超低温球阀的结构设计与安装

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1、超低温球阀的结构设计与安装   近几年，跟着石油化工的发展，特别是液化自然气(LNG)的广泛应用，对超低温工况下应用的阀门的要求也越来越高。根据相关工程设计及工艺操纵安全的要求，海内外各阀门供给商一直在进行对超低温球阀在不同部位的结构设计方面的研究，并对结构设计进行相应的改进。笔者结合在液化自然气出产的工程设计实践经验，先容超低温球阀的主要结构设计特点、低温试验及安装的留意事项，以便为工程设计中类似介质的超低温阀门的选用提供参考。  1超低温球阀简述  石化行业中对低温阀门的定义是按照输送介质的设计温度来定义的，一

2、般将应用在介质温度-40℃以下的阀门称作低温阀，应用在介质温度-101℃以下的阀门称作超低温阀门。  超低温球阀主要应用于液化自然气、液化石油气以及空分行业的装置上，输出的液态低温介质有：液氧、液氢、液化自然气、液化石油产品等。这些介质不但易燃易爆，而且在升温或者闪蒸时会发气愤化，气化时体积急剧膨胀，假如输送这些流体的阀门中有密闭阀腔且结构设计不公道，则会造成阀腔超压，从而导致介质泄漏，甚至阀门开裂造成事故。  2超低温球阀主要结构的设计特点  超低温球阀因其使用介质和使用环境的特殊性，在结构设计上有着与其他种类阀

3、门明显不同的特点。  2.1加长阀盖设计及滴水板设计  低温阀门的阀盖均采用加长阀盖的设计。加长阀盖的设计要使阀门操纵手柄和填料安装位置阔别低温区，既可以避免介质的低温导致阀门操纵者的冷灼伤，也可以使阀门的填料在正常的温度下工作，保证填料不会受到霜冻的侵害而导致填料断裂失效。另外，因为一般超低温阀门保冷层会比较厚，加长的阀盖也保证了保冷施工的空间，并使填料压盖位于保冷层外，添加填料及紧固压盖螺栓时，无须损坏保冷层。  有的厂家在超低温球阀的加长阀盖上，采用了滴水板设计。滴水板需设置在保冷层外侧，可以防止冷凝的水滴落

4、到保冷层及阀体上部，保护保冷层及防止冷量流失。  表1为美国阀门及管件制造商尺度化协会的尺度MSSSP-134中给出的低温阀加长杆的长度。各个厂家的产品在加长阀盖的长度划定上会稍有不同，在设计时需参考选定厂家的产品尺寸。  2.2防火设计及防静电设计  因为超低温球阀一般均应用在易燃易爆的介质上，防火设计及防静电设计显得尤为重要，是超低温球阀结构的必要组成部门，不可缺少。超低温球阀的防火设计与普通球阀的设计类似，在各环节的密封上采用石墨密封圈。防静电设计采用弹簧式结构，避免静电电荷累积产生的爆炸危险。表1低温阀加长

5、杆长度 mm   注：NPS表示阀门公称直径（DN）。  2.3阀腔泄压设计及阀门的密封圈设计  超低温球阀应用在易燃易爆且容易气化的介质时，对于阀门密封结构有着特殊的要求。这是因为球阀在结构上一般会有密闭阀腔，由于介质气化时体积急剧膨胀，球阀在密封结构设计上，一定要考虑密闭阀腔的泄压要求。球阀按结构分为浮动球式及固定球式两种。由于浮动球式超低温球阀和固定球式超低温球阀的阀门密封原理不同，在泄压设计上，会有明显的区别。  浮动球式球阀的密封依靠介质的压力，把球体推向下游的密封面，从而达到密封的要求。所以一般浮动球式

6、低温球阀的密封结构为上游密封圈采用弹簧预紧式密封结构，泄压采用在球体上钻孔的方式。由于上游介质的压力高，一般阀门的泄压方向都采用向上游泄压。弹簧预紧式阀座可以使球体在弹簧的作用下，压向下游密封圈。这种密封结构的好处是使密封更可靠，同时球阀开启扭矩也会减小。球体上钻孔可以使阀腔与阀门上游相通，避免阀腔因介质气化膨胀而局部升压。  固定球式超低温球阀的密封一般是双向密封，即上下游密封圈要同时起到密封的作用。上游密封圈用单活塞式密封阀座，下游密封圈用双活塞式密封阀座。单活塞阀座的原理为单向活塞式的作用，在密封副的设计上，

7、考虑到因密封面两个方向作用力的差值而产生的作用力方向的不同，从而使密封副在压力差的推动下，产生相应方向的活塞运动（单活塞效应）。正常压力下前阀座单活塞密封示意图见图1，在上游管道正常推力P1大于反向推力P2时（P1>P2），在压力差的作用下，把密封圈压向球体，达到密封；而在阀腔压力升高时，在此压力的作用下，推开密封圈，使阀腔里的气体泄向上游管道。 图1正常压力下前阀座单活塞密封示意图      中腔泄压时前阀座单活塞密封示意图见图2，当阀门中腔有异常压力时，中腔压力大于流体压力，且压力差产生的推力满足P3>P4+P

8、5(P3为阀腔压力作用在图示作用面上的推力,P4为流体作用在阀座上端推力，P5为弹簧推力)，阀座在压力的推动下，离开球体，泄放压力。图2中腔泄压时前阀座单活塞密封示意图  双活塞阀座的原理与单活塞阀座的原理类似，只是在密封圈的设计上，要保证无论在下游管道压力高于阀腔压力时，还是在阀腔压力高于下游管道压力时，密封圈都能达到密封，从而避免阀腔气体向下游泄压并保护