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高溫蝶閥作為一種用來(lái)實(shí)現(xiàn)管路系統(tǒng)通斷及流量控制的部件，已在石油、化工、冶金、水電等許多領(lǐng)域中得到極為廣泛地應(yīng)用。在已公知的蝶閥技術(shù)中，其密封形式多采用密封結(jié)構(gòu)
新型高壽命高溫蝶閥的特點(diǎn)以及蝶閥在使用過(guò)程中存在問(wèn)題
目前 ,高溫蝶閥作為一種用來(lái)實(shí)現(xiàn)管路系統(tǒng)通斷及流量控制的部件，已在石油、化工、冶金、水電等許多領(lǐng)域中得到極為廣泛地應(yīng)用。在已公知的蝶閥技術(shù)中，其密封形式多采用密封結(jié)構(gòu)，密封材料為橡膠、聚四氟乙烯等。由于結(jié)構(gòu)特征的限制，適應(yīng)耐高溫、高壓及耐腐蝕、抗磨損等行業(yè)?，F(xiàn)有一種比較*的蝶閥是三偏心金屬硬密封蝶閥，閥體和閥座為連體構(gòu)件，閥座密封表面層堆焊耐溫、耐蝕合金材料。多層軟疊式密封圈固定在閥板上，這種蝶閥與傳統(tǒng)蝶閥相比具有耐高溫，操作輕便，啟閉無(wú)磨擦，關(guān)閉時(shí)隨著傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力矩增大來(lái)補(bǔ)償密封，提高了蝶閥的密封性能及延長(zhǎng)使用壽命的優(yōu)點(diǎn)。
但是，這種蝶閥在使用過(guò)程中仍然存在以下問(wèn)題:
一、由于多層軟硬疊式密封圈固定在閥板上，當(dāng)閥板常開狀態(tài)時(shí)介質(zhì)對(duì)其密封面形成正面沖刷，金屬片夾層中的軟密封帶受沖刷后，直接影響密封性能。
二、受結(jié)構(gòu)條件的限制該結(jié)構(gòu)不適應(yīng)做通徑DN200以下閥門，原因是閥板整體結(jié)構(gòu)太厚，流阻大。
三、因三偏心結(jié)構(gòu)的原理，閥板的密封面與閥座之間的密封是靠傳動(dòng)裝置的力矩使閥板壓向閥座。正流狀態(tài)時(shí)，介質(zhì)壓力越高密封擠壓越緊。當(dāng)流道介質(zhì)逆流時(shí)隨著介質(zhì)壓力的增大閥板與閥座之間的單位正壓力小于介質(zhì)壓強(qiáng)時(shí)，密封開始泄漏。
其特征在于:所述閥座密封圈由軟性T形密封環(huán)兩側(cè)多層不銹鋼片組成。
閥板與閥座的密封面為斜圓錐結(jié)構(gòu)，在閥板斜圓錐表面堆焊耐溫、耐蝕合金材料;固定在調(diào)節(jié)環(huán)壓板之間的 
高溫蝶閥彈簧與壓板上調(diào)節(jié)螺栓裝配一起的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)有效地補(bǔ)償了軸套與閥體之間的公差帶及閥桿在介質(zhì)壓力下的彈性變形，解決了閥門在雙向互換的介質(zhì)輸送過(guò)程中存在的密封問(wèn)題。
采用軟性T型兩側(cè)多層不銹鋼片組成密封圈，具有金屬硬密封和軟密封的雙重優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論在低溫和高溫情況下，均具有零滲漏的密封性能。試驗(yàn)證明池正流狀態(tài)(介質(zhì)流動(dòng)方向與蝶板轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同)時(shí)，密封面的壓力是傳動(dòng)裝置的力矩和介質(zhì)壓力對(duì)閥板的作用產(chǎn)生的。正向介質(zhì)壓力增大時(shí)閥板斜圓錐表面與閥座密封面擠壓越緊，密封效果越好。
當(dāng)逆流狀態(tài)時(shí)，閥板與閥座之間的密封靠驅(qū)動(dòng)裝置的力矩使閥板壓向閥座。隨著反向介質(zhì)壓力的增大，閥板與閥座之間的單位正壓力小于介質(zhì)壓強(qiáng)時(shí)，調(diào)節(jié)環(huán)的彈簧在受載后所儲(chǔ)存的變形能補(bǔ)償閥板與閥座密封面的緊壓力起到自動(dòng)補(bǔ)償作用。
