摘要 針對于高壓三片式q341f.com/' target='_blank'>球閥在制造及使用過程中常出現(xiàn)的中法蘭泄漏問題，分別從閥門的結(jié)構(gòu)特點、試驗方法及現(xiàn)場使用3個角度出發(fā)，進行分析和討論，并提出了解決方案。

01 概述

在煉化裝置加氫處理工藝過程中，使用的閥門均為大口徑高壓力金屬密封球閥，由于工況的特殊性，研發(fā)及制造過程均具有較高的難度。考慮到裝置運行的安全性，高壓球閥均為鍛件，幾乎很少使用鑄件。同時兼顧到成本，其多數(shù)采用三片式結(jié)構(gòu)，試壓時采用工作效率較高的頂缸式壓機試壓方式。但在制造及運行過程中常發(fā)生中法蘭泄漏的現(xiàn)象，對于產(chǎn)品的可靠性生產(chǎn)及裝置的安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生較大影響。

02 問題分析

由于試驗壓力較高，卡爪式壓機卡爪無法承受較高試驗壓力，且存在閥門空間受限，卡爪無法插入端法蘭等特點，故而在高壓力球閥的試驗中較少采用。在試壓方式上常采用頂缸式壓機和盲板試壓這2種典型的試驗方式（圖1）。

圖1 典型球閥試壓方式

頂缸式壓機具有工作效率高，實施靈活等特點，在國內(nèi)外使用較為普遍。其工作原理為閥門2端施加軸向推力，將閥門緊緊的頂住，而頂缸推力的施加往往憑操作人員的經(jīng)驗，并沒有統(tǒng)一的標準和規(guī)定，這樣便會對中法蘭的密封產(chǎn)生一定的影響甚至是破壞。

在機械加工過程中，鍛造的二片式閥體的毛坯件，內(nèi)孔是小于端部流道直徑且有加工余量的一個小孔，并非中體大，流道小的臺階型，因而閥體內(nèi)腔部位加工量大，加工成本高。因此，考慮到加工成本，在生產(chǎn)中通常采用三片式閥體結(jié)構(gòu)。由于閥門結(jié)構(gòu)長度一定，在采用三片式結(jié)構(gòu)時，左右閥體的中法蘭若滿足了強度要求電動高壓球閥，則給中體留下的長度較短，往往會出現(xiàn)留給閥桿空間不足，且左右閥體螺紋孔會發(fā)生干涉問題。在產(chǎn)品制造中，多會采用削弱左右閥體中法蘭厚度的方法，以加大中體閥桿空間。故而減薄了中法蘭厚度。

圖２ 典型中法蘭密封形式

試驗中發(fā)現(xiàn)，當中法蘭為纏繞墊片密封結(jié)構(gòu)時（圖2a），采用頂缸式壓機會對中法蘭起到輔助密封作用，在第一次試驗時不漏，當頂缸的軸向力卸載后，中法蘭螺絲會松弛，再次測試時就會泄漏。

當中法蘭為八角環(huán)密封結(jié)構(gòu)時（圖 2b），閥體和閥蓋之間存有間隙，在頂缸軸向力的作用下，由于八角環(huán)部位限制位移作用，在中法蘭厚度較薄情況下，中法蘭會發(fā)生翹曲變形，導致在使用頂缸試壓機進行壓力測試時就會發(fā)生中法蘭泄漏問題。且在整個試驗過程中，中法蘭螺栓并不承受殼體內(nèi)壓產(chǎn)生的軸向拉伸力，故而無法檢驗中法蘭螺柱強度是否滿足承壓要求。

盲板式壓力試驗法能檢驗出中法蘭的螺柱強度及密封面泄漏問題，并且不會對中法蘭有任何外力破壞影響，但存在試驗過程效率低等缺點。同時，閥門在管道上不僅僅承受軸向的壓力，或處于管道的擠壓、彎曲等復雜的應力狀態(tài)，所以盲板式試壓方式也不能真實的反應出實際使用情況，從而出現(xiàn)閥門裝配到管線上，使用一段時間出現(xiàn)泄漏的現(xiàn)象。

03 解決方案

圖３ 球閥閥體與閥蓋分布

在閥門結(jié)構(gòu)方面，一般認為三片式球閥的成本低于二片式。在其成本核算中發(fā)現(xiàn)，當采用不銹鋼閥體時，中法蘭高性能螺柱價格占了很大比重，而三片式球閥用螺栓數(shù)量是二片式需要的2倍。并且，在設計規(guī)范及標準中指出，三片式球閥閥體壁厚需要以中體內(nèi)徑為基準且要扣除螺柱占用的空間，造成了中體過大，所以為了節(jié)省加工中體的加工成本，反而提高了總體成本。同時，若設計的閥門結(jié)構(gòu)中法蘭過薄，其整體不協(xié)調(diào)，缺乏美感（圖3b、d ）。

當采用二片式結(jié)構(gòu)時，中體的厚度基準為端法蘭流道直徑，其閥體外圓厚度會大幅度降低，留給中法蘭的厚度空間也會加大，中法蘭強度增加，降低了成本，閥體外形也會變得美觀（圖 3a、c）。二片式球閥閥體的結(jié)構(gòu)具有連續(xù)性，故而中體厚度滿足強度要求。所以，采用三片式并不符合最優(yōu)的經(jīng)濟及應用性能要求。

圖４ 承插式頂缸壓機試驗（改進）

在試壓方面，采用盲板試壓的方式可以檢驗中法蘭螺栓的強度，但效率較低，僅僅在缺少大口徑試壓設備的時候采用。結(jié)合2種試驗方法，將試壓盲板進行改進，不再以法蘭密封面的端面進行密封電動高壓球閥，而是在試壓盲板上采用對應于不同流道規(guī)格的凸臺，外繞O形圈的方式進行密封（圖4）。頂缸式試壓機不再完全強制的壓迫2個端法蘭端面，不會因試驗方法不當而破壞中法蘭強度，同時中法蘭的螺柱強度及中法蘭強度也可以在殼體強度試驗中得以檢 驗。在閥門結(jié)構(gòu)方面，閥體采用二片式而不再采用三片式，在其結(jié)構(gòu)長度受限的前提下，可以保證中法蘭有足夠的強度。當使用八角環(huán)密封結(jié)構(gòu)時，不會因承受壓力而變形，或者采用不開縫處理的三角環(huán)，避免法蘭出現(xiàn)翹曲或變形。

04 結(jié)語

無論從可靠性還是安全性角度出發(fā)，球閥都應采用二片式閥體結(jié)構(gòu)。試壓方式既不能輔助中法蘭密封也不能破壞中法蘭強度。通過調(diào)整閥體結(jié)構(gòu)及改進試壓裝置，提供工作效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，保證煉化裝置可靠穩(wěn)定運行。

下期論文：磷石膏料漿專用閥設計

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