管線球閥的結構特征與功能設計

管線球閥作為緊急切斷閥，除了將流體切斷之外，還有很多其他的功能需求，這些功能性的需求經過幾十年的發展和改進，已具備較為統一的結構形式，這些結構形式和功能性設計是：固定球浮動閥座；組合密封功能的閥座；閥座單活塞致應設計—— 自排放功能；閥座雙活塞效應設計——雙重密封功 能；雙截止-排放（DBB）功能；雙隔離-排放（DIB）功能；腔體壓力安全泄放；失火安全（fir^safe）;防靜電；閥桿與密封座緊急狀態下密封脂注射；驅動軸的安全設計與閥桿延伸；閥門的限位。

（1）固定球浮動閥座結構

所有管線球閥都是固定球浮動閥座（圖3-38）的設計，球體繞球體的幾何中心做開關90°角回轉，保持回轉中心不變，兩個各自獨立的浮動閥座，保證閥門在兩個流體方向壓差作用下的密封（bi-direction），

浮動閥座在彈簧加載下，即使在低的壓差情況下，仍使閥門獲得可靠的密封。

（2）組合密封功能的閥座

由于長輸管線輸送的原油和天然氣不可能是潔凈的，管道需要定期清管，而又要求在30年的服役期內確保密封的可靠性，這樣就設計一個組合密封座來滿足這一功能要求。其結構如圖3-39所示。它是由金屬閥座、塑料密封環、背彈簧、閥座與閥體之 間的橡膠密封環以及注脂噴嘴及其密封脂注入通道組成的，這一功能被描述為：金屬閥座與球面金屬對金屬的硬密封，防止固體顆粒落入次級軟密封； 塑料或橡膠的軟密封，滿足30年服役期密封可靠性要求；緊急情況下，例如軟密封或球面出現劃痕， 通過注脂噴嘴注入密封脂，滿足緊急狀態下臨時密封的需要。

（3） 閥座單活塞效應設計——自排放功能

作為一種樣本設計，閥座設計具有自泄放功能， 并稱之為“單活塞效應”（single piston effect）設計。

這是一種截止型的閥座設計。對于這種情況，當進口 端管道壓力高于腔體壓力時，作用在閥座上的介質作用力，其合力是將閥座推向球體，如圖3-40所示：A —OB—C。腔體壓力高于出口端管道壓力，作用在閥座上的介質力，其合力是將閥座推離球體，如圖 3-40所示：D—E>D—F0這一種功能性設計zui終截止了上游端介質流動，而腔體壓力大于出口端管線的壓力時，并能克服下游端閥座的彈簧力，可自動泄放 （self-relieving）至出口端管道，這一功能稱之為腔體壓力異常升高時的自泄放功能。

（4） 閥座雙活塞效應設計——雙重密封功能

如果客戶需要，閥座可以被設計成雙活塞效應 （double piston effect）,這種設計不管管線壓力高于腔體壓力，或者腔體壓力高于管道壓力，均使介質對閥座產生的力使閥座推向球體，如圖3-41所示：A— OB—C和D —£：>D —F。即閥座不管兩端壓差如 何，均能隔斷閥門兩端的介質流動，是一種隔離型閥座設計，對整個閥門而言，具有雙重密封的效果，對于這一情況，當腔體壓力升高時，閥體應具有外部壓力泄放閥，防止其腔體超壓。

雙截止排放（DBB）功能和雙隔離排放 （DIB）功能雙截止-排放與雙隔離-排放的功能是指對于一個

具有兩個密封座的閥門，無論閥門處于開啟狀態或者關閉狀態，腔體中充滿壓力，如底部的排污閥需要排放，進口端和出口端的閥座應該切斷進口和出口的流體，以保證排放時的安全。如果設計的閥座是單向的，截止型閥座就是“雙截止-排放”功能，英文名稱為double brock and bleed,簡稱DBB功能。如果設計的閥座是隔離型閥座，即流體被隔離型閥座離隔，既不能從上下游流人腔體，也不能從腔體流向上下游，對于這一隔離型閥座的設計，這一功能稱為 “雙隔離排放” （double isolating and bleed），簡稱DIB功能，如圖3-42所示，這一功能是保證操作工人打開底部排污閥排放時操作的安全。

