1、概述

　　管線旋塞閥是用于長輸天然氣管線及場站控制系統的切斷閥門, 能夠滿足天然氣管線特殊要求。該閥要求具有適合苛刻工況、使用壽命30年以上、雙向零泄漏、防火和防靜電、耐酸性介質腐蝕、以及操作省力等特殊技術性能。管線旋塞閥執行的技術標準是API 6D5石油和天然氣工業管線輸送系統管線閥門6和API 5995法蘭和焊連接的金屬旋塞閥6。目前, 國內天然氣管線及場站控制系統使用的旋塞閥全部采用進口的倒裝平衡式油密封旋塞閥。管線旋塞閥的國產化開發及在長輸天然氣管線系統推廣應用具有重要作用。

2、閥門結構

圖1 管線旋塞閥

圖2 旋塞

　　管線旋塞閥(圖1)采用倒裝旋塞(圖2)壓力平衡式油密封結構。該閥由閥體、閥桿、旋塞、底蓋、聯軸平衡環、預壓彈簧、旋塞調整桿、底蓋密封調整墊片、注脂閥、閥桿密封組件等組成。底部密封調整墊片通過底蓋壓緊實現閥體中腔與外界的完全隔離, 密封可靠, 無泄漏。底部閥蓋上安裝有帶保護罩的調節螺釘, 可方便調整旋塞的位置及密封副預緊。閥門可按需要配置氣動、電動、液動執行機構。旋塞表面硬化處理并開有特殊油槽回路, 閥體外有雙密封油脂注入裝置, 一個是通過注入油脂對閥桿實現緊急密封, 另一個是將油脂注入到閥體上腔。錐形旋塞體的小端通過平衡環與閥桿連接, 閥體底部閥蓋上裝有調節支撐, 可以調整旋塞的位置。閥門采用防火設計, 有靜電導出裝置, 過流通道有全徑、規則孔及文丘里孔等類型。閥門材料可采用碳鋼、低溫鋼、不銹鋼及合金鋼。驅動方式有電動、氣動和手動等。

3、工作原理及性能特點

　　管線旋塞閥是通過閥桿旋轉90度使旋塞上的通道口與閥體上的通道口接通或斷開, 實現閥門開啟或關閉。通過該閥閥腔上部設計的注脂閥注入密封油脂, 該油脂在注入壓力作用下通過旋塞表面的特殊油槽均勻涂抹在密封面上, 形成致密的油膜層實現閥門雙向密封并起潤滑密封面的作用。在旋塞大端開有通流的小孔, 使管道介質能進入旋塞底部, 旋塞在底部介質力推動下向上緊貼閥體倒錐面。旋塞小端裝有單向閥, 當閥腔上部的注脂壓力高于管道介質壓力時單向閥截止, 當閥腔上部的油脂壓力低于介質壓力時管道介質通過單向閥進入閥體上腔以補充油脂壓力。同時旋塞在上腔油脂壓力及旋塞自重力作用下與旋塞底部向上的介質推力保持平衡, 可以大大減輕密封面的密封比壓, 降低閥門操作力矩, 延長閥門使用壽命。

　　管線旋塞閥與普通襯套式旋塞閥相比, 具有扭矩小, 密封性能好, 使用壽命長, 適用范圍寬, 旋塞位置可以調整等特點。

4、設計

4.1、閥體

　　閥體(圖3)采用倒鐘式結構整體鑄造, 強度高, 剛性好, 受力均勻, 閥體和閥門質量重心與管道重心基本重合, 操作穩定性好。閥體壁厚按計算取值并經有限元分析優化。閥體密封錐面采用高速精磨及研磨加工, 表面粗糙度精度小于Ra018Lm。

4.2、旋塞

圖3 閥體

　　旋塞采用倒裝式整體鍛造, 精密機械加工并研磨后表面粗糙度可達Ra 014Lm。旋塞表面采用氮化、鍍鎳磷合金或噴涂硬質合金等表面處理方法提高表面硬度。超音速噴涂硬質合金的表面硬度可達65HRC 以上, 鍍鎳磷合金并經熱處理后, 其表面硬度可達58～60HRC。在油膜潤滑下具有超強的耐磨性能。旋塞錐體上部(小端)有一止回閥, 可補償閥腔上部的注油壓力。旋塞下部(大端)開有平衡孔, 可將介質壓力引入旋塞底部。

4.3、密封副

　　管線旋塞閥密封副采用金屬密封加注油脂密封結構。由于密封油脂的填充占位作用, 介質中的固體顆粒物不會進入密封面, 對密封面有非常好的保護作用。因油脂的潤滑使閥門操作力矩小, 操作省力。旋塞表面上特殊的非對稱油槽設計, 轉動旋塞時密封脂自動加注無泄漏, 保證油膜完整, 密封可靠。這種非對稱的油槽設計油耗損失非常小, 延長了油脂的加注時間和使用周期。錐面密封使密封接觸面積大, 油膜潤滑, 使用壽命長。

4.4、閥桿及閥桿密封

　　閥桿強度和密封性能是影響閥門操作及閥門整體性能的主要因素之一。閥桿的受力主要來自于填料處的摩擦力、操作扭矩及介質的推力。閥桿與旋塞采用滑環式連接方式, 可減小閥桿中心與旋塞錐面的同心度誤差, 改善閥桿的受力條件和操作性能。閥桿采用防脫出設計, 可在線更換填料密封件。閥桿密封采用防火填料、O 形圈、加注密封脂三重密封設計, 閥桿機加工后表面粗糙度可達Ra 014Lm, 完全滿足閥桿密封低泄漏要求, 可長期可靠工作, 免緊固維護。閥桿采用4140材料整體鍛造, 并加調質處理, 強度高, 韌性好。閥桿表面采用氮化或鍍鎳磷合金, 表面硬度高, 抗摩擦磨損。

4.5、閥蓋及底部結構

　　底部閥蓋是閥門底部承壓件, 同時又是底部密封墊片、底部調節桿的固定和安裝支撐件, 要求具有高的剛度和強度。其設計制造執行ASME規范關于法蘭蓋的設計要求。底部閥蓋的密封采用整體密封墊完全隔離式結構, 在保證閥蓋螺栓緊固力時閥門具有可靠的密封。安裝在閥蓋底部的調節桿采用內置式結構。調整完成后旋緊壓蓋完全零泄漏。底部調節桿支承旋塞, 導出旋塞因各種原因產生的靜電。

5、結語

　　西氣東輸一號線建成后, 國內進口了大量管線旋塞閥, 促進和推動了閥門制造企業開發該產品。經不斷消化吸收國外新技術, 對該產品的不斷完善和改進。新一代油密封旋塞閥實現了雙向零泄漏, 密封性能好, 使用安全可靠, 閥門扭矩小, 操作省力, 油膜潤滑無磨損, 使用壽命長, 可廣泛應用于天然氣管網及場站控制系統。