1、概述

　　管線旋塞閥是用于長輸天然氣管線及場站控制系統(tǒng)的切斷閥門, 能夠滿足天然氣管線特殊要求。該閥要求具有適合苛刻工況、使用壽命30年以上、雙向零泄漏、防火和防靜電、耐酸性介質(zhì)腐蝕、以及操作省力等特殊技術(shù)性能。管線旋塞閥執(zhí)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是API 6D5石油和天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)管線閥門6和API 5995法蘭和焊連接的金屬旋塞閥6。目前, 國內(nèi)天然氣管線及場站控制系統(tǒng)使用的旋塞閥全部采用進(jìn)口的倒裝平衡式油密封旋塞閥。管線旋塞閥的國產(chǎn)化開發(fā)及在長輸天然氣管線系統(tǒng)推廣應(yīng)用具有重要作用。

2、閥門結(jié)構(gòu)

圖1 管線旋塞閥

圖2 旋塞

　　管線旋塞閥(圖1)采用倒裝旋塞(圖2)壓力平衡式油密封結(jié)構(gòu)。該閥由閥體、閥桿、旋塞、底蓋、聯(lián)軸平衡環(huán)、預(yù)壓彈簧、旋塞調(diào)整桿、底蓋密封調(diào)整墊片、注脂閥、閥桿密封組件等組成。底部密封調(diào)整墊片通過底蓋壓緊實(shí)現(xiàn)閥體中腔與外界的完全隔離, 密封可靠, 無泄漏。底部閥蓋上安裝有帶保護(hù)罩的調(diào)節(jié)螺釘, 可方便調(diào)整旋塞的位置及密封副預(yù)緊。閥門可按需要配置氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。旋塞表面硬化處理并開有特殊油槽回路, 閥體外有雙密封油脂注入裝置, 一個(gè)是通過注入油脂對(duì)閥桿實(shí)現(xiàn)緊急密封, 另一個(gè)是將油脂注入到閥體上腔。錐形旋塞體的小端通過平衡環(huán)與閥桿連接, 閥體底部閥蓋上裝有調(diào)節(jié)支撐, 可以調(diào)整旋塞的位置。閥門采用防火設(shè)計(jì), 有靜電導(dǎo)出裝置, 過流通道有全徑、規(guī)則孔及文丘里孔等類型。閥門材料可采用碳鋼、低溫鋼、不銹鋼及合金鋼。驅(qū)動(dòng)方式有電動(dòng)、氣動(dòng)和手動(dòng)等。

3、工作原理及性能特點(diǎn)

　　管線旋塞閥是通過閥桿旋轉(zhuǎn)90度使旋塞上的通道口與閥體上的通道口接通或斷開, 實(shí)現(xiàn)閥門開啟或關(guān)閉。通過該閥閥腔上部設(shè)計(jì)的注脂閥注入密封油脂, 該油脂在注入壓力作用下通過旋塞表面的特殊油槽均勻涂抹在密封面上, 形成致密的油膜層實(shí)現(xiàn)閥門雙向密封并起潤滑密封面的作用。在旋塞大端開有通流的小孔, 使管道介質(zhì)能進(jìn)入旋塞底部, 旋塞在底部介質(zhì)力推動(dòng)下向上緊貼閥體倒錐面。旋塞小端裝有單向閥, 當(dāng)閥腔上部的注脂壓力高于管道介質(zhì)壓力時(shí)單向閥截止, 當(dāng)閥腔上部的油脂壓力低于介質(zhì)壓力時(shí)管道介質(zhì)通過單向閥進(jìn)入閥體上腔以補(bǔ)充油脂壓力。同時(shí)旋塞在上腔油脂壓力及旋塞自重力作用下與旋塞底部向上的介質(zhì)推力保持平衡, 可以大大減輕密封面的密封比壓, 降低閥門操作力矩, 延長閥門使用壽命。

　　管線旋塞閥與普通襯套式旋塞閥相比, 具有扭矩小, 密封性能好, 使用壽命長, 適用范圍寬, 旋塞位置可以調(diào)整等特點(diǎn)。

4、設(shè)計(jì)

4.1、閥體

　　閥體(圖3)采用倒鐘式結(jié)構(gòu)整體鑄造, 強(qiáng)度高, 剛性好, 受力均勻, 閥體和閥門質(zhì)量重心與管道重心基本重合, 操作穩(wěn)定性好。閥體壁厚按計(jì)算取值并經(jīng)有限元分析優(yōu)化。閥體密封錐面采用高速精磨及研磨加工, 表面粗糙度精度小于Ra018Lm。

