超高溫金屬密封球閥密封選型 超高溫金屬密封球閥 高溫球閥 金屬密封球閥 高溫球閥選型 1 之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準,現在介紹超高溫金屬密封球閥密封選型概述 金屬密封球閥廣泛應用于石油、化工、電力、制藥、食品和輕工等行業,其使用溫度小于550℃。在高溫或者超高溫情況下使用,容易引起閥桿和球體變形,從而不能正常開啟或者關閉閥門。超高溫金屬密封球閥的各部位設有合理的冷卻機構,保證了閥門在超高溫下長時間的正常工作。 2 結構特點 超高溫金屬密封球閥由閥體、閥蓋、頂蓋、球體、閥桿、閥座組件及傳動裝置等組成(圖1)。閥桿分為下閥桿和上閥桿,上閥桿與球體為一體式結構,下閥桿與球體相配合。在球體內設置了冷卻腔,閥桿內有通孔,通孔與冷卻腔相通,閥門在超高溫下工作時,可以給球體通冷卻液冷卻,避免閥桿和球體長時間在超高溫下工作變形。閥座組件由閥座本體、波紋管和閥座支撐件組成,閥體上有孔和閥座組件上的冷卻槽相通,可以通冷卻液冷卻閥座,以保證閥門在超高溫下的密封性能。閥座組件上兩組波紋管的設置使得安裝時閥座對球體的預緊力增加,而工作中,即使球體受熱膨脹,通過波紋管彈性變形,可以避免閥座和球體卡住。閥座本體采用GH3128高溫合金鋼加工成型,使得閥座本體具有更好的耐高溫性能,避免閥座本體變形而引起的泄漏。 上海申弘閥門有限公司主營閥門有:截止閥,電動截止閥介紹了幾種金屬密封球閥的閥座密封結構。經過試驗,在高溫、高壓、沖蝕和磨損等不同介質的苛刻工況下均密封效果較好,使用壽命長,滿足了工程項目對閥門的使用要求。金屬密封球閥具有耐高溫,耐磨損,耐沖蝕,流阻小,開關迅速,使用壽命長和可靠性高等優點,廣泛用于煤化工、多晶硅、精細化工、石油化工、冶金、電力、礦山等行業。隨著工況介質從單相流到多相流,氣固型和液固型等二相流介質的增多,促進了金屬密封球閥閥座與閥體密封結構的多樣化。不同的工況設計使用不同的密封結構,既能解決適應不同工況介質要求,又能解決閥門開啟扭矩大,特別是在高溫情況下材料膨脹引起閥門扭矩大的問題,保證閥座與閥體間的密封,從而保證閥門的密封。本文介紹幾種浮動球球閥和固定球球閥閥座密封結構,密封機理以及適用的工況和使用環境。 超高溫金屬密封球閥密封選型產品用途 1、金屬硬密封球閥采用偏心結構,在關閉過程中,閥座與球冷酷 間的密封比壓能迅速增加,從而確保了密封副的可靠密封。當閥門開啟時,閥座與球體能迅速脫離,有效地減小了操作力矩,并使閥座表面與球面之間的控傷可能性降到zui小。 2、金屬硬密封浮動球閥(如圖)采用了彈性加載結構,在正常關閉情況下確保了球體密封面與閥座密封之間的接觸,在高溫工況下,能有效補償內件受熱膨脹,避免因高溫而導致的卡阻,適合于中小口徑高溫使用場合。 3、金屬硬密封固定球閥除金屬硬密封偏心球閥的偏心特點外,其它優點在此也具務,此外,它可雙向使用,且不易在中腔沉積污物,根據用戶工況條件,也可在中腔設置排污口。 4、金屬硬密封球閥的球體表面采用特殊硬化處理,閥座整體用特種硬質材料或局部堆焊硬質材料,確保密封副之間的有合適的硬度差。 