核心提示：摘 要：偏心金屬硬密封球閥的開關(guān)形式和閘閥一樣，是靠扭矩來實(shí)現(xiàn)的，扭矩越大，閥座的密封性能就越好；同時(shí)它開關(guān)時(shí)僅需將球體旋轉(zhuǎn)90o，關(guān)閉時(shí)間短，操作靈活，因此具有流通能力大、可調(diào)范圍廣、安全可靠、啟閉速度快等優(yōu)點(diǎn)，偏心金屬硬密封球閥已在一些新裝置建設(shè)和老裝置改造中取代了一部分閘閥而得到應(yīng)用。隨著現(xiàn)代機(jī)械加工工藝和新材料的不斷發(fā)展，球閥已不僅僅用在輸送水、壓縮空氣等低溫介質(zhì)以及對密封性能要求較低的管道上，在石油化工、冶金、電力等行業(yè)中，球閥已被廣泛應(yīng)用在工藝條件要求苛刻、介質(zhì)比較特殊的工業(yè)裝置上。尤其是偏心金屬硬密封球閥已被越來越多的人們所熟知和青睞。 偏心金屬硬密封球閥，根據(jù)球的形狀可分為半球形和整球形兩大類。本文主要就偏心半球形金屬硬密封球閥的特點(diǎn)及應(yīng)用作一介紹。 1 偏心半球形金屬硬密封球閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1.1 結(jié)構(gòu)型式 閥體采用整體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，閥桿與閥瓣采用三偏心結(jié)構(gòu)，采用金屬彈性密封固或波紋管密封，因此泄漏量少，安全可靠。另外手輪采用蝸輪蝸桿或氣動（電動）傳動機(jī)構(gòu)。閥瓣與閥桿采用三偏心結(jié)構(gòu) 閥門的閥瓣與閥桿采用三偏心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在關(guān)閉閥門的過程中，閥座與球體間的密封壓力能夠迅速增加，從而確保了密封副的可靠性。當(dāng)閥門開啟時(shí)，閥座與球體能迅速脫離，有效地減少了操作力矩，所以球體密封面不直接與閥體的密封面接觸。采用這種結(jié)構(gòu)形式，其密封面的磨損極小，不但密封性能很好，而且動作輕盈，操作靈活方便。 1.3 采用金屬彈性密封圈結(jié)構(gòu) 閥座密封面采用金屬彈性密封圈結(jié)構(gòu)，當(dāng)球體通過力矩傳遞至密封面時(shí)，使密封圈產(chǎn)生少量變形，達(dá)到密封目的，這種結(jié)構(gòu)（見圖2）僅用在溫度較低的場合。
閥座密封面采用波紋管密封，除了有上述功能外，它還可以在高溫情況下通過波紋管的變形來吸收熱膨脹，因此該結(jié)構(gòu)可以使用在溫度較高的場合。偏心半球形金屬硬密封球閥制造檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)與制造標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合：中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB12237和GB12221，以及B1223l；或美國標(biāo)準(zhǔn)API608，API6D和ANSI B16.10以及ANSI B16.34。 試驗(yàn)與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合：中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB13927；或美國標(biāo)準(zhǔn)API598。
偏心半球形金屬硬密封球閥的優(yōu)缺點(diǎn) 3.1 極佳的實(shí)用性能 （1）該球閥的全開啟狀態(tài)是一個(gè)完全無遮攔的通徑狀態(tài)，因此流體流經(jīng)閥門時(shí)壓力降很小，在要求壓力降小的場所，使用這種閥是最好的選擇。 （2）在輸送含有顆粒和容易在溝槽內(nèi)結(jié)焦的物料時(shí)，使用這種閥是最為理想的。 （3）該閥門的流通能力大，與其它閥門相比，在同口徑的條件下該閥額定流量系數(shù)（Kv）比其它任何一種閥門都要大，所以在相同流量情況下，所采用的這種閥門的直徑比其它閥門小許多。偏心半球形金屬硬封球閥的Kv值見表1。 （4）偏心半球形金屬硬密封球閥與整球形金屬硬密封球閥相比，具有結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。
表1 偏心半球形金屬硬密封球閥的Kv值
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公稱直徑/mm
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Kv值
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公稱直徑/mm
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Kv值
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40
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70
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200
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1765
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5O
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l1O
