超低溫截止閥閥桿的技術(shù)改進(jìn)

陸孝紹

(上海瑞控閥門有限公司，上海 201715)

在石油石化行業(yè)管道中，當(dāng)溫度不高于-163 ℃的介質(zhì)進(jìn)行傳輸時(shí)，需要使用超低溫閥，尤其是超低溫截止閥。超低溫閥門的設(shè)計(jì)工藝和技術(shù)要求與普通閥門相比有較大的不同：

1) 材料的選擇。由于超低溫閥門的介質(zhì)是一種特殊的低溫流體，在選擇閥門材料時(shí)必須綜合考慮工作溫度對(duì)超低溫閥門的影響。

2) 閥門的密封性。由于工作溫度不穩(wěn)定，溫度變化導(dǎo)致的超低溫截止閥密封性誤差必須要進(jìn)行有效的補(bǔ)償，因而需要采用柔性結(jié)構(gòu)；閥門所有的金屬零部件必須進(jìn)行深冷處理，以穩(wěn)定材料的金相組織，消除可能存在的低溫變形。

1 項(xiàng)目背景

南京某低溫撬裝上使用的低溫截止閥按正常設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，并按期交付了產(chǎn)品，但低溫撬裝在進(jìn)行超低溫和壽命試驗(yàn)中，低溫截止閥的填料部分在使用2萬次后出現(xiàn)了微量的泄漏。該低溫撬裝對(duì)低溫截止閥的壽命和開關(guān)使用的頻率要求較高，而且低溫液態(tài)介質(zhì)的價(jià)格昂貴，如在使用后發(fā)生泄漏，造成的損失將無法估量，維修的難度也將大幅增加。

針對(duì)這些特殊性，上海瑞控閥門有限公司技術(shù)人員對(duì)該低溫截止閥進(jìn)行了解體，并對(duì)填料部分的摩擦、閥桿與閥瓣的密封進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)。同時(shí)，在超低溫情況下，對(duì)閥桿的第1支桿和第2支桿的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了整改，使閥門的密封和壽命得到了保障，現(xiàn)場(chǎng)使用后反映良好。

2 低溫截止閥的結(jié)構(gòu)

低溫截止閥主要由閥體、閥體中的閥瓣、驅(qū)動(dòng)閥瓣的閥桿等組成。當(dāng)開設(shè)有閥孔的閥座通過閥桿驅(qū)動(dòng)閥瓣與閥座的結(jié)合、分離，就能夠控制低溫截止閥的啟閉，即閥桿驅(qū)動(dòng)閥瓣貼合到閥座上時(shí)，低溫截止閥關(guān)閉；當(dāng)閥桿將閥瓣驅(qū)動(dòng)到閥孔中的時(shí)候，低溫截止閥完全打開，并使得流體能夠通過或者截止。不僅如此，在閥體與閥桿之間還填充有密封填料，能有效地防止流體溢出到閥體外部，從而確保經(jīng)過低溫截止閥的介質(zhì)可以正常的傳輸。

在閥桿控制閥瓣的過程中，由操作人員控制閥瓣與閥座的配合精度，當(dāng)閥體打開時(shí)，就容易出現(xiàn)閥瓣與閥座過度分離的狀態(tài)，并使閥瓣的活動(dòng)范圍過大，導(dǎo)致使用效果差。因此，需要改進(jìn)低溫截止閥閥桿的設(shè)計(jì)。

3 低溫截止閥閥桿材料選擇

低溫截止閥閥桿材料一般采用奧氏體不銹鋼，但其機(jī)械強(qiáng)度較低，所需直徑較大，并且無法通過普通熱處理來提高表面硬度，使得閥桿與填料接合處比較容易相互擦傷，發(fā)生泄漏。因此，對(duì)于奧氏體不銹鋼制作的閥桿表面必須進(jìn)行鍍硬鉻或氮化處理，以提高表面硬度并進(jìn)行深冷處理，也可以使用沉淀硬化不銹鋼或鎳鉻合金作為超低溫閥門閥桿的材料。

