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進口固定式鈦球閥的設計與研制
發(fā)布時間:2020/11/27
鈦因其良好的機械性能和優(yōu)異的耐腐蝕性，被廣泛應用于化工、醫(yī)藥衛(wèi)生、制鹽、氯堿、航空等城市。主要用于化工行業(yè)的壓力容器、輸送管道和泵閥。其中，鑄鐵固定球閥因其良好的密封性能、優(yōu)異的耐腐蝕性和對高工作壓力的適應性而被廣泛應用于石油和化工行業(yè)。目前國內沒有固定式鈦球閥，只有浮動式鈦球閥。世界上只有美國、德國、日本等少數(shù)國家能生產(chǎn)固定式鈦球閥。為了滿足石油化工行業(yè)對工作壓力高、密封性能好、耐腐蝕性能好的要求，拓寬鈦材料的應用范圍，設計開發(fā)了固定式鈦球閥。開發(fā)了DN80、DN50、DN40、DN25。并采用了壓力高達9.8MPa的固定式鈦球閥，填補了國內空白，為大批量生產(chǎn)奠定了基礎，為大型石化企業(yè)耐腐蝕設備的國產(chǎn)化改造提供了技術和物質保障。
介紹了固定式鈦球閥的設計計算過程、主要開發(fā)過程及特點。
1設計開發(fā)。
1.1設計計算。
1.1.1設計技術參數(shù)。
工作介質:乙酸；
使用溫度:225℃；
設計壓力:9.8兆帕；；
公稱尺寸:80mm。
1.1.2材料選擇。
根據(jù)使用溫度和醋酸濃度，發(fā)現(xiàn)鈦的腐蝕速率<0.127mm/a，與耐腐蝕不銹鋼等有色金屬相比，TA2滿足使用條件。根據(jù)使用的工作壓力，為保證其結構強度，選用TA2鍛件。根據(jù)使用溫度和工作壓力選擇柔性石墨和浸銻石墨作為密封材料。
1.1.3設計和計算。
(1)閥體壁厚設計。
公式為sb=dn(k0-1)/s+c，計算結果為16mm。
(2)閥蓋與閥體連接螺栓的選擇。
根據(jù)使用壓力，1Cr18Ni9Ti螺栓和8個M30mm×55mm的螺栓可以滿足強度要求。
根據(jù)公式，進出口法蘭蓋與閥體之間的連接螺栓采用8個M30mm×45mm1Cr18Ni9Ti的螺栓，滿足強度要求。
1.2關鍵技術。
由于使用壓力高達9.8兆帕，密封和承壓是關鍵技術，在開發(fā)過程中采取了三項措施解決這一關鍵技術問題。
(1)保證球體與上下球桿的同軸度；
②保證上下球桿與80mm通孔的垂直度；
③保證球面粗糙度。
通過設計專用工裝夾具和加工密封工藝，實現(xiàn)了密封和承壓的目的，首次試驗成功。
1.3結構特征。
與浮動球閥相比，鈦固定球閥有以下三個特點。
(1)在密封原理上，采用后密封。
(2)適用于高壓粘稠液體。
普通浮動鈦球閥在高壓下不可靠。當介質為粘性液體時，球體與密封圈之間微小的浮動間隙容易造成堵塞，使閥門難以啟閉或失去密封功能。固定式鈦球閥，由于使用彈簧，使密封圈始終與球體保持緊密接觸，并采用高壓介質，達到良好的密封效果。
(3)采用封線。
普通浮動鈦球閥的球體和密封圈之間有一個球形密封，單位面積比壓小。高壓時，微觀表面的凸凹點容易造成泄漏，達不到密封要求。固定式鈦球閥采用球體與密封圈之間的線密封，增加了單位面積的密封比壓，壓力越高，密封效果越好，從而保證了高壓運行的可靠性。
2結論。
(1)設計開發(fā)的固定式高壓鈦球閥滿足石化行業(yè)需要，使用效果良好。
(2)固定式高壓鈦球閥具有高壓運行可靠、密封性好的特點。
(3)設計開發(fā)的固定式高壓鈦球閥技術水平國內領先，已達到國際同類產(chǎn)品水平。
介紹了固定式鈦球閥的設計計算過程、主要開發(fā)過程及特點。
1設計開發(fā)。
1.1設計計算。
1.1.1設計技術參數(shù)。
工作介質:乙酸；
使用溫度:225℃；
設計壓力:9.8兆帕；；
公稱尺寸:80mm。
1.1.2材料選擇。
根據(jù)使用溫度和醋酸濃度，發(fā)現(xiàn)鈦的腐蝕速率<0.127mm/a，與耐腐蝕不銹鋼等有色金屬相比，TA2滿足使用條件。根據(jù)使用的工作壓力，為保證其結構強度，選用TA2鍛件。根據(jù)使用溫度和工作壓力選擇柔性石墨和浸銻石墨作為密封材料。
1.1.3設計和計算。
(1)閥體壁厚設計。
公式為sb=dn(k0-1)/s+c，計算結果為16mm。
(2)閥蓋與閥體連接螺栓的選擇。
根據(jù)使用壓力，1Cr18Ni9Ti螺栓和8個M30mm×55mm的螺栓可以滿足強度要求。
根據(jù)公式，進出口法蘭蓋與閥體之間的連接螺栓采用8個M30mm×45mm1Cr18Ni9Ti的螺栓，滿足強度要求。
1.2關鍵技術。
由于使用壓力高達9.8兆帕，密封和承壓是關鍵技術，在開發(fā)過程中采取了三項措施解決這一關鍵技術問題。
(1)保證球體與上下球桿的同軸度；
②保證上下球桿與80mm通孔的垂直度；
③保證球面粗糙度。
通過設計專用工裝夾具和加工密封工藝，實現(xiàn)了密封和承壓的目的，首次試驗成功。
1.3結構特征。
與浮動球閥相比，鈦固定球閥有以下三個特點。
(1)在密封原理上，采用后密封。
(2)適用于高壓粘稠液體。
普通浮動鈦球閥在高壓下不可靠。當介質為粘性液體時，球體與密封圈之間微小的浮動間隙容易造成堵塞，使閥門難以啟閉或失去密封功能。固定式鈦球閥，由于使用彈簧，使密封圈始終與球體保持緊密接觸，并采用高壓介質，達到良好的密封效果。
(3)采用封線。
普通浮動鈦球閥的球體和密封圈之間有一個球形密封，單位面積比壓小。高壓時，微觀表面的凸凹點容易造成泄漏，達不到密封要求。固定式鈦球閥采用球體與密封圈之間的線密封，增加了單位面積的密封比壓，壓力越高，密封效果越好，從而保證了高壓運行的可靠性。
2結論。
(1)設計開發(fā)的固定式高壓鈦球閥滿足石化行業(yè)需要，使用效果良好。
(2)固定式高壓鈦球閥具有高壓運行可靠、密封性好的特點。
(3)設計開發(fā)的固定式高壓鈦球閥技術水平國內領先，已達到國際同類產(chǎn)品水平。
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