长输天然气管道球阀的结构特点与应用

　2008年　第3期

管道技术与设备

Pi peline Technique and Equi pment

2008　

No 13　

收稿日期:2007-11-29 收修改稿日期:2007-12-18

长输天然气管道球阀的结构特点与应用

朱喜平1

,郭存杰2

,付京晶1

,杜朝晖

1

(1.中国石油天然气管道局秦皇岛输油(气)公司,河北秦皇岛　066000;2.北京华油天然气有限责任公司,北京　100000)

摘要:针对长输天然气管道常用的管道球阀结构进行分析和研究,从球阀的阀体、密封系统和注脂系统的结构入手,在此基础上分析和总结了球阀下游自泄放和双活塞效应的工作原理和密封特点,提出了天然气管道球阀在应用中应注意的7个问题。

关键词:球阀;结构特点;密封机理

中图分类号:TE97 文献标识码:B 文章编号:1004-9614(2008)03-0036-02

Structure Fea ture and Appli ca ti on of Ba ll Va lve of L ong 2d ist ance Ga s P i peli n e

ZHU Xi 2p ing 1

,G UO Cun 2jie 2

,F U J ing 2jing 1

,DU Zhao 2hui

1

(1.Q i n huangdao O il &Ga s Tran sport a ti on Co m pany of CPP L B,Q i n huangdao 066000,Ch i n a;

2.Be iji n g Huayou Ga s Corpora ti on L i m ited,Be iji n g 100000,Ch i n a)

Abstract:It analyzes and studies the structure of ball valve widely used in gas p i pelines .On the base of the structure of ball body and sealing syste m and injecti on syste m are intr oduced and studied,the work p rinci p le and sealing feature of self relief seats and double p ist on effect are analyzed and su mmarized,and seven suggesti ons of app licati on of p i peline ball valves are put f or ward .Key words:ball valve;structure feature;sealing mechanis m 1　天然气管道球阀的基本结构

天然气管道用球阀主要由阀体、阀座、球体、阀杆及传动装置组成[1]。常用的天然气管道球阀主要有浮动球结构和固定球结构两类[2]。管道球阀的阀体主要有4种结构:全焊接阀体;两段式螺栓连接阀体;三段式螺栓连接阀体;顶装式阀体[3]。

111　球阀阀座套封系统

常见的球阀阀座密封系统有固定阀座和旋转阀座,旋转阀座的生产厂家较少,目前常用的是Ca mer on 31型球阀。球阀阀座密封系统如图1所示

。

A —阀座以及阀座软密封和穿过阀座的细小通道;

B —阀座弹簧;

C —带有止回阀的外部注脂接头;

D —独立的内部止回阀

图1　球阀阀座密封系统

112　注脂接头

注脂接头是球阀上非常重要外部构件,注脂接头主要配备有弹簧配件和单向止回阀。通过密封注脂接头,可向管线阀门的密封面定期注入润滑脂,实现阀门的内部维护和保养以及应急情况下注入密封脂实现密封,常用注脂接头的类型见图2。

图2(a )为柱塞螺帽式注脂接头;图2(b )为两片式注脂接头;图

2(c )为单片式注脂接头;图2(d )为单片式双止回阀注脂接头;

图2(e )为盖帽式单向阀注脂接头;图2(f )为F LOW WOLF 式注脂接头

。

图2　常用的注脂接头类型

目前,球阀最常用的是F LOW WOLF 式注脂接头,盖帽式单向阀的注脂接头的应用也较广泛。

2　管道球阀的密封原理和特点

天然气管道上基本使用固定轴式的球阀。目前,固定轴式球阀通常有两种阀座设计:一种是下游阀座自泄放式设计;另

一种为双活塞效应(DPE )的设计。这两种都具有双截断密封

作用。

当具有下游自泄放功能的阀门处于关闭状态时,管线压力作用在上游阀座环的外表面,使阀座环紧靠在球体上。如果介质从上游阀座泄漏到阀腔中,当阀腔内的压力超出下游管线压力200Psi (114M Pa )时,下游阀座将脱离球体使阀腔的压力向阀门的下游泄放,见图3。

具有双活塞效应设计的球阀在正常情况下,压力作用于阀座密封圈末端的外侧,这种力将迫使阀座密封圈向阀体靠近挤压,从而在阀座密封圈和阀体之间形成密封,图4(a )中是以箭头进行的标识。

　第3期

朱喜平等:长输天然气管道球阀的结构特点与应用

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　图3　下游自泄放原理

如果阀座发生泄漏,压力将直接进入阀体内部,该压力作用于阀座密封圈上游密封面的内侧,并紧紧挤压阀座密封圈上部。同时,这种力将迫使阀座密封圈向阀体靠近挤压,从而在阀座密封圈和阀体之间形成有效的密封,见图4(b )、图4(c )

。

(a ) (b )

