1．概述

由于受場(chǎng)地的限制，安慶石化煤氣化工程原擬大量選用國(guó)外進(jìn)口的大口徑、高溫高壓三偏心硬密封蝶閥(t<425℃，PN600LB，DN600)，后出于工程造價(jià)的考慮，安慶石化委托合肥通用機(jī)械研究院開(kāi)發(fā)高性價(jià)比的超短型高壓閘閥替代進(jìn)口高壓三偏心蝶閥。業(yè)主要求參照國(guó)際公認(rèn)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，短型閘閥的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度比標(biāo)準(zhǔn)閘閥縮短約50％，流通能力與相同規(guī)格的高壓三偏心蝶閥相當(dāng)，強(qiáng)度和密封性能符合APl598的要求。

2．設(shè)計(jì)規(guī)范

超短型高壓閘閥的總體設(shè)計(jì)要符合API600的要求。因?yàn)榉ㄌm距縮小，造成法蘭和閥體中腔融合，個(gè)別法蘭連接孔需羅紋護(hù)套設(shè)計(jì)；超短型閥體承壓后的應(yīng)力分布與標(biāo)準(zhǔn)閘閥閥體的應(yīng)力分布有所不同，閥體參照APl600要求設(shè)計(jì)后，還需用有限元進(jìn)行校核。

2．1 壁厚設(shè)計(jì)

根據(jù)APl600的要求，超短型高壓閘閥的壁厚是按美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ANSI B16.34《閥門法蘭連接和對(duì)焊連接》附錄G中，關(guān)于閥體最小壁厚t的計(jì)算值再增加附加裕量6.3mm得出。t的計(jì)算公式是以薄壁圓筒為基礎(chǔ)得出的：

t——閥體計(jì)算壁厚(未考慮附加裕量)(mm)；

DN——公稱通徑或口徑(mm)；

PN——公稱壓力(MPa)；

K₁——壁厚系數(shù)，當(dāng)PN大于5MPa時(shí)，K₁=1；

S——閥體材料的許用應(yīng)力，S=118MPa

2．2 閥體中腔設(shè)計(jì)

對(duì)于公稱壓力300LB以上的閥門，其中腔采用正圓形狀，用球形封頭做底。閥體承壓時(shí)，此種結(jié)構(gòu)可使閥體內(nèi)部的應(yīng)力均勻分布，防止局部應(yīng)力集中，并能保證足夠的應(yīng)力儲(chǔ)備，以避免異常升壓對(duì)閥門造成的損壞。

2．3 閥體中法蘭的設(shè)計(jì)

參照標(biāo)準(zhǔn)法蘭：在閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)閥門公稱通徑、流道設(shè)置以及啟閉件、導(dǎo)向件尺寸等。通過(guò)設(shè)計(jì)制圖可以初步確定閥體中腔尺寸和中法蘭密封面型式。然后，根據(jù)中腔內(nèi)徑尺寸，參照對(duì)應(yīng)于閥門公稱壓力和中法蘭密封面型式相同的標(biāo)準(zhǔn)法蘭系列，將公稱通徑與閥體中腔內(nèi)徑相等(或相近)的標(biāo)準(zhǔn)法蘭尺寸作為閥體中法蘭的設(shè)計(jì)尺寸。

2．4 連接法蘭羅紋護(hù)套設(shè)計(jì)

閥門結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度比ANSI B16·10中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度短了約50％，而閥體中腔采用耐壓性能好的圓形結(jié)構(gòu)，使閥門的連接法蘭與閥體中腔部分融合，導(dǎo)致法蘭羅紋護(hù)套設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖1和圖4。超短型閘閥的羅紋護(hù)套孔數(shù)量與被替代的同規(guī)格三偏心蝶閥相當(dāng)，羅紋護(hù)套深度和位置不應(yīng)該對(duì)閥體的強(qiáng)度造成影響。閥體連接法蘭羅紋護(hù)套采用彈性鋼絲螺紋保護(hù)套設(shè)計(jì)，有效消除因熱脹冷縮產(chǎn)生的管道應(yīng)力對(duì)絲扣的破壞。

2．5 流道設(shè)計(jì)

超短型閘閥的流量不小于同規(guī)格的蝶閥，因此可以參照同規(guī)格三偏心蝶閥的流通面積，對(duì)超短型閘閥的流道進(jìn)行適當(dāng)?shù)目s徑設(shè)計(jì)。對(duì)于縮徑閘閥，

因此可以通過(guò)合理安排閥門結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度L，閥門喉徑DT以及閥體的開(kāi)襠值K之間的關(guān)系，使θ盡量小，以降低閥門的流動(dòng)阻力系數(shù)ξ，如圖2所示。

2．6 閥體校核和高彈性閘板設(shè)計(jì)

超短型閥體承壓后的應(yīng)力分布與標(biāo)準(zhǔn)閘閥閥體的應(yīng)力分布有所不同，用有限元方法校核閥體設(shè)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)圖3。閥體材料為碳鋼，對(duì)連接法蘭和中法蘭加固定約束，閥體內(nèi)腔加壓10.OMPa，結(jié)果顯示閥體與流道交接處的應(yīng)力最大，此處馮氏應(yīng)力值1.261e+008N/m²<材料屈服應(yīng)力2.206e+008N/m²，強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全；閥體的變形量最大值
O.1657mm<0.001DN，閥體剛度合格。

對(duì)大口徑閥門，考慮到溫度和管道應(yīng)力等因素會(huì)影響閥門的密封性能，為此在閥體內(nèi)腔和外部增添加強(qiáng)肋，以增強(qiáng)其剛性，進(jìn)一步控制體腔變形；高彈性閘板設(shè)計(jì)適應(yīng)閥體的微小變形和介質(zhì)溫度的交變，也有利于增強(qiáng)閥門密封性能，防止閘板的卡死。

3．應(yīng)用情況

超短型閘閥結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度和重量比同規(guī)格閘閥減小了約50％，流量與同規(guī)格三偏心蝶閥相當(dāng)，閥門的使用工況見(jiàn)表l，外形見(jiàn)圖5。超短型閘閥自2006年投產(chǎn)以來(lái)，運(yùn)行良好，一致反映該閥操作輕便，密封可靠，完全滿足生產(chǎn)需要。

4．結(jié)論

超短型高壓閘閥的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度約為同規(guī)格閘閥結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度的50％，適合在狹窄空間安裝，流通能力不小于同規(guī)格蝶閥，操作力矩小，密封可靠。超短型閘閥在煤氣化工程的CO變換單元和低溫甲醇洗單元中成功替代了進(jìn)口三偏心蝶閥，為企業(yè)節(jié)約了大量資金。

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