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球阀 介绍

球阀

球阀结构

球阀是由旋塞阀演变而来的,它的启闭件作为一个球体,利用球体绕阀杆的轴线旋转 90 度实现开启和关闭的目的。

球阀作用

球阀在管道上主要用于切断、分配和改变介质流动方向,设计成 V 形开口的球阀还具有良好的流量调节功能。
球阀不仅结构简单、密封性能好,而且在一定的公称通经范围内体积较小、重量轻、材料耗用少、安装尺寸小,并且驱动力矩小,操作简便、易实现快速启闭,是近十几年来发展最快的阀门品种之一。特别是在美、日、德、法、意、西、英等工业发达国家,球阀的使用非常广泛,使用品种和数量仍在继续扩大,并向高温、高压、大口经、高密封性、长寿命、优良的调节性能以及一阀多功能方向发展,其可靠性及其他性能指标均达到较高水平,并已部分取代闸阀、截止阀、调节阀。
随着球阀的技术进步,在可以预见的短时见内,特别是在石油天然气管线上、炼油裂解装置上以及核工业上将有更广泛的应用。此外,在其他工业中的大中型口径、中低压力领域,球阀也将会成为主导的阀门类型之一。

球阀的优点

  • 具有最低的流阻(实际上为零)。
  • 因在工作时不会卡住(在无润滑剂时),故能可靠地应用与腐蚀性介质和低沸点液体中。
  • 在较大地压力和温度范围内,能实现完全密封。
  • 可实现快速启闭,某些结构的启闭时间仅为 0.05~0.1s,以保证能用于试验台的自动化系统中。快速启闭阀门时,操作无冲击。
  • 球型关闭件能在位置上自动定位。
  • 工作介质在双面上密封可靠。
  • 在全开和全闭时,球体和阀座的密封面与介质隔离,因此高速通过阀门的介质不会引起密封面的侵蚀。
  • 结构紧凑、重量轻,可以认为它时用于低温介质系统的最合理的阀门结构。
  • 阀体对称,尤其时焊接阀体结构,能很好地承受来自管道的应力。
  • 关闭件能承受关闭时的高压差。
  • 全焊接阀体的球阀,可以直埋于地下,使阀门内件不受侵蚀,最高使用寿命可达 30 年,是石油、天然气管线最理想的阀门。

由于球阀有上述优点,所以适用范围很广,球阀可适用于:

  • 公称通经从 8mm 到 1200mm。
  • 公称压力从真空到 42MPa。
  • 工作温度从 -204℃~815℃。

球阀密封性

球阀最主要的阀座密封圈材料就是聚四氟乙烯(PTFE),它对几乎所有的化学物质都是惰性的,且具有摩擦系数小、性能稳定、不易老化、温度适用范围广和密封性能优良的综合性特点。但聚四氟乙烯的物理特性,包括较高的膨胀系数,对冷流的敏感性和不良的热传导性,要求阀座密封的设计必须围绕这些特性进行。阀座密封的塑性材料也包括填充聚四氟乙烯、尼龙和其他许多材料。但是,当密封材料变硬时,密封的可靠性就要受到破坏,特别是在低压差的情况下。此外,像丁青橡胶这样的合成橡胶也可用作阀座密封材料,但它所适用的介质和使用的温度范围药受到限制。另外,如果介质不润滑,使用合成橡胶容易卡住球体。

为了满足高温、高压、强冲蚀、长寿命等工业应用的使用要求,近十几年来,金属密封球阀得到了很大的发展。尤其在工业发达的国家,如美国、意大利、德国、西班牙、荷兰等,对球阀的结构不断改进,出现全焊接阀体直埋式球阀、升降式球阀、使球阀在长输管线、炼油装置等工业领域的应用越来越广泛,出现了大口径(3050mm)、高压力(70MPa)、宽温度范围(-196~815℃)的球阀,从而使球阀的技术达到一个全新的水平。

球阀设计与制造

由于计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)以及柔性制造系统(FMS)在阀门行业的应用,使球阀的设计和制造达到一个全新的水平。不但全面革新了阀门的设计计算方式,减轻了专业技术人员繁重的重复性常规设计工作,使技术人员有更多的精力用于改进、提高产品性能和新产品开发,缩短新产品的研究开发周期、全面提高劳动生产率,而且在升降杆式金属密封球阀的研制开发过程中,由于 CAD/CAM 的应用,出现了由计算机辅助设计、由计算机辅助数控机床加工制造的阀杆螺旋扁,使金属密封球阀在启闭过程中无任何擦伤和磨损,从而使球阀的密封性和使用寿命大大提高。球阀在完全开启时,流阻很小,几乎等于零,因此等径球阀广泛应用于石油天然气管线中,因为容易清扫管线。由于球阀的球体在启闭过程中带有擦拭性,故大多数球阀可用于带悬浮固体颗粒的介质中,依据密封圈的材料也可用于粉状和颗粒状的介质。

