清焦蝶阀的多组分气流数值模拟及流道优化设计
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漏和 降低 蒸 汽 的 使 用 量 以及 保 护 环 境 都 有 重 要 意 义 。 由于此 类蝶 阀 流道 设 计 计 算 问 题 复 杂 ， 工 难 加 度 大 ， 期 以来依 赖进 口。进 口产 品不仅 价格 昂贵 ， 长 而且 没有 自主知识 产权 ， 因此 ， 过攻 关 自主研 制是 通 非 常必要 的 。对 这 类 清 焦 蝶 阀 的研 制 ， 传统 的方 法
石 油
第３ ７卷 第 ５期
与 天
然
气
化
工
３７ ３
ＣＨ ＥＭ Ｉ ＣＡＬ ＥＮＧ Ｉ ＮＥＥＲＩ ＮＧ Ｏ Ｆ Ｏ Ｉ ＆ Ｇ ＡＳ Ｌ
清焦蝶阀的多组分气流数值模拟及流道优化设计
康 忠平 赖 喜 德 刘 国强
（． １ 西华 大学 能源 与环境 学院 ２ 成都 华 西化 工科技 股份 有 限公 司） ．
高 压 蒸 汽 流 道 ， 过 高 温 高 压 蒸 汽 流 来 防 止 阀 板 和 通
性 ， 有重要 意 义 。 具
密封 区域 的焦 化 ， 在 阀 体 的周 围合 理 分 布 高 温 高 即
ｌ 蜾阀几何结构及流动理论模型
１ １ 清焦 蝶阀 几何 结构 及蒸 汽流 道 ．
如图 ｌ 示 ， 所 清焦 蝶 阀采用 三偏 心结 构设 计 ， 即 在双 偏 心蝶 阀 的基 础上 再 增 加 一 个 倾 角 ， 过 最 优 经 化设 计使 密封 处 的摩擦 力进 一 步下 降 。 由于采用 面 密封 的结 构 使 接 触 应 力 分 布 均 匀 、 封 更 加 可 靠 。 密 对 于 三偏 心结 构 的蝶 阀 ， 由于轴 向偏 心距 ｃ的存 在 ， 保 证 了蝶 阀密 封面 是 一 个 完 整 连续 的锥 面 ， 该 密 且 封 面 的几何 中心容 易 确 定 ， 低 了密 封 面加 工 制 造 降 的难度 。若 密封 面 为 正 圆锥 面 ， 由于蝶 阀密 封 面 则 的 回转半 径 大于 阀 座 密封 面相 应 部 位 的半 径 ， 而 从
工 艺性 ． 定 了优 化 设 计 方 案 ， 过 试 验 验 证 已很 好 地 解 决 输 送 介 质 过 程 中 出 现 的 焦 化 问题 ， 此 确 通 为 类 蝶 阀 的 设 计 奠 定 了基 础 。
关 键字 清焦蝶 阀 多组分数 值模 拟 流 道优 化设 计 Ａ Ｓ ＳＣ Ｘ Ｎ Ｙ Ｆ
气 等行 业 。 当蝶 阀 中通 过 石 脑 油 裂 解 气 体 介 质
时， 石脑 油裂 解气 体 的粘性 很大 ， 阀需要 采 用清 焦 蝶 措施 来 防止 出现 焦化 问题 。为 了提 高清焦 蝶 阀 的抗 焦化 能 力 ， 三偏 心 蝶 阀 结 构上 再 加 上 特 殊 的 高 温 在
］＋
（） １
＋
ｐ ）＝Ｖ ．［ ＋ （
） ］＋ Ｖ
（ 一Ｆ ）ｐ＝ １ ＶＫＶ ＋ １ ２
３
Ｐ 一Ｐｐｏ ２ ３ｔ （ ）
在关 闭 时蝶 板 密 封 表 面 不 能 进 入 阀座 ， 产 生 “ 即 干
涉” 现象 ， 而采 用偏 心 角 ‘ ｐ的锥 面 即所 谓 圆锥 斜 切
可 以解决 这个 问题 。
本文 主要 讨论 清 焦蝶 阀蒸 汽流 道 的结构 尺寸 与
＋ 基 金 项 目： ｌ 』 教 育 厅 自然 科 学 基 金 重 点 项 目（ ７ Ａ１ ６ ； ｉ 重 点 学 科 建 设 项 目（ Ｚ ４ ２一１ 。 Ｉ 省 ￣Ｊ ｌ ０Ｚ １） ｌ Ｉ ａ） 省 ＳＤ０１ ）
三 偏 心 结 构 设 计 蝶 阀 因 具 有 摩 擦 小 、 封 性 能 密
的流 道设计 。为 了解 决 清 焦 蝶 阀 流 道设 计 问题 ， 本
高， 可靠 性强 等特 点 ， 被广 泛应用 于化工 、 油 、 然 石 天