4 低溫截止閥具體實(shí)施方案

4.1 改型前的超低溫截止閥結(jié)構(gòu)

改型前的超低溫截止閥結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括閥體、位于閥體中的閥辦、用于驅(qū)動(dòng)閥瓣的閥桿。

1) 閥體。閥體包括： 閥座以及在閥座上開設(shè)有用于閥瓣活動(dòng)的閥孔，閥體上連接有加長管。

2) 閥桿。閥桿包括： 與閥瓣連接的第1支桿、直徑小于第1支桿的第2支桿，第1支桿和第2支桿在加長管中相通；加長管中開設(shè)有與第1支桿相配合的第1活動(dòng)孔，與第2支桿相配合的第2活動(dòng)孔，當(dāng)閥瓣完全進(jìn)入閥孔中時(shí)，第1支桿置于第1活動(dòng)孔中靠近第2活動(dòng)孔的端部，當(dāng)閥瓣與閥座密封面磨合的時(shí)候，第1支桿與第1活動(dòng)孔的端部分離。加長管的側(cè)壁上有一體成型的限位孔，當(dāng)?shù)蜏亟刂归y打開時(shí)，閥桿上的限位體完全進(jìn)入限位孔；當(dāng)?shù)蜏亟刂归y關(guān)閉時(shí)，閥瓣與閥座密封面磨合，限位體離開限位孔；第2支桿與加長管之間通過密封填料進(jìn)行密封連接。

圖1 改型前超低溫截止閥結(jié)構(gòu)示意

在打開低溫截止閥的時(shí)候，依次通過第2支桿和第1支桿帶動(dòng)閥瓣朝向遠(yuǎn)離閥座的方向移動(dòng)，并使得流體能夠通過低溫截止閥；繼續(xù)移動(dòng)閥瓣使得低溫截止閥進(jìn)一步打開。此時(shí)，由于第1支桿也受到了限位體的限位，從而使得第1支桿的位置限制效果更佳；不僅如此，由于第1活動(dòng)孔加大了閥孔的大小，即使流體通過閥瓣進(jìn)入到閥孔中，低溫截止閥也具有更大的容積對(duì)該部分流體進(jìn)行盛裝，從而降低了流體溢出到截止閥外部的發(fā)生概率，提高了低溫截止閥的使用效果。

4.2 改型后的超低溫截止閥結(jié)構(gòu)

改型后的超低溫截止閥結(jié)構(gòu)如圖2所示。改型后的超低溫截止閥和改型前的超低溫截止閥的區(qū)別在于： 閥辦上一體成型有圓環(huán)狀的鞏固環(huán)，閥桿位于鞏固環(huán)中并與鞏固環(huán)相配合；同時(shí)第1支桿端部連接有用于驅(qū)動(dòng)第1支桿的驅(qū)動(dòng)桿。由于在第1支桿的頂端開有方形的驅(qū)動(dòng)孔，驅(qū)動(dòng)桿的端部能夠恰好穿入到驅(qū)動(dòng)孔中，并且增加了定位桿，使定位桿橫向穿過第1支桿和驅(qū)動(dòng)桿，通過定位桿就能夠防止驅(qū)動(dòng)桿從第1支桿上發(fā)生脫落，并且在第1支桿和驅(qū)動(dòng)桿的連接處外部套接有連接筒，連接筒的一端與第1支桿連接，另一端與驅(qū)動(dòng)桿連接，通過連接筒使得第1支桿與驅(qū)動(dòng)桿之間的連接更為穩(wěn)定；其中連接筒和驅(qū)動(dòng)桿均由絕緣材料制成。