因此本實(shí)用新型不像現(xiàn)有的技術(shù)那樣，在閥板上安裝軟硬多層密封圈，而是直接安裝在閥體上，在壓板和閥座中間增設(shè)調(diào)節(jié)環(huán)是十分理想的雙向硬密封方式。它將可取代閘閥、高溫蝶閥及球形閥
(1)中心密封蝶閥
高溫蝶閥
(2)單偏心密封煤閥
(3)雙偏心密封蝶閥
(4)三偏心密封跺閥
(1)軟密封蝶閥。
1)密封副由非金屬軟質(zhì)材料對(duì)非金屬軟質(zhì)材料構(gòu)成。
2)密封副由金屬硬質(zhì)材料對(duì)非金屬軟質(zhì)材料構(gòu)成。
(2)金屬硬密封蝶閥。密封副由金屬硬質(zhì)材料對(duì)金屬硬質(zhì)材料構(gòu)成。
(1)強(qiáng)制密封蝶閥
1)彈性密封蝶閥。密封比壓由閥門關(guān)閉時(shí)閥板擠壓閥座，閥座或閥板的彈性產(chǎn)生
2)外加轉(zhuǎn)矩密封蝶閥。密封比壓由外加于閥門軸上的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生
(2)充壓密封蝶閥。密封比壓由閥座或閥板上的彈件密封元件充壓產(chǎn)生
(3)自動(dòng)密封蝶閥。密封比壓由介質(zhì)壓力自動(dòng)產(chǎn)生。
(1)真空蝶閥。工作壓力低于標(biāo)堆大氣歷的蝶閥。
(2)低壓蝶閥。公稱壓力PN<1.6MPa的蝶閥。
(3)中壓蝶閥。公稱壓力PN為2.5--6.4MPa的蝶閥。
(4)高壓碟閥。公稱壓力PN為10。0--80.0MPa的蝶閥。
(5)超高壓蝶閥。公稱壓力PN>100MPa的蝶閥。
(1)高溫蝶閥。t>450 ℃的蝶閥
(2)中溫碟閥。120 C<t<450 C的蝶閥
(3)常溫蝶閥。一40C<t<;120 C的蝶閥
(4)低溫蝶閥。一100<t<一40 C的蝶閥
(E)超低溫蝶閥。t<一100 C的蝶閥
(1)對(duì)夾式蝶閥
(2)法蘭式蝶閥
(3)支耳式蝶閥
(4)焊接式蝶閥
高溫蝶閥用于催化裂化裝置能量煙氣回收系統(tǒng), 裝置的正常操作溫度680 ℃, 允連續(xù)使用溫度720 ℃, 高超溫800 ℃, 輸送含有催化劑顆粒的再生煙氣介質(zhì)。由于介質(zhì)對(duì)閥門沖刷強(qiáng)烈, 為防止閥體壁厚因沖刷減薄而失效, 閥體內(nèi)大面積堆焊硬質(zhì)合金, 閥體極易產(chǎn)生變形和開裂,堆焊難度較大。因?yàn)橄到y(tǒng)溫度較高, 金屬材料在高溫中機(jī)械性能急劇下降, 閥門應(yīng)選用耐高溫材料。為防止閥門泄漏超標(biāo), 引起系統(tǒng)煙機(jī)不能正常停車, 從而造成重大事故, 對(duì)閥門密封結(jié)構(gòu)及其零件的加工精度要求較高。
高溫蝶閥閥體由鋼板和鍛件法蘭焊接而成。閥桿為整體鍛件結(jié)構(gòu), 由外部軸承座支撐,并通過(guò)二端銷連接帶動(dòng)閥瓣轉(zhuǎn)動(dòng)。2 個(gè)半圓閥座前后錯(cuò)開, 與閥瓣呈對(duì)稱式分布, 結(jié)合對(duì)稱式流線型結(jié)構(gòu)的閥瓣, 使閥門具有良好的流通性能。3 組填料密封, 外加密封劑和吹掃二道輔助密封組成了高可靠性閥桿填料密封系統(tǒng)
高溫蝶閥為了滿足高溫的要求，必需要滿足以下幾方面的要求:
1、閥體材料
閥門設(shè)計(jì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為ASMEB16134 。按該標(biāo)準(zhǔn)中的壓力- 溫度表計(jì)算得到的閥門常溫下的壓力等級(jí)數(shù), 就是設(shè)計(jì)基準(zhǔn), 并以此來(lái)計(jì)算小壁厚。在設(shè)計(jì)過(guò)程中, 閥體材料也選ASME B16134 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的材料, 并且材料的適用溫度高于閥門工況高溫度。經(jīng)過(guò)查閱了大量國(guó)內(nèi)外類似工況的閥門設(shè)備材料使用情況, 結(jié)合對(duì)高溫材料的使用經(jīng)驗(yàn), 選擇了性價(jià)比較高的304H 作為閥體材料。此材料可減小蠕變對(duì)材料的影響。
2、閥桿材料