文 通 过多组 分 数值模 拟 掌握 蝶 阀密封 区域 的气 体组 分 情况 来判 断抗 焦 化 能 力 ， 以指 导 清 焦 蝶 阀 流道 优 化 设计 ， 减少 蝶 阀 的设 计 周 期 及 试 验 工 作量 和费 对 用 ， 决清 焦流 道优 化设 计 问题 ， 高设 计 可靠 解 提
摘 要 为 了提 高清 焦蝶 阀的抗 焦化 能 力和 对其 清焦 的蒸 汽流 道进 行优 化 设 计 ， 据 清 焦蝶 根 阀 的工作 原理 和运行 参数 采 用 Ａ Ｓ ＳＣ Ｘ对蝶 阀清 焦流道 的 蒸汽和 石 脑 油 裂解 气 体进 行 多组 分 Ｎ Ｙ Ｆ
数值模 拟 。通过 多组分数 值模 拟 掌握蝶 阀密封 区域 的 气体组 分情 况 来判 断抗 焦化 能 力和指 导 清焦 蝶 阀流道优 化设 计 。对 ３种 清焦蝶 阀流道 布置 通过 数值 模 拟 对 比 分析 ， 综合 考 虑 清 焦蝶 阀的 结 构
是多 方案设计 ， 通过 试验 修改 ， 不但 耗 费大量 时 间和
资金 ， 而且 结果 的准 确 性 很 难 保 证 。 常规 的三 偏
心结 构蝶 阀 的设 计 制 造技 术 国 内 已基 本 掌 握 ， 为 作 清 焦蝶 阀设计 ， 其难 点 在 满 足 工 作 参 数 和清 焦 要 求
压蒸 汽来 清除 阀座 上 和 密 封 区域 的粘 性 流体 介 质 。
其 清焦 流道 的几何 参 数 、 布置 方 式 与 清 焦蝶 阀 的结 构设 计 、 清焦 效果 、 工作参 数 等相关 。清焦 蝶 阀的性 能对 整个 化工设 备 的正 常 运行 都 有 重 要 的影 响 ， 优
化设计 对 降低蝶 阀 的运 行 费用 ， 减少 裂解 气 体 的泄
３４ ７
清焦 蝶 阀的多 组分 气流数 值模 拟及 流道 优化 设计
２０ ０８
布置方 式优 化设计 ， 汽流 道 的设计 决 定 着 密 封 阀 蒸 门和气 体介 质是 否产生 焦化 。蒸 汽流道设 计示 意 图
如 图 ２ 。
＋Ｖ ． ｐ ｋ （ ｕ ）＿Ｖ ．
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清焦蝶阀的多组分气流数值模拟及流道优化设计
康 忠平 赖 喜 德 刘 国强
（． １ 西华 大学 能源 与环境 学院 ２ 成都 华 西化 工科技 股份 有 限公 司） ．
高 压 蒸 汽 流 道 ， 过 高 温 高 压 蒸 汽 流 来 防 止 阀 板 和 通
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密封 区域 的焦 化 ， 在 阀 体 的周 围合 理 分 布 高 温 高 即
ｌ 蜾阀几何结构及流动理论模型
１ １ 清焦 蝶阀 几何 结构 及蒸 汽流 道 ．
如图 ｌ 示 ， 所 清焦 蝶 阀采用 三偏 心结 构设 计 ， 即 在双 偏 心蝶 阀 的基 础上 再 增 加 一 个 倾 角 ， 过 最 优 经 化设 计使 密封 处 的摩擦 力进 一 步下 降 。 由于采用 面 密封 的结 构 使 接 触 应 力 分 布 均 匀 、 封 更 加 可 靠 。 密 对 于 三偏 心结 构 的蝶 阀 ， 由于轴 向偏 心距 ｃ的存 在 ， 保 证 了蝶 阀密 封面 是 一 个 完 整 连续 的锥 面 ， 该 密 且 封 面 的几何 中心容 易 确 定 ， 低 了密 封 面加 工 制 造 降 的难度 。若 密封 面 为 正 圆锥 面 ， 由于蝶 阀密 封 面 则 的 回转半 径 大于 阀 座 密封 面相 应 部 位 的半 径 ， 而 从
工 艺性 ． 定 了优 化 设 计 方 案 ， 过 试 验 验 证 已很 好 地 解 决 输 送 介 质 过 程 中 出 现 的 焦 化 问题 ， 此 确 通 为 类 蝶 阀 的 设 计 奠 定 了基 础 。