4.2、旋塞

圖3 閥體

　　旋塞采用倒裝式整體鍛造, 精密機(jī)械加工并研磨后表面粗糙度可達(dá)Ra 014Lm。旋塞表面采用氮化、鍍鎳磷合金或噴涂硬質(zhì)合金等表面處理方法提高表面硬度。超音速噴涂硬質(zhì)合金的表面硬度可達(dá)65HRC 以上, 鍍鎳磷合金并經(jīng)熱處理后, 其表面硬度可達(dá)58～60HRC。在油膜潤滑下具有超強(qiáng)的耐磨性能。旋塞錐體上部(小端)有一止回閥, 可補(bǔ)償閥腔上部的注油壓力。旋塞下部(大端)開有平衡孔, 可將介質(zhì)壓力引入旋塞底部。

4.3、密封副

　　管線旋塞閥密封副采用金屬密封加注油脂密封結(jié)構(gòu)。由于密封油脂的填充占位作用, 介質(zhì)中的固體顆粒物不會(huì)進(jìn)入密封面, 對(duì)密封面有非常好的保護(hù)作用。因油脂的潤滑使閥門操作力矩小, 操作省力。旋塞表面上特殊的非對(duì)稱油槽設(shè)計(jì), 轉(zhuǎn)動(dòng)旋塞時(shí)密封脂自動(dòng)加注無泄漏, 保證油膜完整, 密封可靠。這種非對(duì)稱的油槽設(shè)計(jì)油耗損失非常小, 延長了油脂的加注時(shí)間和使用周期。錐面密封使密封接觸面積大, 油膜潤滑, 使用壽命長。

4.4、閥桿及閥桿密封

　　閥桿強(qiáng)度和密封性能是影響閥門操作及閥門整體性能的主要因素之一。閥桿的受力主要來自于填料處的摩擦力、操作扭矩及介質(zhì)的推力。閥桿與旋塞采用滑環(huán)式連接方式, 可減小閥桿中心與旋塞錐面的同心度誤差, 改善閥桿的受力條件和操作性能。閥桿采用防脫出設(shè)計(jì), 可在線更換填料密封件。閥桿密封采用防火填料、O 形圈、加注密封脂三重密封設(shè)計(jì), 閥桿機(jī)加工后表面粗糙度可達(dá)Ra 014Lm, 完全滿足閥桿密封低泄漏要求, 可長期可靠工作, 免緊固維護(hù)。閥桿采用4140材料整體鍛造, 并加調(diào)質(zhì)處理, 強(qiáng)度高, 韌性好。閥桿表面采用氮化或鍍鎳磷合金, 表面硬度高, 抗摩擦磨損。

4.5、閥蓋及底部結(jié)構(gòu)

　　底部閥蓋是閥門底部承壓件, 同時(shí)又是底部密封墊片、底部調(diào)節(jié)桿的固定和安裝支撐件, 要求具有高的剛度和強(qiáng)度。其設(shè)計(jì)制造執(zhí)行ASME規(guī)范關(guān)于法蘭蓋的設(shè)計(jì)要求。底部閥蓋的密封采用整體密封墊完全隔離式結(jié)構(gòu), 在保證閥蓋螺栓緊固力時(shí)閥門具有可靠的密封。安裝在閥蓋底部的調(diào)節(jié)桿采用內(nèi)置式結(jié)構(gòu)。調(diào)整完成后旋緊壓蓋完全零泄漏。底部調(diào)節(jié)桿支承旋塞, 導(dǎo)出旋塞因各種原因產(chǎn)生的靜電。

5、結(jié)語

　　西氣東輸一號(hào)線建成后, 國內(nèi)進(jìn)口了大量管線旋塞閥, 促進(jìn)和推動(dòng)了閥門制造企業(yè)開發(fā)該產(chǎn)品。經(jīng)不斷消化吸收國外新技術(shù), 對(duì)該產(chǎn)品的不斷完善和改進(jìn)。新一代油密封旋塞閥實(shí)現(xiàn)了雙向零泄漏, 密封性能好, 使用安全可靠, 閥門扭矩小, 操作省力, 油膜潤滑無磨損, 使用壽命長, 可廣泛應(yīng)用于天然氣管網(wǎng)及場站控制系統(tǒng)。