5、由于球體表面采用特殊的表面硬化處理,閥座采用堆焊硬質合金,所以在閥門的啟閉過程中能很好經受介質沖刷,特別適合于固體顆粒和磨料介質。 6、除球體表面和閥座表面的特殊表面處理外,在其它密封材料方面采用柔性石墨、金屬纏繞式墊片等,故能用于高溫、高壓工況,并具耐火燒功能。 2、浮動球球閥閥座密封 2.1、常溫對稱型 (1)O形圈密封 常溫對稱型O形圈密封閥座(圖1)為左右閥座對稱的雙向密封結構,該密封結構主要由閥座、球體、O形圈和碟形彈簧等組成。此結構解決了部分軟密封球閥用于調節工況時出現的問題。如滲透性較強的二甲苯介質等輸送時需要進行調節,而常規軟密封球閥在球體經常處于半開狀態時,軟閥座容易出現印痕,甚至磨損拉傷,導致介質泄漏。采用金屬閥座后,通過噴涂、研磨和精加工等技術保證了密封面之間的密封性能。O形圈則保證了閥座背部的密封。O形圈密封閥座一般適用溫度-29~200℃。 常溫對稱型O形圈密封閥座 圖1 常溫對稱型O形圈密封閥座 (2)石墨環密封 常溫對稱型石墨環密封閥座(圖2)為左右閥座對稱的雙向密封結構。該密封結構主要由閥座、球體和石墨環等組成,此結構主要用于煤灰渣漿,耐鹽酸、鐵鹽等腐蝕性介質、耐煤灰渣漿顆粒沖蝕磨損等工況。在金屬閥座背部安裝石墨環,由左右閥體壓緊使石墨環變形保證閥座背部密封。石墨環密封閥座適用溫度-29~200℃。 常溫對稱型石墨環密封閥座 圖2 常溫對稱型石墨環密封閥座
2.2、中溫對稱型石墨環密封 中溫對稱型石墨環密封閥座(圖3)為左右閥座對稱雙向密封結構。此密封結構主要由閥座、球體、石墨環和碟形彈簧等組成。閥座背部由石墨環保證密封。此結構在多晶硅、石油化工、硅粉和催化劑等介質工況得到較好的運用。因為石墨環高溫時膨脹的方向對壓縮量影響較大,所以該結構一般適用溫度-29~400℃。 中溫對稱型石墨環密封閥座 圖3 中溫對稱型石墨環密封閥座 2.3、高溫單向金屬密封 高溫單向金屬密封(圖4)閥座為金屬單向密封結構。該結構主要由球體和固定閥座等組成。閥座放置在出口端,采用特殊工藝,保證了與閥體之間密封。閥門進口端一般采用浮動閥座,利用碟形彈簧提供了閥門的預緊密封壓力,從而保證球體與固定閥座之間的密封性能。此結構適用于介質不允許接觸石墨的環境,及多晶硅、石油化工和冶金等行業。因為高溫狀態下金屬的膨脹系數較小,該結構適用溫度-29~538℃。 溫單向金屬密封閥座
圖4 高溫單向金屬密封閥座 2.4、高溫單向壓圈固定式密封 高溫單向壓圈固定式密封閥座(圖5)為金屬單向密封閥座,該結構主要由球體、閥座、螺釘和壓圈等組成。固定式壓圈放置在閥門出口端,采用壓圈固定閥座在閥體上,閥體與閥座采用配磨工藝,保證了閥體與閥座之間的密封性能。此結構適用于介質不允許接觸石墨的環境,如石化、化工、電站、鋼鐵和水處理等行業的高溫、腐蝕性和磨損性的氣體、液體和漿料等介質。此結構適用溫度-29~538℃。 高溫單向壓圈固定式密封閥座 圖5 高溫單向壓圈固定式密封閥座 2.5、高溫單向石墨環密封 高溫單向石墨環密封閥座(圖6)為單向密封結構,該結構主要由球體、閥座、碟形彈簧和石墨環等組成。