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250
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2750
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8O
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278
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300
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390O
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l00
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44O
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35O
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6350
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150
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994
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400
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10O50
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3.2 關(guān)閉性能好 在偏心半球形金屬硬密封球閥中是利用扭矩來關(guān)閉閥門的，僅需將球體旋90o就可實(shí)現(xiàn)開關(guān)，所用扭矩越大，閥座的密封性能越好。同時(shí)密封副是在同一平面內(nèi)的球形環(huán)狀密封，因此有極好的密封性能，能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13927及美國標(biāo)準(zhǔn)API598的要求，并且關(guān)閉速度快。 3.3 使用范圍廣泛和易于自動控制 偏心半球形金屬硬密封球閥可在如下場合使用：溫度-20~550 ℃，壓力等級2.0~10.0 MPa，在高溫場合其密封應(yīng)采用圖3結(jié)構(gòu)形式；介質(zhì)可以是氣體、液體和固體；用作火災(zāi)時(shí)使用的塔底緊急切斷閥最為理想。球閥的流量調(diào)節(jié)性能非常好，開關(guān)時(shí)僅需將球體旋轉(zhuǎn)90o，所以執(zhí)行機(jī)構(gòu)要比閘閥等直線行程的結(jié)構(gòu)簡單，開關(guān)速度快，能滿足工業(yè)裝置，尤其是石油化工、電力、冶金等危險(xiǎn)性行業(yè)的快速開啟（閉）要求，它也可配備自動控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為遙控遠(yuǎn)傳創(chuàng)造了條件。 3.4 使用壽命長且安全可靠 偏心半球形金屬硬密封球閥是一種金屬之間密封的閥門，它可以用碳鋼、合金鋼、不銹鋼等多種材料制造，以滿足各種工藝條件和生產(chǎn)過程。同時(shí)它與普通的橡膠或其它非金屬材料密封的球閥相比具有耐磨損和密封不變形、不泄漏的特性，因此使用壽命長。例如，在催化裂化裝置的催化劑加料管道上若安裝一臺閘閥，使用三個(gè)月就報(bào)廢，而更換一臺偏心半球形金屬硬密封耐磨球閥（密封面噴涂碳化鎢層），使用一年多仍完好，其壽命高出閘閥許多倍。由于金屬硬密封和偏心結(jié)構(gòu)，閥座與球體密封副之間無非金屬物，故火災(zāi)前后其密封面不會產(chǎn)生變形，因此在火災(zāi)中不會由于閥體密封的原因發(fā)生二次火災(zāi)，安全可靠。 3.5 普遍存在的缺點(diǎn) 偏心半球形金屬硬密封球閥結(jié)構(gòu)尺寸與閘閥和蝶閥相比稍微大一點(diǎn)，重量也大一些，因此口徑不能過大，不能完全取代閘閥與蝶閥。但它仍作為一種解決各種惡劣工況條件下的隔斷設(shè)施而被廣泛采用。 4 偏心金屬硬密封球閥的應(yīng)用 偏心金屬硬密封球閥適合用在石油化工、電力、冶金等行業(yè)的各種工藝管道上，介質(zhì)包括各種烴類和催化劑顆粒等，尤其適用于對壓力降要求較小的場合。在煉油廠延遲焦化裝置上就有如下一些應(yīng)用： ① 應(yīng)用在分餾塔頂空氣冷卻器的出入口和氣壓機(jī)入口管道上； ② 用作塔底緊急切斷閥，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)快速切斷與火源的聯(lián)系； ③ 用在焦化分餾塔底循環(huán)油過濾器前后的管道上。若在此處采用閘閥，循環(huán)油內(nèi)的焦粉將進(jìn)入閥體楔形密封槽內(nèi)而使閥門很難關(guān)嚴(yán)，在過濾器切換、檢修時(shí)容易產(chǎn)生火災(zāi)。 在中國石油天然氣股份有限公司吉林石化分公司有機(jī)硅車間，輸送硅粉的管道上采用了這種高性能的耐磨球閥取代進(jìn)口產(chǎn)品，收到了良好的效果，其壽命比進(jìn)口的球閥高出許多倍。在該公司的催化裂化裝置的催化劑加裝料管上安裝了一個(gè)偏心金屬硬密封耐磨球閥，其使用壽命高出閘閥許多倍。 偏心金屬硬密封球閥在管系振動的場合使用，比用其它任何種類的閥都要好，它不存在掉閥板問題，從而提高了安全可靠性。