根據(jù)高溫強(qiáng)度估算, 奧氏體鋼在704 ℃的高溫工況下, 強(qiáng)度降低6415 %以上, 如果采用加大閥桿直徑提高其強(qiáng)度的方法, 則超出閥門結(jié)構(gòu)要求, 因此奧氏體鋼不適宜做閥桿材料。lnconel X - 750 在704 ℃的高溫工況時(shí), 強(qiáng)度降低4113 % , 但強(qiáng)度值還很大(表1) 。根據(jù)屈服強(qiáng)度,并考慮持久強(qiáng)度計(jì)算得到的閥桿直徑, 符合閥門結(jié)構(gòu)要求, 因此閥桿材料選用lnconel X - 750 。
3、閥體小壁厚計(jì)算是為了保證閥門的壓力邊界完整。小壁厚采用規(guī)則法計(jì)算, 計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)按 ASME B16134 , 在選擇壓力- 溫度額定值時(shí), 有2種磅級(jí)選擇法。一種是選擇標(biāo)準(zhǔn)磅級(jí), 計(jì)算得到的小壁厚比較大, 比較安全。另一種是選擇特殊磅級(jí), 計(jì)算得到的小壁厚比標(biāo)準(zhǔn)磅級(jí)小, 但無(wú)損檢測(cè)要求較嚴(yán)。根據(jù)高溫工況的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn), 選擇了這二種磅級(jí)的組合形式, 即在計(jì)算小壁厚的壓力-溫度額定值時(shí), 選用標(biāo)準(zhǔn)磅級(jí), 而閥體的無(wú)損檢測(cè)要求按特殊磅級(jí)。 閥門泄漏率要求為大流量的0167 % , 當(dāng)泄漏超標(biāo)就會(huì)引起系統(tǒng)煙機(jī)不能正常停車, 從而造成重大事故。普通煙氣蝶閥閥體通道內(nèi)沒有閥座, 閥瓣僅起調(diào)節(jié)煙氣介質(zhì)流量的作用, 不起密封作用(圖2) 。根據(jù)性能要求, 大口徑高溫蝶閥設(shè)有閥瓣和閥座密封副, 對(duì)閥門的流通性能、密封可靠性和啟閉力矩3 個(gè)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。首先按常規(guī)蝶閥設(shè)計(jì)了密封副(圖3) , 此形式密封可靠, 雖然閥瓣旋轉(zhuǎn)中心與密封面存在偏心力矩, 使啟閉力矩增大, 但經(jīng)過(guò)計(jì)算, 力矩也在可以接受的范圍之內(nèi)。此結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是流通性能差, 不能滿足全開截面積的設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)反復(fù)設(shè)計(jì)、修改和計(jì)算, 完成了對(duì)開式閥座密封副設(shè)計(jì)(圖4) , 該閥座是2個(gè)半圓閥座, 它們前后錯(cuò)開與閥瓣呈對(duì)稱式分布,使得閥瓣能夠設(shè)計(jì)成對(duì)稱式流線型結(jié)構(gòu), 使閥門具有良好的流通性能, 從而滿足了全開截面積要求和全開Cv 值要求。由于閥瓣結(jié)構(gòu)對(duì)稱, 所以啟閉力矩較小。雖然其密封面某一處可能有泄漏現(xiàn)象, 但只要合理控制閥瓣和閥座的尺寸精度、形位公差和二者之間的裝配誤差, 就能有效控制泄漏率在合格范圍之內(nèi)。
4、高溫填料填料選用柔性石墨。其在空氣中氧化溫度為450 ℃, 并在此溫度下每24h 后質(zhì)量減輕1 %。溫度越高, 質(zhì)量減輕得越多, 氧化現(xiàn)象越嚴(yán)重。柔性石墨填料高使用溫度為650 ℃, 且僅用于非氧化介質(zhì)。考慮到填料在填料函內(nèi)處于壓緊密封狀態(tài),只有一部分與空氣接觸, 有資料介紹處于這種狀態(tài)的填料使用溫度可達(dá)816 ℃。
高溫蝶閥的研制, 主要是解決閥體主體材料的選用、蝶閥密封副結(jié)構(gòu)及閥桿密封結(jié) 構(gòu)的設(shè)計(jì)等問(wèn)題, 并通過(guò)試驗(yàn)選取了超高溫填料,為石化行業(yè)催化裂化裝置系統(tǒng)用閥門的設(shè)計(jì)和制造。
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