长输管道电动球阀的密封性研究及选型建议

文章出处：本站责任编辑：进口阀门编辑部作者：admin人气：271 发表时间：2020-09-09 16:00:00 字体大小:【大中小】

管道电动球阀作为管输系统中的重要组成部分, 是长输管道中使用*广泛、用量*大的设备, 同时也是出现问题*多的设备。管道球阀在管输系统中主要起隔断作用,要求具有较好的密封性,不能存在内漏,而阀门内漏等各类故障与阀门密封原理密切相关,有必要对长输管道阀门密封原理开展研究,指导阀门的选型、安装、维护保养等工作。

1电动球阀整体结构

电动球阀按照球体的固定方式可分为浮动式球阀和固定式球阀。浮动式球阀在大压差条件下开启时需要较大的工作扭矩,较少使用在大管径、高压的长输管道,而固定球阀在输油气管道中广泛应用。管道球阀球体通常为圆球结构,位置固定,球体上下转轴被分别固定在球体的轴承中,管道输送介质在球体上产生的作用力会全部传递给轴承,阀座不会承受过大压力,球阀球体也不会发生横向位移,因此,固定式球阀操作力矩相对较小。由于清管需要, 管道球阀一般选用全通径球阀。

固定球阀一般会设置二重或三重密封。** 重为金属结构硬密封,防止流体中的杂质及颗粒划伤密封面,同时确保阀门在失火状态下的密封,满足防火要求。第二道密封又称作软密封,其密封材料主要有聚四氟乙烯、尼龙、氟橡胶等,少数阀门厂家会设计第三道密封以增强球阀密封性能。

2电动球阀的密封原理与类型

2.1 阀座密封原理

固定式球阀阀座分为双活塞效应阀座和自泄式(也称单活塞效应)阀座。双活塞效应阀座能抵抗来自阀腔或管道侧的压力而保证双向密封,而自泄式阀座只能抵抗管道侧压力实现单向密封,但当阀腔承压时可实现阀腔自动泄压功能,避免阀体超压破裂的风险。

阀座的两种密封设计与其受力情况密切相关,假设阀座受到的合力为FR,阀座弹簧力为 FF,流体对阀座的作用力为F△A,阀座管线侧与流体接触面积为Aa,阀座阀腔侧与流体接触面积为Ai,管线内流体压力为P,则无论阀腔是否带压,阀座的受力情况为:

(1) 双活塞效应阀座受力分析。当阀腔不承压时,球阀腔内没有压力,由于此时Aa>Ai,流体对阀座的作用力为F△A指向阀腔侧,如图1所示,合力FR方向指向阀腔侧,合力FR将迫使阀座密封圈向阀体靠近做挤压移动,尽管这种位移非常微小,只有千分之几英寸,但足以使阀座密封圈和阀体之间形成有效的密封。根据受力分析,介质压力P越大,合力FR越大,阀门密封效果越好。

如果球阀阀腔承压,在这种情形下A'a>A'i,流体对阀座的作用力为F'△A也指向阀腔侧,如图2所示,合力F'R的方向指向阀腔侧,迫使阀座密封圈挤压阀体形成密封。这时同样阀腔介质压力P越大,合力F'R也越大, 密封效果也越明显。通过上述分析可知,双活塞效应的阀座无论阀腔是否带压,阀座总能和球体紧密接触而实现密封。

自泄式阀座受力分析。当球阀阀腔不承压时,自泄式阀座的密封原理同双活塞效应阀座的密封原理相同。当阀腔承压,阀腔内流体压力超过管线流体压力时,由于自泄式阀座结构不同于双活塞效应阀座,此时A"a

2.2 管道电动球阀密封类型比较

气管道干线球阀通常选用双隔离与排放 (DIB)球阀,双隔长输油离与排放球阀又分为 1型( DIB-1)和2型( DIB-2)两种[5]。DIB-1 型球阀目前应用于输气管道工程较多[6],DIB-2 型球阀则在输油管道应用广泛。

DIB-1、DIB-2类型球阀结构上的区别在于两个阀座不同的组合型式。DIB-1型管线球阀的两个阀座均为双活塞效应的阀座,因此,阀门两个阀座均具备双向密封功能,无安装方向要求,在任意一侧阀座受损失效后,其另一侧阀座仍然可以保证球阀具备双向密封功能,但当截留在阀腔的介质为液体的情况下,需要在阀体配置安全泄放阀以保证阀体不会因介质膨胀导致超压。DIB-2型管线球阀一个阀座为自泄式阀座,另一个阀座为双活塞效应的阀座,为非对称结构,有安装方向要求,阀腔压力可通过自泄阀座向管道侧自动释放,不需要在阀体配置安全泄放阀。当双活塞效应阀座受损失效后,其自泄式阀座只具备管道侧指向阀腔侧的单向密封功能,故DIB-2型管线球阀的密封性能要低于DIB-1型阀门。

3管道球阀选型建议

(1)输气管线分输站场中的DIB-1型球阀阀体取消安全泄放阀配置。阀体设置安全阀的目的是防止截留在阀门阀腔的气体膨胀超压, 但通过理论分析,在输气管线分输站场中,温度的变化远不足以导致阀门阀腔膨胀超压,并且阀体上配置安全阀实际上是增加了一个潜在泄漏点,同时安全阀需要定期年检,增加了管道运行单位的设备维护工作量。阀门阀体是否设置安全阀要通过理论计算阀腔是否存在超压而确定,针对输气管线分输站场中的DIB-1型球阀而言,安全泄放阀起不到阀腔超压保护功能,建议用户在技术规格书中细化技术条件, 取消安全阀配置。

(2)输油管道DIB-2型球阀应根据阀门工艺位置及功能确定安装方向。对于过滤器、流量计、调节阀两端截断球阀,靠近过滤器、流量计、调节阀一侧应为双活塞效应的阀座, 远离过滤器、流量计、调节阀的另一侧为自泄式阀座,其目的是保证过滤器清洗、流量计检定、调节阀检修期间,每个截断球阀具备两道密封功能,保证作业安全,如果安装方向相反,截断球阀只能一道密封,留下设备隐患。

(3)对于常年稳定加热输送的输油管道, 建议考虑使用DIB-1型阀门。输油管道通常选用 DIB-2型阀门是因为其通过自泄式阀座具备阀腔自泄压功能,但阀门密封性能比DIB-1型阀门较差。对于运行工况稳定的热油管道,因输送工艺的需要,管道内介质的温度变化不大,不存在阀腔超压的可能性,阀门选型上若选择DIB-1 型阀门,阀门较DIB-2型阀门增加了一道密封, 减少阀门内漏几率,即使阀腔出现超压情况, 也可通过在阀体设置安全泄压阀泄压,保证设备安全。

(4)建议阀门厂家在球阀阀体上标注阀门两端密封座的密封类型。因为阀门两端的密封型式不仅涉及到输油、输气阀门选型上的差异,也涉及到输油管道阀门安装方向的确定。为了给施工单位及运营单位提供便利,无论何种类型的阀门,建议阀门厂家在阀体标注球阀两端密封座的密封类型。