球阀适用场合

由于球阀通常用橡胶、尼龙和聚四氟乙烯作为阀座密封圈材料,因此它的使用温度受到阀座密封圈材料的限制。球阀的截止作用是靠金属球体在介质的作用下,于塑料阀座之间相互压紧来完成的(浮动球球阀)。阀座密封圈在一定的接触压力作用下,局部地区发生弹塑变形。这一变形可以补偿球体的制造精度和表面粗糙度,保证球阀的密封性能。
又由于球阀的阀座密封圈通常采用塑料制成,故在选择球阀的结构和性能上,要考虑球阀的耐火和防火,特别是在石油、化工、冶金等部门,在易燃、易爆介质的设备和管路系统中使用球阀,更应注意耐火和防火。
通常,在双位调节、密封性能严格、泥浆、磨损、缩口通道、启闭动作迅速(1/4 转启闭)、高压截止(压差大)、低噪声、有气穴和气化现象、向大气少量渗漏,操作力矩小、流体阻力小的管路系统中,推荐使用球阀。
球阀也适用于轻型结构、低压截止(压差小)、腐蚀性介质的管路系统中。
在低温(深冷)装置和管路系统中也可选用球阀。
在冶金行业的氧气管路系统中,需使用经过严格脱脂处理的球阀。
在输油管线和输气管线中的主管线需埋设在地下时,需使用全通径焊接式球阀。
在要求具有调节性能时,需选用带V形开口的专用结构的球阀。
在石油、石油化工、化工、电力、城市建设中,工作温度在 200℃ 以上的管路系统可选用金属对金属密封的球阀。

球阀适用原则

  • 石油、天然气的输送主管线、需要清扫管线的,又需埋设在地下的,选用全通经、全焊接结构的球阀;埋设在地上的,选择全通经焊接连接或法兰连接的球阀;支管,选用法兰连接、焊接连接,全通经或缩径的球阀。
  • 成品油的输送管线和贮存设备,选用法兰连接的球阀。
  • 城市煤气和天然气的管路上,选用法兰连接和内螺纹连接的浮动球阀。
  • 冶金系统中的氧气管路系统中,宜选用经过严格脱脂处理,法兰连接的固定球球阀。
  • 低温介质的管路系统和装置上,宜选用加上阀盖的低温球阀。
  • 炼油装置的催化裂化装置的管路系统上,可选用升降杆式球阀。
  • 化工系统的酸碱等腐蚀性介质的装置和管路系统中,宜选用奥氏体不锈钢制造的、聚四氟乙烯为阀座密封圈的全不锈钢球阀。
  • 冶金系统、电力系统、石化装置、城市供热系统中的高温介质的管路系统或装置上,可选用金属对金属密封球阀。
  • 需要进行流量调节时,可选用蜗轮蜗杆传动的、气动或电动的带 V 形开口的调节球阀。

球阀安装注意事宜

安装前的准备 1、球阀前后管线已准备好。前后管道应同轴,两法兰密封面应平行。管道应能承受球阀的重量,否则管道上必须配有适当的支撑。
2、把阀前后管线吹扫干净,清除掉管道内的油污、焊渣和一切其它杂质。
3、核对球阀的标志,查明球阀完好无损。将阀全开全闭数次证实其工作正常。
4、拆去球阀两端连接法兰上的保护件。
5、检查阀孔清除可能有的污物,然后清洗阀孔。阀座与球之间即使仅有微小颗粒的异物也可能会损伤阀座密封面。
安装 1、把阀装上管线。阀的任何一端都可装在上游端。用手柄驱动的阀可安装在管道上的任意位置。但带有齿轮箱或气动驱动器的球阀应直立安装,即安装在水平管道上,且驱动装置处于管道上方。
2、阀法兰与管线法兰间按管路设计要求装上密封垫。
3、法兰上的螺栓需对称、逐次、均匀拧紧。
4、连接气动管线(采用气动驱动器时)。
安装后的检查 1、操作驱动器启、闭球阀数次,应灵活无滞涩,证实其工作正常。
2、按管路设计要求对管道与球阀间的法兰结合面进行密封性能检查。

球阀的维修

  • 必须先查明球阀上、下游管道确已卸除压力后,才能进行拆卸分解操作。
  • 分解及再装配时必须小心防止损伤零件的密封面,特别是非金属零件,取出 O 型圈时宜使用专用工具。
  • 装配时法兰上的螺栓必须对称、逐步、均匀地拧紧。
  • 清洗剂应与球阀中的橡胶件、塑料件、金属件及工作介质(例如燃气)等均相容。工作介质为燃气时,可用汽油(GB484-89)清洗金属零件。非金属零件用纯净水或酒精清洗。
  • 分解下来的单个零件可以用浸洗方式清洗。尚留有未分解下来的非金属件的金属件可采用干净的细洁的浸渍有清洗剂的绸布(为避免纤维脱落粘附在零件上)擦洗。清洗时须去除一切粘附在壁面上的油脂、污垢、积胶、灰尘等。
  • 非金属零件清洗后应立即从清洗剂中取出,不得长时间浸泡。
  • 清洗后需待被洗壁面清洗剂挥发后(可用未浸清洗剂的绸布擦)进行装配,但不得长时间搁置,否则会生锈、被灰尘污染。
  • 新零件在装配前也需清洗干净。
  • 使用润滑脂润滑。润滑脂应与球阀金属材料、橡胶件、塑料件及工作介质均相容。工作介质为燃气时,可用例如特 221 润滑脂。在密封件安装槽的表面上涂一薄层润滑脂,在橡胶密封件上涂一薄层润滑脂,阀杆的密封面及摩擦面上涂一薄层润滑脂。
  • 装配时应不允许有金属碎屑、纤维、油脂(规定使用的除外)灰尘及其它杂质、异物等污染、粘附或停留在零件表面上或进入内腔。
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