上海沪工阀门厂(集团)有限公司

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钛以其良好的机械性能及优异的耐蚀性,广泛应用于化工、医药卫生,制盐、氯碱、航空等领城。在化工方面主要用作压力容器,输送管线及泵阀。其中铁制固定式球阀,以其良好的密封性,优异的耐蚀性能及适应高的工作压力等特点,广泛应用于石油、化工行业。目前,国内没有固定式钛球阀,只有浮动式钛球闷,在世界上只有美国、德国、日本等少数国家可以生产固定式钛球阀,为了满足石化行业使用工作压力高、密封性好、具有良好的耐蚀性等要求,拓宽钛材的使用范围,进行了固定式钛球阀的设计与研制.研制出了 DN80,DN50,DN40,DN25,且使用压力高达 9.8MPa 的固定式钛球阀,填补了国内空白,为批量生产奠定了基础,为大型石化企业耐腐蚀设备的国产化改造提供了技术及物质保证。

本文阐述固定式钛球阀的设计计算过程,主要研制工艺及其特点。

1 设计与研制

1.1 设计计算

1.1.1 设计技术参数

工作介质:醋酸;

使用温度:225℃;

设计压力:9.8MPa;

公称通径:80mm。

1.1.2 材料选择

根据使用温度及醋酸的浓度,查知钛的腐蚀率为 <0.127mm/a,和耐蚀不锈钢及其它有色金属相比,选择 TA2即符合使用条件;根据使用的工作压力,为了保证其结构强度,选择 TA2 锻造件;根据使用温度、工作压力,选择柔性石墨和浸锑石墨做密封材料。

1.1.3 设计计算

(1)阀体壁厚的设计

采用公式:SB=DN(K0-1)/s+C,计算结果为 16 mm

(2)阀盖与阀体之间联接螺栓的选择

根据使用压力,选择 1Cr18Ni9Ti 螺栓,选取 M30mm×55mm 的螺栓 8 个即可满足强度要求。

根据公式算得进、出口法兰盖与阀体之间连接螺栓用 M30mm×45mm 的 1Cr18Ni9Ti 螺栓 8 个,即可满足强度要求。

1.2 技术关键

由于使用压力高达 9.8MPa,因此,密封及承压是技术关键,在研制过程中,采用了 3 项措施,解决了这一关键技术问题。

① 保证球体与上下球杆的同轴度;

② 保证上下球杆与 Φ80mm 通孔的垂直度;

③ 保证球面粗糙度。

通过设计专门的工装胎具及加工与密封工艺,达到了密封与承压目标,一次试较成功。

1.3 结构特点

钛制固定式球阀与浮动式球阀相比具有以下 3 个特点。

(1)在密封原理上,采用后密封。

(2)适用于高压、粘稠液体。

普通的浮动式钛球阀在高压时不可靠,在介质为粘稠液体时,球与密封环之间微小的浮动间隙易造成堵塞,从而使阀门启闭困难或失去密封作用。而采用固定式钛球阀,因使用了弹簧,使密封环与球体始终保持紧密接触,利用高压介质达到良好密封的效果。

(3)采用线密封

普通浮动式钛球阀的球体与密封环之间为球面密封,其单位面积上的密封比压小,且在高压时,微观面上的凸凹点易引起泄漏,达不到密封要求。而固定式钛球阀其球体与密封环之间采用线密封,增加了单位面积的密封比压,且压力越高,密封的效果越好,从而保证了高压工作的可靠性。

2 结论

(1)设计研制的固定式高压钛球阀,满足了石化工业的需要,使用情况良好。

(2)固定式高压钛球阀具有高压使用可靠、密封良好等特点。

(3)设计研制的固定式高压钛球阀,在技术水平上属国内领先,且达到了国际同类产品水平。


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