关 键字 清焦蝶 阀 多组分数 值模 拟 流 道优 化设 计 Ａ Ｓ ＳＣ Ｘ Ｎ Ｙ Ｆ
气 等行 业 。 当蝶 阀 中通 过 石 脑 油 裂 解 气 体 介 质
时， 石脑 油裂 解气 体 的粘性 很大 ， 阀需要 采 用清 焦 蝶 措施 来 防止 出现 焦化 问题 。为 了提 高清焦 蝶 阀 的抗 焦化 能 力 ， 三偏 心 蝶 阀 结 构上 再 加 上 特 殊 的 高 温 在
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（ 一Ｆ ）ｐ＝ １ ＶＫＶ ＋ １ ２
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在关 闭 时蝶 板 密 封 表 面 不 能 进 入 阀座 ， 产 生 “ 即 干
涉” 现象 ， 而采 用偏 心 角 ‘ ｐ的锥 面 即所 谓 圆锥 斜 切
可 以解决 这个 问题 。
本文 主要 讨论 清 焦蝶 阀蒸 汽流 道 的结构 尺寸 与
＋ 基 金 项 目： ｌ 』 教 育 厅 自然 科 学 基 金 重 点 项 目（ ７ Ａ１ ６ ； ｉ 重 点 学 科 建 设 项 目（ Ｚ ４ ２一１ 。 Ｉ 省 ￣Ｊ ｌ ０Ｚ １） ｌ Ｉ ａ） 省 ＳＤ０１ ）
三 偏 心 结 构 设 计 蝶 阀 因 具 有 摩 擦 小 、 封 性 能 密
的流 道设计 。为 了解 决 清 焦 蝶 阀 流 道设 计 问题 ， 本
高， 可靠 性强 等特 点 ， 被广 泛应用 于化工 、 油 、 然 石 天
文 通 过多组 分 数值模 拟 掌握 蝶 阀密封 区域 的气 体组 分 情况 来判 断抗 焦 化 能 力 ， 以指 导 清 焦 蝶 阀 流道 优 化 设计 ， 减少 蝶 阀 的设 计 周 期 及 试 验 工 作量 和费 对 用 ， 决清 焦流 道优 化设 计 问题 ， 高设 计 可靠 解 提
摘 要 为 了提 高清 焦蝶 阀的抗 焦化 能 力和 对其 清焦 的蒸 汽流 道进 行优 化 设 计 ， 据 清 焦蝶 根 阀 的工作 原理 和运行 参数 采 用 Ａ Ｓ ＳＣ Ｘ对蝶 阀清 焦流道 的 蒸汽和 石 脑 油 裂解 气 体进 行 多组 分 Ｎ Ｙ Ｆ
数值模 拟 。通过 多组分数 值模 拟 掌握蝶 阀密封 区域 的 气体组 分情 况 来判 断抗 焦化 能 力和指 导 清焦 蝶 阀流道优 化设 计 。对 ３种 清焦蝶 阀流道 布置 通过 数值 模 拟 对 比 分析 ， 综合 考 虑 清 焦蝶 阀的 结 构
是多 方案设计 ， 通过 试验 修改 ， 不但 耗 费大量 时 间和
资金 ， 而且 结果 的准 确 性 很 难 保 证 。 常规 的三 偏
心结 构蝶 阀 的设 计 制 造技 术 国 内 已基 本 掌 握 ， 为 作 清 焦蝶 阀设计 ， 其难 点 在 满 足 工 作 参 数 和清 焦 要 求
压蒸 汽来 清除 阀座 上 和 密 封 区域 的粘 性 流体 介 质 。
其 清焦 流道 的几何 参 数 、 布置 方 式 与 清 焦蝶 阀 的结 构设 计 、 清焦 效果 、 工作参 数 等相关 。清焦 蝶 阀的性 能对 整个 化工设 备 的正 常 运行 都 有 重 要 的影 响 ， 优
化设计 对 降低蝶 阀 的运 行 费用 ， 减少 裂解 气 体 的泄
３４ ７
清焦 蝶 阀的多 组分 气流数 值模 拟及 流道 优化 设计
２０ ０８
布置方 式优 化设计 ， 汽流 道 的设计 决 定 着 密 封 阀 蒸 门和气 体介 质是 否产生 焦化 。蒸 汽流道设 计示 意 图
如 图 ２ 。
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