Mogas金属硬密封球阀的结构特点

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美国Mogas(图1)的金属密封球阀可以分为两个系统,一个是金属密封隔离球阀,称为“直角回转隔离技术”,属于这一系统的产品有C系列隔离阀,CA系列隔离阀和RSVP系列隔离阀,用于高温高压工况下,作为隔离阀、排放阀、放空阀。另一个是金属密封流量控制阀,称为“直角回转流体控制技术”,属于这一系统的有两个系列产品,Rotary Tech催化剂流量控制用金属密封球阀和流量控制阀,“直角回转技术”是指球阀的开关是一个90°角行程,与传统的闸阀、截止阀多回转直行程相比具有很多优点。

因此,即使在高温、高压条件下,仍可以成功地替代闸阀、截止阀。作为金属密封球阀其固有的技术特征,可以归为:

①介质自密封,有别于截止阀和闸阀的外力密封,外力密封可能被松弛;

②在开启和关闭状态下,密封面被保护不受介质的冲刷和磨损,不同于闸阀、截止阀在工况下密封面受到冲刷和磨蚀;

③90°回转,而闸阀、截止阀是多回转,90°回转有利于轴颈填料工作,并且是非提升设计,可获及填料更长的使用寿命;

④在工作状态下,没有流体的体积变化,流阻最小。

(1)直角回转隔离技术——金属密封隔离球阀

①C系列隔离阀(图2)其特性如下

a.是球体超大尺寸设计,以减轻其磨损,并保持开关位置的准确性。在完全开启时,密封面被有效保护,球体表面硬化,选用410SS材料,表面采用HVOF喷涂碳化铬。球面和密封面配对研磨,宽的接触带100%接触。

b.是金属密封座。保持尖角锋利,开或关一次,擦拭或刮削球体表面一次,可最大限度防止固体物质在球体表面积聚。

c.超大尺寸设计的阀杆,可提供大的操作力矩,并提高阀门使用的安全性和位置的精确度。

d.填料采用动态加载(living-load),在每次热循环和压力循环后仍保持其密封的可靠性。

e.阀杆头部有两个经过研磨的平面金属止推轴承,具有自紧密封的作用,并防止固体颗粒进入填料。

f.阀杆上设置支撑套,避免阀杆由于侧向力,可能引起的填料变形和泄漏。

g.坚固的执行器连接支架,便于安装执行器。

h.主副阀体密封衬垫,对于ASME Class150~ 1500级采用一个Inconel缠绕垫片和浸渍石墨,对于ASME Class2500以及更高的压力级,采用三角形In-conel制造的表面镀金的衬垫,能承受热冲击和压力冲击而保持密封性能不变。

球体和密封座的涂层采用两种涂覆工艺,一种是超音速喷涂(HVOF),另一种是喷熔(冶金结合),为提高涂层的可靠性,球体和密封座的本体材料统一,涂层的工艺一致,以及球体边缘锐角的倒圆,减少了表面涂层剥落的危险。

在进口端隔阀座背面因有足够的空间,可确保阀门使用的安全,不会引起阀座被卡住的现象,整体结构拆装方便,最大程度降低阀门的维修成本。

在某些应用场合,介质常在阀座腔内结聚。可以在阀体和密封座背部增加设置外部吹扫系统,来完成清理阀腔内的污物,以保持阀门动作和密封的可靠性,如图2所示,这一系列的阀门压力等级为ASME Class150~4500级,NPS11/2~36。

②CA-DRI系列金属密封球阀是C系列球阀的一种变型,适用在重油催化或有固体颗粒工况下应用。其结构上的变化在于进口端密封座的平板支撑弹簧设置在进口端密封座的外缘环形平面上,起到两个作用,一是支撑阀座,二是提供推力使球体与下阀座紧密接触,而进口端阀座背部有很大的空间来防止黏稠液体和固体颗粒结聚,这一系列产品的压力等级为ASME300~2500级,NPS12~36,如图3所示。

用一个Inconel材料制造的弹簧提供预紧比压,并由管道压力提供机械力保持良好的密封状态,在阀体上部设计一个90°角的限位装置,球体与阀座配对研磨,100%宽密封带的接触面,确保完全隔离,全开位置时密封面受到保护,可以选用Inconel作为球体的基材,并在表面喷涂碳化铬涂层,增加抗磨损、抗冲刷的能力。

该产品样本设计的材料:球体为410SS/HOVF碳化铬或Inconel 718本体,HOVF碳化铬涂层,密封座材料为410SS+HVOF碳化铬或Inconel 718材料,阀体按温度不同可选用A182 F22、A105或A182 F91锻件,阀杆采用A276 Gr.431氢化处理。填料加载弹簧为Inconel 718,填料压套为316SS氢化处理,填料压盖为410SS,填料为膨胀石墨,防挤压环为石墨+Inconel金属丝,止退卡环为A638~660。如图3所示。

(2)直角回转流量控制技术——金属密封控制球阀

①Rotary Tech催化剂处理阀流化催化裂化(FCC)工艺是将高分子量的碳氢化合物转化为具有附加值的产物,这一过程是在催化剂作用下进行的,催化剂将通过氢化处理的柴油在反应器内转化为汽油。

催化剂为粉末状,为了在再生器中处理超高温催化剂,需要设计一种专用阀,这是一种全流道的球阀,为满足高温和防止粉末磨损的需要,球体表面和通道采用一种特殊的涂层,使这种阀门的使用寿命长达4~5年,并用间隙的或者是持续的净化系统来清除阀座和阀腔内的堆积物和焦炭,典型的工作条件是超高温420~820℃。

在设备的操作过程中,阀门执行两个功能:一是无泄漏的隔离催化剂管道;二是控制废催化剂的清理速率。泄漏将浪费催化剂,速率控制不当将会使出口管道过热,或者使再生器内废催化剂堆积,影响设备的性能,所以这种阀门既是一个气密封的隔离阀,又是一个流量控制阀,如图4所示。

②Flex Stream流量控制阀是一种高温高压设备的放空阀和循环压缩机的旁通阀,具有多级降压功能,限制高压流体的流速,减少管道的振动,防止气穴的产生,降低噪声,减少闪蒸引起的侵蚀,与传统产品相比体积更小,流量系数更大,典型产品如图5所示。

采用直角回转球阀作为流量控制阀有很多优点

a.不同的内件(球体)结构可提供不同工况的需求和不同的流量调节特性;

b.可以设计成多级的降压、降噪结构来限制液体的流速,振动和噪声;

c.可调比大,可调范围大于500∶1,可满足低压差大流量的需求;

d.执行器直接耦合提高调节的精确性;

e.在严格的工况下,具有更长寿命。

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