结构比较紧凑的工况;⑦结构复杂,制造难度大。

对于LNG接收站的工况,低温对焊式顶装双瓣止回阀和低温轴流止回阀是较为理想的低温阀门。

低温阀门的常见类型和特点

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