1 硬密封调节型高压大口径管线平板闸阀的设计

1.1 阀体、阀盖高压容器壳体设计

阀体是闸阀最重要的零件之一, 它的主要功能是作为工作介质的流动通道, 并承受工作介质的压力、温度和腐蚀, 在它的内部构成了一个容纳闸板、阀座、阀杆等密封和启闭件的空间。设计时先确定阀体材料, 再确定阀体的制造方法和结构形式、流动通道及结构的设计和计算。阀盖装有阀杆密封件的零件, 用于连接或支撑执行机构, 具有阀杆防吹出结构。在阀门进行流量调节的部分开启状态下时, 含固态杂质的俄罗斯原油在高压差、高流速下会强烈冲刷阀门闸板和阀座密封副而导致密封失效, 因此, 项目拟结构设计完成后, 采用有限元进行分析、改进、再设计, 要求阀体、阀盖所组成的高压容器壳体强度高、变形小, 能承受1.5倍额定压力保压4小时的现场试验要求。

1.2 组合密封阀座的设计

平板闸阀有二个浮动的阀座, 每个阀座都设计成两个方向介质流动时均能密封, 因此平板闸阀不但能实现双向密封, 而且能实现进、出口同时密封。当阀门受热膨胀并造成中腔的压力大于管道压力时, 介质作用在阀座两边的压力差将把浮动阀座推离闸板, 使中腔压力通过闸板与阀座间的间隙泄放到管道中, 实现阀腔超压排放。可以实现双隔离与排放阀 (即是DBB功能) 。阀杆结构需要保证阀门的快速开关和流量调节, 还专门设计了冲洗阀体内腔的冲洗管线和排污管线以及用于释放体腔超压气体的放空管线, 并配置放空、排污双阀组确保阀门的安全和清洗^[2]。

在闸板的外表面、密封阀座的外表面以及阀体的介质通道外表面均增加硬质合金层, 提升阀门与介质接触部分的硬度, 使其更具耐冲刷、磨损。密封阀座的外环面与阀体之间设置密封圈, 通过硬密封与软密封相结合 (组合密封阀座) , 确保阀门的密封性。

1.3 其他密封结构

1) 密封面自清洁结构。输油管线工况中, 阀座、闸板上会残留油污。因此在设计时, 在阀门上设置了阀座密封副吹扫机构, 以保证阀座密封副的清洁度。密封阀座于闸板配合的内端面设计刮刀, 用于刮除闸板表面油污, 从而减少油污对密封面的磨损。

2) 阀杆阀座注脂结构。阀座密封面和阀杆填料函处设置双层硬密封加注脂结构, 当阀座闸板密封副、阀杆填料处因操作不当、其他原因导致损伤或根据管道维护需要润滑时, 可通过注入密封脂或润滑脂来达到紧急密封或润滑的目的, 极大提高其密封可靠性。

2 产品结构及性能参数

2.1 产品结构

硬密封调节型高压大口径平板闸阀主要由阀体、阀盖、闸板、阀杆、阀座、弹簧、放空、排污阀和电动执行机构等组成, 如图1所示。具有密封性能可靠、开关摩擦力矩小、安全性能高, 耐冲刷、耐磨蚀、流量调节特性有保证等优点。

图1 硬密封调节型高压大口径管线平板闸阀结构示意图

2.2 性能参数

1) 公称压力:Class600～Class 900;

2) 公称尺寸:NPS24～NPS32;

3) 适用温度:-29℃～100℃;

4) 适用介质:俄罗斯原油等含固态杂质易燃危险品。

3 结语

本产品针对现有产品技术存在的问题, 设计了一种耐冲刷、耐磨损、密封性能可靠及使用寿命长的硬密封调节型高磅级油气管线用大口径平板闸阀。