（6） 腔體壓力安全泄放

對于一個有兩個密封座的閥門，腔體中可能有介質積聚，如果這種介質隨溫度升高而膨脹或相變，從而可能引起腔體壓力升高，那么對于上下游閥座設計成隔離型閥座的，就是腔體壓力不可能自身泄放至上下游管道的，應設置一個安全閥來泄放腔體內異常升高的壓力， 以保證壓力邊界的完整。如圖3-43所示，安全泄放閥的泄放壓力不超過zui高工作溫度其壓力額定值的1.33倍。

（7） 失火安全

fi^safe—詞的翻譯為“失火安全”，并非“防 火”。其意義是要求閥門在遇到火災時是安全的。安全是指其內，外泄漏量不超過API 607所規定允許值，在結構上為保證這一安全，在四個泄漏點上就有失火安全的設計。閥座的錐面與球面之間，一旦軟密 封被燒毀應使錐面和球面金屬對金屬接觸；閥座與閥體之間，除橡膠0形圈軟密封之外，應有一個石墨密封圈；主副閥體之間，除橡膠0形圈之外，應設 置一個金屬纏繞式墊片或者石墨墊；軸的填料處，應設置一個石墨密封環，這就是管線球閥的失火安全結構。

（8） 防靜電結構設計

防靜電結構是指具有兩個非金屬材料制造的密封座的球閥，球體轉動可能產生靜電的集聚，應及時與閥體導通。其方法是在軸的頭部有一小孔，內置一個彈簧和鋼球，使其與球體相接觸，在軸桿的徑向部位也有一小孔，內置一個彈簧和鋼球，使其與填料函內壁相接觸，這樣球體上可能產生的靜電導入閥體，而閥是接地的，如圖3-44所示。

（9） 閥桿的密封

閥體與球是分離的，球軸上作用著介質的推力， 在軸肩處置一個平面軸承，由于介質作用在球上的力已被分離，作用在支承板上，軸只承受單一的轉矩， 軸上無側向力的作用，提高軸頸處密封的可靠性，采 用二級O形圈和石墨環密封結構（圖3-45）。

（10） 緊急情況下閥桿與閥座密封脂的注入

當發現閥桿填料泄漏時，在填料箱側面設置一個密封脂的注入接頭，供密封脂注人來消除閥桿處的泄漏，結構如圖3-46所示。

（11） 傳動鏈的安全與開關位置限位

按照API 6D規定，傳動鏈設計強度應按設計轉矩或者實際測定同規格閥門轉矩的2倍。而且傳動鏈zui取薄弱的截面應在閥門的壓力邊界外面，閥門的開與關的位置應地限定。對于直埋地下的閥門，閥桿應被接長。圖3-47所示是Velan公司的傳動鏈——加長閥桿的設計，閥門的開關位置通過閥桿的鍵在外部連接板90°弧形凹槽中限定（圖3-48）。

（12） 直埋地下

對于直埋地下的閥門（圖3-49）除了閥桿被伸長到地表之外，所有的接管：注脂管、排污管、腔體壓力泄放并引至地表，注脂閥、排污閥、壓力泄放閥亦置于地表，并在閥前增加一只隔離閥。

（13） 硫化工況設計

對于硫化工況，可能產生應力腐蝕，特別是對于濕的硫化氫，這種材料的選用與制造滿足NACE MR0175標準的要求，工藝與介質接觸的零件，做材料硬度試驗，符合標準要求。如果需要，供方應提供硫化物應力腐蝕SSC和氫致開裂HIC腐蝕試驗報告。

來源：上海自動化儀表銷售網（www.40017.net）

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