高温蝶阀

新型高寿命高温蝶阀的特点以及蝶阀在使用过程中存在问题

目前 ,高温蝶阀作为一种用来实现管路系统通断及流量控制的部件，已在石油、化工、冶金、水电等许多领域中得到极为广泛地应用。在已公知的蝶阀技术中，其密封形式多采用密封结构，密封材料为橡胶、聚四氟乙烯等。由于结构特征的限制，适应耐高温、高压及耐腐蚀、抗磨损等行业。现有一种比较先进的蝶阀是三偏心金属硬密封蝶阀，阀体和阀座为连体构件，阀座密封表面层堆焊耐温、耐蚀合金材料。多层软叠式密封圈固定在阀板上，这种蝶阀与传统蝶阀相比具有耐高温，操作轻便，启闭无磨擦，关闭时随着传动机构的力矩增大来补偿密封，提高了蝶阀的密封性能及延长使用寿命的优点。

但是，这种蝶阀在使用过程中仍然存在以下问题：

一、由于多层软硬叠式密封圈固定在阀板上，当阀板常开状态时介质对其密封面形成正面冲刷，金属片夹层中的软密封带受冲刷后，直接影响密封性能。

二、受结构条件的限制该结构不适应做通径DN200以下阀门，原因是阀板整体结构太厚，流阻大。

三、因三偏心结构的原理，阀板的密封面与阀座之间的密封是靠传动装置的力矩使阀板压向阀座。正流状态时，介质压力越高密封挤压越紧。当流道介质逆流时随着介质压力的增大阀板与阀座之间的单位正压力小于介质压强时，密封开始泄漏。

其特征在于：所述阀座密封圈由软性T形密封环两侧多层不锈钢片组成。

阀板与阀座的密封面为斜圆锥结构，在阀板斜圆锥表面堆焊耐温、耐蚀合金材料；固定在调节环压板之间的弹簧与压板上调节螺栓装配一起的结构。这种结构有效地补偿了轴套与阀体之间的公差带及阀杆在介质压力下的弹性变形，解决了阀门在双向互换的介质输送过程中存在的密封问题。

采用软性T型两侧多层不锈钢片组成密封圈，具有金属硬密封和软密封的双重优点，无论在低温和高温情况下，均具有零渗漏的密封性能。试验证明池正流状态（介质流动方向与蝶板转动方向相同）时，密封面的压力是传动装置的力矩和介质压力对阀板的作用产生的。正向介质压力增大时阀板斜圆锥表面与阀座密封面挤压越紧，密封效果越好。

当逆流状态时，阀板与阀座之间的密封靠驱动装置的力矩使阀板压向阀座。随着反向介质压力的增大，阀板与阀座之间的单位正压力小于介质压强时，调节环的弹簧在受载后所储存的变形能补偿阀板与阀座密封面的紧压力起到自动补偿作用。

因此本实用新型不像现有的技术那样，在阀板上安装软硬多层密封圈，而是直接安装在阀体上，在压板和阀座中间增设调节环是十分理想的双向硬密封方式。它将可取代闸阀、高温蝶阀及球形阀

按结构形式分类

(1)中心密封蝶阀

(2)单偏心密封煤阀

(3)双偏心密封蝶阀

(4)三偏心密封跺阀

按密封面材质分类

(1)软密封蝶阀。

1)密封副由非金属软质材料对非金属软质材料构成。

2)密封副由金属硬质材料对非金属软质材料构成。

(2)金属硬密封蝶阀。密封副由金属硬质材料对金属硬质材料构成。

按密封形式分类

(1)强制密封蝶阀

1)弹性密封蝶阀。密封比压由阀门关闭时阀板挤压阀座，阀座或阀板的弹性产生

2)外加转矩密封蝶阀。密封比压由外加于阀门轴上的转矩产生

(2)充压密封蝶阀。密封比压由阀座或阀板上的弹件密封元件充压产生

(3)自动密封蝶阀。密封比压由介质压力自动产生。

按工作压力分类

(1)真空蝶阀。工作压力低于标堆大气历的蝶阀。

(2)低压蝶阀。公称压力PN<1．6MPa的蝶阀。

(3)中压蝶阀。公称压力PN为2．5--6．4MPa的蝶阀。

(4)高压碟阀。公称压力PN为10。0--80．0MPa的蝶阀。

(5)超高压蝶阀。公称压力PN>100MPa的蝶阀。

按工作温度分类

(1)高温蝶阀。t>450 ℃的蝶阀

(2)中温碟阀。120 C

按连接方式分类

(1)对夹式蝶阀

(2)法兰式蝶阀

(3)支耳式蝶阀

(4)焊接式蝶阀

高温蝶阀用于催化裂化装置能量烟气回收系统, 装置的正常操作温度680 ℃, 允许最高连续使用温度720 ℃, 最高超温800 ℃, 输送含有催化剂颗粒的再生烟气介质。由于介质对阀门冲刷强烈, 为防止阀体壁厚因冲刷减薄而失效, 阀体内大面积堆焊硬质合金, 阀体极易产生变形和开裂,堆焊难度较大。因为系统温度较高, 金属材料在高温中机械性能急剧下降, 阀门应选用耐高温材料。为防止阀门泄漏超标, 引起系统烟机不能正常停车, 从而造成重大事故, 对阀门密封结构及其零件的加工精度要求较高。

