超低溫浮動球閥密封結構設計分享

1、行業前景

 近幾十年，隨著石油化工的不斷發展，特別是液化天然氣（LNG）項目的廣泛應用，使得工程項目中對超低溫管道和閥門的需求越來越多，以前都是使用國外進口的閥門。國外進口的閥門不但價格昂貴，而且技術也設置了障礙。我們花了很多多，卻買不到好的閥門，浪費財力，也浪費也人力。隨著科學技術的不斷發展，用戶對超低溫工況下應用的閥門要求越來越高。國內閥門行業一直在對超低溫浮動球閥在不同部位的結構設計進行研究，并對結構設計進行相應的改進，希望能夠替代進口閥門，使得關鍵部位的閥門能夠國產化。經過多年的生產制造，已經積累了豐富的經驗。從設計、工藝到制造是趨成熟，并且已經開發超低溫閥門的系列產品，以便相關人員在工程設計中類似介質的超低溫閥門的選用提供參考。

2、超低溫浮動球閥的工作原理及使用概況

 球閥的主要功能是切斷或連接管道中的流體通道，即球閥通常為閉路閥。因此，球閥的作用原理很簡單：借助手柄或其它驅動裝置在閥桿上端施加一定的轉矩并傳遞給球體，使它旋轉90度，球體的通孔則與閥體通道中心線重合或垂直，球閥便完成了全開或全關的動作。超低溫浮動球閥主要應用于乙烯、液化天然氣裝置、天然氣LPGLNG儲罐接受基地及空分設備、石油化工尾氣分離設備等低溫儲槽等裝置上。

3、超低溫浮動球閥的主要結構設計特點

 超低溫浮動球閥因其使用介質和使用環境的特殊性，在結構設計上有著與其它閥門不同的特點。

（1）加長閥桿設計

 超低溫浮動球閥的閥桿均采用加長閥桿結構的設計。加長閥桿結構的設計主要是為了使閥門填料函結構遠離低溫區，保證填料函和壓套在正常的溫度下使用，以防溫度太低，操作人員凍傷，同時也防止填料的密封性能降低，延長填料的使用壽命。

（2）滴水板的設計

 在加長閥桿結構上采用了滴水板設計，可以避免冷凝水氣化流入隔熱區域，同時能更有效地保證填料函的工作環境，從而避免了很多不良影響。

（3）防火設計

 由于超低溫球閥的一般特殊工況上，防火設計很重要。在閥體和閥蓋連接部位采用唇形密封圈和纏繞墊片的雙道密封結構，在填料函部位采用唇形密封圈和石墨填料的雙道密封結構。當發生火災時，唇形密封圈熔化失效，纏繞墊片和石墨填料起主要密封作用。

（4）防靜電設計

 通過防靜電彈簧和鋼球的有效作用，使球、閥桿、閥體之間相互接觸，形成導通的電路，可將閥門在開啟和關閉時產生的電荷轉移出來，從而避免管路系統的靜電累積，增加系統的安全性。閥桿和球以及閥體之間的電阻應用不超過12V的直流電源來測量，測量應該在壓力試驗前的干燥閥門上進行，電阻不能超過10歐姆。

（5）易泄漏部位的設計

 閥門在使用過程中一量出現密封失效，那么就意味著閥門的流通介質將產生泄漏。通常將閥門的泄漏分為外漏和內漏兩種形式，外漏一般容易發覺，也是最不被接受的。

（6）填料函部位設計

 填料部位的密封失效主要原因，就是填料的工作溫度過低，從而導致填料函不密封，則低溫氣體開始通過填料函，使填料函深度冷凍后滲漏量增大。我們可以通過在壓析下在加一組碟形彈簧，使得填料一直保證一定的預緊力，保證填料函的初始密封。在填料函下面加上唇形密封圈，這樣填料函部位就有雙重密封，確保填料函均部位不發生泄漏。

（7）體蓋連接部位設計

 體蓋連接部位的密封失效主要原因，由于纏繞墊片在低溫情況下物理性能發生變化，墊片的體積變小和回彈性變小等，導致墊片和閥體之間的密封失效；我們可以通過在螺母下面增加一對放松彈簧，可以補償由于各種原因引起的變形。在體蓋連接處設計一道唇形密封圈，通過纏繞墊片和唇形密封圈雙重密封，確保體蓋部俠不泄漏。

（8）閥腔泄壓和閥門門的密封圈設計

 超低溫浮動球閥在關閉后，閥門中腔內會殘留一些液體，隨著時間的增加，這些殘留液體會逐漸吸收環境的熱量，回升至常溫并且重新氣化，氣化后，其體積會急劇膨脹，可以增加600倍之多，因此會在中腔產生很高的壓力。設計的時候必須要有預防異常升壓現象的機構。在球體上靠近中腔的連通，提供閥體中腔過壓保護功能。

 浮動球閥的密封依靠介質的壓力，把球體推向下游的密封面，從而達到密封的要求。上游采用碟形彈簧預緊式密封結構，碟形彈簧預緊式閥座可以使球體在彈簧的作下壓向下游密封圈。這種密封結構的好處是使密封更可靠，同時球閥開啟扭矩也會減小。