一种大口径固定球阀的阀座结构分析与设计

一种大口径固定球阀的阀座结构分析与设计
摘要介绍了一种大口径固定球阀的阀座结构分析与设计，并对典型的阀座结构进行了详细的分析与研究
【关键词】双面密封；阀座结构分析与设计；API 6D 标准阀座结构；四重阀座密封
1 概述
在石油、天然气等工业领域中，管道输送是现今油气运输的主要方式之一，国内外主要石油和天然气生产国及消费国都大量使用长输管道解决石油和天然气的运输问题。

而石油、天然气的运输90%以上都采用管道输送方式，如世界上最长的中亚天然气管道等。

由于管道要经过高山、沙漠、河流、戈壁、沼泽、雨林、丘陵等复杂地形，经过地区的气候变化也较大，环境温度范围-46～70℃，野外工况相当恶劣。

所以，在野外对长输管道上的管线阀门的使用性能要求非常严格，以保证输送管道的安全可靠使用。

2 阀座结构的分析与研究
2.1 国内外阀门公司典型的DBB结构的阀座密封结构比较单一，仅为进口端一重密封结构，DBB结构主要优点是自泄压阀座，介质不会排放到阀门外，没有增加石油、天然气等易燃易爆介质泄漏造成的危害。

2.2 国内外阀门公司典型的DIB-1结构的阀座密封结构为进出口端二重密封结构，V ASTAS公司的复合型结构阀座为进出口端三重密封结构，均为双面密封；相对于DBB结构，DIB-1结构阀座密封寿命大大延长，基本满足长输管道的苛刻工况；但DIB-1结构阀腔不具备自泄压功能，所以需要在阀体上安装自泄压安全阀，这样就增加一个泄漏点，而且泄压安全阀一旦失效，阀腔异常升压带来的危险无法预估。

所以，此结构的应用风险较大，一般来说，在长输管道上使用较少。

2.3 国内外阀门公司典型的DIB-2结构的阀座密封结构为进出口端二重密封结构，V ASTAS公司的复合型结构阀座为进出口端三重密封结构，介质单向流动，均为双面密封；相对于DBB和DIB-1结构，介质进口端阀座均为自泄压阀座结构，而且安全可靠；DIB-2结构综合了DBB和DIB-1结构的优点。

所以，此种
结构为石油、天然气长输管道系统中，优先选择的阀座密封结构。

2.4 V ASTAS公司的阀座结构相对于其它国内外阀门公司的阀座结构。

V ASTAS公司阀座结构的缺点是阀座结构比较复杂，零件较多，造成零件尺寸精度较难控制，零件的强度和刚度较差；初级和次级阀座之间距离较大，要保证两个阀座和球体都达到密封，要增大球体的直径，从而增加阀门的操作扭矩和原材料成本。

所以，目前，此种V ASTAS阀座结构应用不算广泛。

3 阀座优化设计后的结构
笔者对API 6D标准阀座结构的双阻塞与泄压（DBB）和双隔离与泄压（DIB-1和DIB-2）的结构原理进行了认真的分析和研究，并结合了V ASTAS 公司和国内外阀门公司的典型阀座结构的特点。

对大口径管线固定球阀的阀座结构进行了优化设计。

4 实际应用
笔者所在公司在2011年3月接到一家国外公司的订单，大口径固定球阀，主要技术参数：公称通径NPS 56”（DN1400 mm），压力等级Class 600（PN10.0MPa），要求双面密封，介质为天然气，要求阀座0泄漏，使用寿命达到20年。

笔者把上述优化设计后的API 6D DIB-2阀座结构应用到此大口径固定球阀，试验和检验均达到API 6D的标准要求，四重阀座密封结构确保阀座0泄漏。

在国外某天然气管道输送系统的主管道上使用至今，使用性能均达到用户的工况要求，无任何泄漏，用户非常满意。

此阀座结构应用非常成功。

参考文献：
[1]陆陪文.主编.实用阀门设计手册第3版.北京：机械工业出版社，2012（7）.
[2]章华友.等.著.球阀设计与选用.北京科学技术出版社，1994年.
[3]美国石油学会.API 6D-2008 第23版.管线阀门，2008（10）.
[4]中华人民共和国国家标准GB/T 12237-2007石油、石化及相关工业用的钢制球阀.2007.11.1.。