高温蝶阀阀体由钢板和锻件法兰焊接而成。阀杆为整体锻件结构, 由外部轴承座支撑,并通过二端销连接带动阀瓣转动。2 个半圆阀座前后错开, 与阀瓣呈对称式分布, 结合对称式流线型结构的阀瓣, 使阀门具有良好的流通性能。3 组填料密封, 外加密封剂和吹扫二道辅助密封组成了高可靠性阀杆填料密封系统

高温蝶阀为了满足高温的要求，必需要满足以下几方面的要求：

1、阀体材料

阀门设计执行标准为ASMEB16134 。按该标准中的压力- 温度表计算得到的阀门常温下的压力等级数, 就是设计基准, 并以此来计算最小壁厚。在设计过程中, 阀体材料也选ASME B16134 标准规定的材料, 并且材料的适用温度高于阀门工况最高温度。经过查阅了大量国内外类似工况的阀门设备材料使用情况, 结合对高温材料的使用经验, 选择了性价比较高的304H 作为阀体材料。此材料可减小蠕变对材料的影响。

2、阀杆材料

根据高温强度估算, 奥氏体钢在704 ℃的高温工况下, 强度降低6415 %以上, 如果采用加大阀杆直径提高其强度的方法, 则超出阀门结构要求, 因此奥氏体钢不适宜做阀杆材料。lnconel X - 750 在704 ℃的高温工况时, 强度降低4113 % , 但强度值还很大(表1) 。根据屈服强度,并考虑持久强度计算得到的阀杆直径, 符合阀门结构要求, 因此阀杆材料选用lnconel X - 750 。

3、阀体最小壁厚计算是为了保证阀门的压力边界完整。最小壁厚采用规则法计算, 计算标准按 ASME B16134 , 在选择压力- 温度额定值时, 有2种磅级选择法。一种是选择标准磅级, 计算得到的最小壁厚比较大, 比较安全。另一种是选择特殊磅级, 计算得到的最小壁厚比标准磅级小, 但无损检测要求较严。根据高温工况的设计经验, 选择了这二种磅级的组合形式, 即在计算最小壁厚的压力-温度额定值时, 选用标准磅级, 而阀体的无损检测要求按特殊磅级。 阀门泄漏率要求为最大流量的0167 % , 当泄漏超标就会引起系统烟机不能正常停车, 从而造成重大事故。普通烟气蝶阀阀体通道内没有阀座, 阀瓣仅起调节烟气介质流量的作用, 不起密封作用(图2) 。根据性能要求, 大口径高温蝶阀设有阀瓣和阀座密封副, 对阀门的流通性能、密封可靠性和启闭力矩3 个方面进行了设计研究。首先按常规蝶阀设计了密封副(图3) , 此形式密封可靠, 虽然阀瓣旋转中心与密封面存在偏心力矩, 使启闭力矩增大, 但经过计算, 力矩也在可以接受的范围之内。此结构的缺点是流通性能差, 不能满足全开截面积的设计要求。经过反复设计、修改和计算, 完成了对开式阀座密封副设计(图4) , 该阀座是2个半圆阀座, 它们前后错开与阀瓣呈对称式分布,使得阀瓣能够设计成对称式流线型结构, 使阀门具有良好的流通性能, 从而满足了全开截面积要求和全开Cv 值要求。由于阀瓣结构对称, 所以启闭力矩较小。虽然其密封面某一处可能有泄漏现象, 但只要合理控制阀瓣和阀座的尺寸精度、形位公差和二者之间的装配误差, 就能有效控制泄漏率在合格范围之内。

4、高温填料填料选用柔性石墨。其在空气中氧化温度为450 ℃, 并在此温度下每24h 后质量减轻1 %。温度越高, 质量减轻得越多, 氧化现象越严重。柔性石墨填料最高使用温度为650 ℃, 且仅用于非氧化介质。考虑到填料在填料函内处于压紧密封状态,只有一部分与空气接触, 有资料介绍处于这种状态的填料使用温度可达816 ℃。

高温蝶阀的研制, 主要是解决阀体主体材料的选用、蝶阀密封副结构及阀杆密封结 构的设计等问题, 并通过试验选取了超高温填料,为石化行业催化裂化装置系统用阀门的设计和制造。

气动高温蝶阀采用上装式结构，在高压、大口径条件下减少了阀体自身的连接螺栓，增强了阀门的可靠性且能克服系统自重对阀门正常工作的影响。

电动高温蝶阀设计合理，装拆容易，便于修理。

电动高温蝶阀结构简单紧凑、重量轻，90°旋转，启闭迅速。

采用偏心结构，减少密封圈的磨擦，延长阀门的使用寿命。

密封结构设计合理，达到完成密封，泄漏为零，能适应较恶劣工况。

更换阀板密封圈、“0”形圈、蝶板、转轴等材质，可适用多种介质和不同温度。特别是电动高温蝶阀采用不锈钢材质钢环，既防腐又耐磨，使适用范围更加广泛。

电动高温蝶阀系在引进国外先进技术，结合国内制造工艺开发而成的新一代电动高温蝶阀。电动高温蝶阀广泛地应用于冶金、建材、化工、电站、玻璃等行业中的高温气体管道中，作为高温气体介质流时调节或切断装置，电动高温蝶阀可与各种执行器配套使用组成不同性能设备。

电动高温蝶阀中的阀体、阀板采用优质耐热钢材料制作而成。电动高温蝶阀具有耐高温、体积小、转动灵活、使用寿命长、操作维护方便等特点。

气动高温蝶阀 广泛应用于煤化工、石油化工、橡胶、造纸、制药等管道中作介质的分流合流或流向切换装置。