1. 加氢装置中高压球阀与高压闸阀性能比较

加氢装置中高压球阀与高压闸阀的比较

一， 前 言

近来一些加氢项目的用户要求提供加氢装置中开关、放空闸阀和球阀优劣比较。 首先加氢装置中的球阀和闸阀比较优劣提法不妥。实际上是两种不同类型阀门在加氢装置中有各自不同特点。 在实际中两种完全不同类型的阀门从九十年代都在国内的加氢装置中运用很多。提到加氢装置的紧急关断，放空切断阀，不得不将该加氢装置国内选用开关阀门的历史过程简单回忆一下。

二， 轨道球阀

在早期八十、九十年代国内引进加氢裂化项目一般都是选用美国轨道球阀（Rise Stem ball valve）、楔入式旋塞阀（wedge plug valve）。因为当时金属密封球阀加工工艺技术还不完善， 比如泄露等级和表面硬度的加工精度都达不到要求。

随着金属密封球阀的加工精度和工艺制造提高，金属密封球阀得到大量广泛的运用，并且效果非常好。

提升阀杆轨道球阀有软密封和金属密封两种形式，单阀座。阀轴由于结构的需要，必须要在轴上加工一定的轨道槽，客观上降低了阀轴的强度。此外由于结构原理的问题，运行开关时间受到很大的限制，加之价格较高、维修困难，目前在加氢装置中的开关阀，金属硬密封球阀替代轨道球阀很普遍。

轨道球阀的主要品牌是美国的ORBIT 垄断。九十年代后期荷兰的 CONTROL SEAL 球阀加入竞争。在当时轨道球阀只有三个品牌，压力能达到ANSI 2500高压球阀只有两个：美国的 ORBIT 和荷兰的CONTROL SEAL。

以下是两个不同品牌的轨道球阀的外形图。驱动球体的方式稍有不同。但都是无摩擦球阀。美国轨道球阀有软密封和金属密封球阀。 Control seal 只有金属密封球阀。

技术参数不同点：Orbit 轨道球阀操作温度最高可达 423 ℃ Control Seal 轨道球阀操作温度最高可达 600 ℃

Control seal 球阀阀杆可以制作波纹管密封等级的轴封。以上两个轨道球阀的致命弱点是；由于轨道球阀运行结构原理是阀球先离开阀座，然后再转动阀球到位靠紧阀座密封或相反。这样它转动球阀的速度就比较慢。经常达不到加氢装置开关时间的要求。

以下为两个轨道球阀的简图：

●美国ORBIT 轨道球阀：

●荷兰 Control Seal 球阀Non - Contract Rising Stem ball valve

三，金属密封阀座球阀替代轨道球阀

为什么当时不选用目前品牌的金属密封球阀？最主要的原因是当时金属硬密封球阀的密封泄漏等级达不到ANSI B16.104 Class V，VI 级密封。阀球，阀座的硬化一般都是司钛莱Stellite 6，表面硬度值也无法达到现在的硬化工艺水平。

金属密封球阀是旋转90度的两位阀，双阀座、固定球、结构简单、密封等级可达VI, 或更高。适用高温工况可高达 600 ℃ 以上。表面硬化洛氏硬度可达HRC 62- 70，运行寿命很长，安全可靠，操作维修简单， 开关速度非常快速，16”球阀可1秒关断。目前在国内各个石油化工项目装置中大量运用，比如煤气化、PP, 、PTA, 乙烯、芳烃、合成氨、天然气高压输送、地下储气等等。近几年来在加氢裂化中广泛运用，替代了过去轨道球阀和闸阀。

四，高压球阀和高压闸阀比较

最近看到某著名加氢装置闸阀品牌提供给某些加氢项目的用户、设计人员评论球阀缺点的文章。这不是对球阀结构、性能的无知就是误导设计人员和用户。文章摘录部分见下：

本文正好结合上述说法给予球阀的澄清：

A. 球阀和阀座表面碳化物或碳化铬硬化可高达洛氏硬度RC 62 – 70，闸阀阀板表面

堆焊硬化材料为Stellite 6 ，洛氏硬度RC 46 – 50。球阀表面硬化硬度明显高于闸阀。且开关阀每年开关的次数有限，不存在此情况发生的可能性。

B. 球阀和阀座的密封是依据阀座后的多组弹簧计算后来达到密封的。即使微小的磨损，

密封弹簧可以平衡力补偿，仍然保持严密密封。在国内的化工、石化行业中PP，PX 和煤化工装置中的气动高频开关阀，每年不同工艺要求开关次数高达24万次，8万次，5万次，如果按照该球阀缺点的说法，为什么世界上就没有选用闸阀来替代球阀做气动高频开关阀的？况且球阀、阀座表面硬化硬度高，开关次数很少。到目前我们还没有听说定期化阀球和阀座的。

C.此球阀的缺点应该反过来说，闸阀口径越大关闭时间越长。而且该叙述没有说明阀门

的口径，开关时间和阀门口径大小是有关联的。说球阀开关到位要30秒之内。这是严重的误导设计人员和用户。

说明如下：

请见下面闸阀的阀轴带动阀板的结构。而球阀阀轴的转动直接可以带动阀球运行，没有机械的复合运动。 速度非常快。 我们已经有过案例： 36“ 球阀ANSI C lass 900，1.8 秒开关。(These will be assembled onto 36”/900# metal seated ball valves which require a 1.8 second closing) 闸阀是不可能的。

下图为 36“球阀ANSI C lass 900， 1.8 秒开关的执行机构在出厂试验。

一些气动执行机构的供应商不去关注超快速开关阀对球阀和执行机构可能造成损害。他们提供很多快速开关阀没有考虑安全阻尼系统的配置或许没有此技术。所以高压超高速执行机构撞击自身执行机构末端止车器，对执行机构的拉杆和螺栓带来损害，也影响球阀阀座的寿命。

some actuator companies do not pay too much attention to the problems which could happen to the valve, but also they do not pay too much attention to the damage that could also happen to the actuator and they use many quick exhaust valves on the end of the actuator flange so there is no end of stroke damping , and the actuator slams onto the end stopper, which can be damaged as also can the bolts on the ties rods.

意大利Pro control 可以提供极短时间关闭 0‐90度开关行程的执行机构 ， 其它供应商很难提供。 所以本项目中我们提供 一秒钟内开关的球阀是没有问题的。

Pro control 采用自己研究的特有技术；在超速气动执行机构上增加一个气动（液动）阻尼装置，见下图： 基本原理是超速行程的95% 到失气要求位置，5%行程调整控制精确到位，阀轴和阀座没有任何损害。

Pro control make fast and ultra fast spring return actuators complete with damper system integrated which basically allows the valve to travel very fast to fail position approx. 95% of stroke and last 5% valve seating is dampened so as not to damage the valve ball or seats.

老式的阻尼装置

结论：

在满足用户高压超高速开关球阀时间要求的同时；使球阀在最终将全关闭时的速度得到瞬间缓冲定位。避免对执行机构末端止车器和球阀阀座的造成损害、也避免对轴的强力扭曲和剪切损害。保证安全和关断阀的长寿命！这个阻尼装置不仅仅是保护气动执行机构，同时提高阀门的安全性。