控制石墨環尺寸,使其高溫膨脹的范圍較小。該結構運用在石化、化工、電站和水處理等行業的高溫、腐蝕性和磨損性的氣體、液體和漿料等介質工況,特別是氣體攜帶硅粉等顆粒的工況,由于閥座背部石墨環的密封性能,避免了泄漏引起的沖刷導致閥座等零件快速損壞。在實際的使用過程中,也取得了較好的效果。該結構適用溫度-29~538℃。 高溫單向石墨環密封閥座 圖6 高溫單向石墨環密封閥座 3、固定球球閥閥座密封 3.1、常溫O形圈 常溫O形圈密封閥座組件(圖7)主要由球體、閥座、碟形彈簧和O形圈等組成,結構簡單,安裝方便,背部密封性能好,但是不具備防火功能。此結構適用溫度-29~200℃,且為不要求防火功能的工況。 3.2、中溫石墨環密封 中溫石墨環密封閥座組件(圖8)主要由球體、閥座、碟形彈簧和石墨環等組成。閥座由碟形彈簧壓緊石墨環提供預緊力保證密封性能。此結構在多晶硅、石油化工、硅粉和催化劑等工況介質下得到較好的運用。受石墨膨脹影響,適用溫度-29~400℃。 常溫O形圈密封閥座 圖7 常溫O形圈密封閥座
中溫石墨環密封閥座 圖8 中溫石墨環密封閥座 3.3、高溫石墨環密封 高溫石墨環密封閥座組件(圖9)主要由球體、閥座、碟形彈簧和石墨環等組成。此結構將石墨環放置在閥座背部,且石墨環高溫膨脹的方向與碟形彈簧產生力的方向不在一條線上,而是錯位或者垂直,即石墨環膨脹量不影響碟形彈簧的壓縮量。這樣既解決了高溫閥座背部的密封問題,又解決了高溫時球體和閥座卡阻問題。該結構適用于石化和化工介質等工況,特別適用于氣體攜帶硅粉等顆粒的工況,使用溫度-29~538℃。 1.傳動裝置2.頂蓋3.球體4.閥座組件5.閥蓋6.閥體 圖1 超高溫金屬密封球閥 3 冷卻機構 3.1 閥蓋冷卻 冷卻液從閥體下部的1A口進入,經保溫夾套內壁,從閥體上部的1B口流出(圖2)。
圖2 閥蓋的冷卻 3.2 閥體冷卻 冷卻液從閥體下部的2A口進入,經保溫夾套內壁,從閥體上部的2B口流出(圖3)。 圖3 閥體的冷卻 3.3 閥桿及球體冷卻 上閥桿和球體為一體式,球體由球面和通道管組焊,下閥桿和球體配合連接,冷卻液從下閥桿通孔3A進入,流經球體冷卻腔,從上閥桿頂端3B口流出(圖4)。 圖4 閥桿及球體的冷卻 3.4 閥座組件冷卻 閥座組件的冷卻液從閥體下部進水孔4A進入,流入*波紋管外側的環形冷卻槽,通過閥座支撐件上的孔流入第二波紋管內側環形冷卻槽,再通過閥座支撐件上的孔從法蘭上的4B口流出(圖5)。 圖5 閥座組件的冷卻 3.5 上閥桿二次冷卻 由于上閥桿較長,而閥桿內的冷卻水又是從下閥桿經過球體冷卻腔流到上閥桿的,所以在頂蓋位置對上閥桿增加了二次冷卻。冷卻液從處進入,經過頂蓋和閥桿之間的空間,從5B口流出。閥桿密封冷卻是冷卻液從6A進入,經過填料上部,從6B口流出(圖6)。 圖6 上閥桿及填料密封的冷卻 4 結語 在超高溫金屬密封球閥的設計和研制過程中,其冷卻結構的設計是成功的關鍵。與本文相關的產品有不銹鋼波紋管密封安全閥 |