(c )

图4　双活塞效应原理图

3　管道球阀的工程应用

西气东输、陕京管道和忠武线等长输管线目前所用球阀既有自泄放式的球阀,也有双活塞效应的球阀。自泄放式的典型代表是Ca mer on 31型球阀,具有双活塞效应的典型代表为

Gr ove B -5球阀。另外还有一种单阀座的轨道式球阀应用较

多,典型代表是美国O rbit 球阀。

311　Cam eron 球阀

Ca mer on 全焊接球阀将轻质高强的锻钢阀门部件与紧凑的

球型阀体设计于一体。全焊接阀门具有最大的强度和最小的质量,并具有最大的抵抗管线压力和应力的能力[4]。紧凑球型的阀体设计避免了阀体联接法兰,因此减小了阀门外形尺寸并根除了泄漏渠道,Ca mer on 全焊接阀门主要有31型、32型和33型。

Ca mer on 球阀属于固定式球阀,即通过顶部轴承和底部轴

承共同作用将球体固定在某一位置,而阀杆直接与顶部轴承相连接,具有双截断和自泄式的结构。其最大的特点是旋转阀座,软密封为嵌入式尼龙,阀座后的推力弹簧为碟式弹簧。旋转式阀座密封圈结构具有使受损的阀座密封面和对应的球体受损面在旋转的作用下相互错开,从而减小泄漏通道的通过能力,注入密封脂后增加了密封的可靠性。球体每旋转90°,阀座旋转15°,当阀门开关24次时,阀座密封圈完成一个360°的全旋。由于这种球阀独特的密封和结构设计,内漏的很少。

312　Grove B -5球阀

Gr ove 球阀种类较多,常用的主要有B -5和B -8两种类

型,B -5的应用比较广泛,B -5的阀腔内有平衡孔(如图5所示)。Gr ove B -5型球阀具有双截断和双活塞效应的设计结构。

由于Gr ove B -5球阀具有独特的球体顶部钻孔结构,因此在进行阀腔的排污工作时,要求Gr ove B -5球阀必须处于全关的状态以保证阀腔的排污工作安全。这种球阀相对Ca mer on 球阀较为便宜,使用效果较好,得到广泛的应用。

313　O rb it

球阀

图5　Grove B -5球阀结构

轨道式球阀的密封结构比较特殊,它是一种单阀座双向密封的球阀,阀芯堆焊硬密封面,阀杆与阀芯连接部位采用凸轮结构,以便驱动阀芯脱离或贴合阀座,驱动方式有手动和自动。它综合了闸阀、球阀、截止阀和旋塞阀的优点,具有免维护、自清洗和零泄漏以及在线修理的显著特点,最为突出的优点是密封面不产生磨损或被擦伤。特殊的设计保证零泄漏,一般用在计量站计量管路出口处,价格比较昂贵。

4　天然气管道球阀应用中的注意事项

(1)根据球阀不同的结构特点,制订不同的维护保养方案

和计划,并严格执行,对阀门进行定期维护和保养,确保阀门阀座密封面和球体完好。

(2)在对密封要求较高的地方,要采用双活塞效应的球阀;

对于要求零泄漏的地方,可考虑使用轨道式球阀。

(3)在具有自泄放功能的球阀的下游作业时,为了保证安

全,在作业前要打开阀门的排污嘴来放掉阀腔压力,解除自泄放功能。

(4)在具有双活塞效应的阀体上安装泄放装置,要对泄放

装置的可靠性和设定值进行周期性检查,同时为了保证阀门更好的密封效果,建议日常工况下将阀腔放空。

(5)在使用的过程中,注脂接头功能有可能失效,在管线或

阀门带压的情况下,拆卸阀门密封注脂接头是非常危险的,要维修或更换注脂嘴,只有在阀体和相连的管线泄压后方可进行。

(6)对管道阀门进行排污操作时,一定要注意,部分阀门的

排污操作只有在阀门全关的状态下才能进行。

(7)管道球阀的主密封基本上都是软密封,使用过程中要

避免铁屑、焊渣和沙砾等杂质进入主密封,否则会划伤密封,出现内漏。参考文献:

[1]　章华友,陈元芳.球阀设计与选用.北京:北京科学技术出版社,

1994.

[2]　林元茂.管道球阀故障及应对措施.茂名学院学报,2007,17(4):

21-24.

[3]　朱喜平.天然气管道球阀的维护及故障排除技术.天然气工业,

2005,25(7):102-104.

[4]　刘峰,刘志广,朱坤锋.西气东输工程线路截断阀设置与选型.石

油规划设计,2001,12(2):9-10.

[5]　高惠,侯晓辉.管道球阀密封原理及泄漏分析.油气储运,2006,25

(3):57-60.

作者简介:朱喜平(1974—),硕士,研究方向为长输天然气管道的运行

和管理。