圖2 改型后超低溫截止閥結(jié)構(gòu)示意

1) 圖2中，在加長管遠(yuǎn)離閥體的端部還連接有罩狀結(jié)構(gòu)的阻隔罩，連接筒位于阻隔罩中，并且驅(qū)動(dòng)桿遠(yuǎn)離第2支桿的端部穿出阻隔罩，與外部用來驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿的手輪連接，手輪轉(zhuǎn)動(dòng)連接于阻隔罩外部，同時(shí)與驅(qū)動(dòng)桿螺紋連接。

2) 當(dāng)流體通過閥瓣的時(shí)候，由于流體的流動(dòng)方向是隨時(shí)改變的，從而流體施加給閥瓣的作用力的方向也是隨時(shí)改變的。所以，閥瓣與第1支桿之間具有相互的作用力，在閥瓣的頂端增加的鞏固環(huán)加固了閥瓣與第1支桿之間連接的穩(wěn)定性，進(jìn)一步確保了閥瓣的位置更為穩(wěn)定。

3) 驅(qū)動(dòng)桿活動(dòng)的時(shí)候，由于驅(qū)動(dòng)桿位于第1支桿的端部，第1支桿與驅(qū)動(dòng)桿通過定位桿進(jìn)行了固定連接，驅(qū)動(dòng)桿帶動(dòng)第1支桿活動(dòng)的同時(shí)，定位桿和連接筒使得第1支桿與驅(qū)動(dòng)桿之間的連接更為緊密。

a) 第1支桿是通過驅(qū)動(dòng)桿進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，而驅(qū)動(dòng)桿又是絕緣材料制成的，因而能夠較好地將外界的溫度進(jìn)行隔絕，并防止外部較高的溫度作用到第1支桿上，提高了流體流動(dòng)的安全性。

b) 由于連接筒也是絕緣的，對(duì)溫度的隔絕效果較佳。第1支桿的端部位于罩狀結(jié)構(gòu)的阻隔罩中，因而使得對(duì)外界的溫度能有效進(jìn)行阻隔，截止閥的使用安全系數(shù)得到了進(jìn)一步提高。

5 結(jié)束語

通過低溫截止閥閥桿的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，在打開低溫截止閥時(shí)，可通過第1支桿和第2支桿帶動(dòng)閥桿

活動(dòng)，并使得閥瓣與閥座分離之后進(jìn)入到閥孔中。當(dāng)閥瓣完全進(jìn)入到閥孔中的時(shí)候，第1活動(dòng)孔的端部也恰好位于第1支桿的端部，因而第1支桿不能繼續(xù)活動(dòng)，閥瓣也隨即停止了活動(dòng)，從而對(duì)閥瓣的操作更好，同時(shí)也延長了閥門的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1] 于世恒.控制系統(tǒng)升級(jí)改造[J].石油化工自動(dòng)化，2010，46(02)： 29-31.

[2] 陸德民，張振基，黃步余.石油化工自動(dòng)控制設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].3版.北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

[3] 宋岢岢.壓力管道設(shè)計(jì)及工程實(shí)例[M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2007： 56-60.

[4] 蔡爾輔.石油化工管道設(shè)計(jì)[M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2002： 228-237.

[5] 俞金壽.工業(yè)過程先進(jìn)控制技術(shù)[M].北京： 中國石化出版社，2008.

[6] 楊力，熊計(jì)，郭智興，等.WC晶粒度對(duì)硬質(zhì)合金/不銹鋼釬焊接頭微觀組織與性能的影響[J].硬質(zhì)合金，2005，32(04)： 234-241.

[7] 王森，紀(jì)綱.儀表常用數(shù)據(jù)手冊(cè) [M].2版.北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2012： 173-176.

[8] 蘇鵬，劉玉晗，王振業(yè)，等.LNG管道熱應(yīng)力分布有限元模擬[J].當(dāng)代化工，2013，42(08)： 1198-1200.

[9] 王懷義.石油化工管道安裝設(shè)計(jì)便查手冊(cè) [M].北京： 中國石化出版社，2003： 855.

[10] 孫曉玲，劉忠明，張燕.液化天然氣潛液泵的研制[J].低溫工程，2010(02)： 20-23.