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超短型高压闸阀的设计和应用

来源: 上海阀门 时间: 2012-05-01 点击: 3,809

1.概述

由于受场地的限制,安庆石化煤气化工程原拟大量选用国外进口的大口径、高温高压三偏心硬密封蝶阀(t<425℃,PN600LB,DN600),后出于工程造价的考虑,安庆石化委托合肥通用机械研究院开发高性价比的超短型高压闸阀替代进口高压三偏心蝶阀。业主要求参照国际公认的工业标准进行设计制造,短型闸阀的结构长度比标准闸阀缩短约50%,流通能力与相同规格的高压三偏心蝶阀相当,强度和密封性能符合APl598的要求。

2.设计规范

超短型高压闸阀的总体设计要符合API600的要求。因为法兰距缩小,造成法兰和阀体中腔融合,个别法兰连接孔需罗纹护套设计;超短型阀体承压后的应力分布与标准闸阀阀体的应力分布有所不同,阀体参照APl600要求设计后,还需用有限元进行校核。

2.1 壁厚设计

根据APl600的要求,超短型高压闸阀的壁厚是按美国国家标准ANSI B16.34《阀门法兰连接和对焊连接》附录G中,关于阀体最小壁厚t的计算值再增加附加裕量6.3mm得出。t的计算公式是以薄壁圆筒为基础得出的:

t——阀体计算壁厚(未考虑附加裕量)(mm);

DN——公称通径或口径(mm);

PN——公称压力(MPa);

K1——壁厚系数,当PN大于5MPa时,K1=1;

S——阀体材料的许用应力,S=118MPa

2.2 阀体中腔设计

对于公称压力300LB以上的阀门,其中腔采用正圆形状,用球形封头做底。阀体承压时,此种结构可使阀体内部的应力均匀分布,防止局部应力集中,并能保证足够的应力储备,以避免异常升压对阀门造成的损坏。

2.3 阀体中法兰的设计

参照标准法兰:在阀体结构设计过程中,根据阀门公称通径、流道设置以及启闭件、导向件尺寸等。通过设计制图可以初步确定阀体中腔尺寸和中法兰密封面型式。然后,根据中腔内径尺寸,参照对应于阀门公称压力和中法兰密封面型式相同的标准法兰系列,将公称通径与阀体中腔内径相等(或相近)的标准法兰尺寸作为阀体中法兰的设计尺寸。

2.4 连接法兰罗纹护套设计

阀门结构长度比ANSI B16·10中规定的标准结构长度短了约50%,而阀体中腔采用耐压性能好的圆形结构,使阀门的连接法兰与阀体中腔部分融合,导致法兰罗纹护套设计,见图1和图4。超短型闸阀的罗纹护套孔数量与被替代的同规格三偏心蝶阀相当,罗纹护套深度和位置不应该对阀体的强度造成影响。阀体连接法兰罗纹护套采用弹性钢丝螺纹保护套设计,有效消除因热胀冷缩产生的管道应力对丝扣的破坏。

弹性钢丝螺纹保护套的轴向补偿原理

2.5 流道设计

超短型闸阀的流量不小于同规格的蝶阀,因此可以参照同规格三偏心蝶阀的流通面积,对超短型闸阀的流道进行适当的缩径设计。对于缩径闸阀,

因此可以通过合理安排阀门结构长度L,阀门喉径DT以及阀体的开裆值K之间的关系,使θ尽量小,以降低阀门的流动阻力系数ξ,如图2所示。

缩径阀体流道示意图

2.6 阀体校核和高弹性闸板设计

超短型阀体承压后的应力分布与标准闸阀阀体的应力分布有所不同,用有限元方法校核阀体设计,结果见图3。阀体材料为碳钢,对连接法兰和中法兰加固定约束,阀体内腔加压10.OMPa,结果显示阀体与流道交接处的应力最大,此处冯氏应力值1.261e+008N/m2<材料屈服应力2.206e+008N/m2,强度设计安全;阀体的变形量最大值
O.1657mm<0.001DN,阀体刚度合格。

对大口径阀门,考虑到温度和管道应力等因素会影响阀门的密封性能,为此在阀体内腔和外部增添加强肋,以增强其刚性,进一步控制体腔变形;高弹性闸板设计适应阀体的微小变形和介质温度的交变,也有利于增强阀门密封性能,防止闸板的卡死。

3.应用情况

超短型闸阀结构长度和重量比同规格闸阀减小了约50%,流量与同规格三偏心蝶阀相当,阀门的使用工况见表l,外形见图5。超短型闸阀自2006年投产以来,运行良好,一致反映该阀操作轻便,密封可靠,完全满足生产需要。

超短型闸阀外形图

4.结论

超短型高压闸阀的结构长度约为同规格闸阀结构长度的50%,适合在狭窄空间安装,流通能力不小于同规格蝶阀,操作力矩小,密封可靠。超短型闸阀在煤气化工程的CO变换单元和低温甲醇洗单元中成功替代了进口三偏心蝶阀,为企业节约了大量资金。

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