翻板式安全切斷閥的設計

侯潤海

摘要：本文介紹了一種適用于長管道氣體輸送門站，調壓撬裝置配套的翻板式安全切斷閥。該閥結構新穎、直通型的閥體結構流通能力強，壓損小，噪音低、閥門采用翻板式快速切斷結構，閥瓣的密封比壓大，密封效果好，切斷精度高。閥門關斷和開啟裝置設計于閥外，便于操作，安全系數高。

Abstract： This article introduces a kind of safety shut-off valve with turning plate which is suitable for gas conveying gate station of long pipeline and matching pressure regulating and prying device. The structure of the valve is novel， straight through valve body structure with strong flow capacity， small pressure loss， low noise， the valve adopts the turning plate type quick cut off structure， seal strength， reliable sealing， high precision cutting. The cut-off and opening devices are designed outside the valve for easy operation and high safety factor.

關鍵詞：翻板式;切斷閥;扭簧;關斷;開啟

Key words： turning plate;shut-off valve;torsional spring;shut-off;opening

中圖分類號：U641.3+3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）19-0161-02

1 ?概述

該閥主要用于天然氣調壓站，通常與監控調壓閥和工作調壓閥配套撬裝后使用，在調壓撬中起著非常主要的作用，從而命名為安全切斷閥。翻板式安全切斷閥主要由以下零件及部件組成：閥體、閥板部件、傳動軸部件、閥門蓋板、杠桿釋放部件、外置執行器部件等（主體結構見圖1）。翻板式安全切斷閥主要是在工作調壓閥和監控調壓閥控制失效后，起緊急切斷作用。為了使得閥門在運行過程中安全性能更高，閥門關斷和開啟裝置設計與閥門外部。閥門的關斷裝置是外置執行器部件的主要控制部件，關斷裝置上設計有四個控制接口，四個控制接口處安裝四個機械執行器，四個執行器的作用分別是：自力式氣動執行器、遠程電磁閥控制執行器、手動緊急關斷執行器及自動復位執行器。正常工作時安全切斷閥處于全開閥位，當下游輸送的天然氣壓力超過管道輸送壓力或低于管道輸送壓力時，管道引壓系統將壓力信號傳遞給控制指揮器，指揮器將信號傳遞給自力式氣動執行器推動機輪工作，使得杠桿釋放裝置自動釋放，閥板部件脫開杠桿釋放裝置來關斷閥門，并且軸上扭簧力也開始釋放，并對閥門的嚴密關斷起重要的作用。遠程電磁控制器也能通過電磁控制來完成閥門的緊急關斷。當電氣控制失效是，也可通過手動緊急關斷器來完成閥門的就地關斷。閥門需要復位時（及閥門開啟），需開啟外置手動高壓球閥將閥腔前后壓力導通，排空閥腔內氣壓后，方可通過外置手輪安全開啟閥門。

2 ?設計過程

2.1 設計依據的標準

翻板式安全切斷閥主要有閥體本體和執行機構兩部分組成。安全切斷閥在設計、制造、材料、測試、檢驗等方面需依據以下標準及要求進行。

閥門整機設計依據：EN 14382 氣體調壓站和設施用安全裝置-入口壓力達100bar的氣體安全切斷設施的要求。

閥門壓力試驗及泄漏依據：ISO 5208 工業用閥門金屬閥門的壓力試驗，閥座的泄漏應能夠達到ISO 5208 A級要求。

閥門內件不銹鋼件依據：ASTM A276/A276M不銹鋼棒材和型材標準規范。

閥門法蘭設計依據：ASME B16.10閥門的端面至端面和尾端至尾端間距。

彈性密封件材料應符合：BS EN13787 標準。

2.2 閥門結構的確定

結合客戶現場需求及安全切斷閥在調壓撬中的使用功能。安全切斷閥采用以下結構：閥門關斷采用自力式直通翻板結構，采用扭曲彈簧提供協助關斷力來滿足閥門在緊急情況下具有嚴密可靠的切斷功能，開啟機構采用軸端齒輪減速機構與復位手輪可靠連接來完成閥門安全開啟，閥門正常開啟運行過程中采用可靠的鎖緊機構即用閥體焊接內嵌掛桿來掛穩閥板部件，滿足閥板部件在閥門工作過程中安全開啟，閥板與緩臂采用浮動式連接形式，有效的減輕了閥板在關斷時產生的振動對閥板產生的損傷。為了使得閥門在運行過程中安全可靠，閥門執行器置于閥門外部。

3 ?主要零件及結構的設計及計算

3.1 閥體的設計

3.1.1 閥體結構及成型方式的確定

為了滿足管道流量的要求，減少閥腔的壓損，閥腔設計為直通式閥腔結構。設計中主要考慮到壓力、溫度、流量、流體等參數因素對閥體的影響，結合閥體外形結構特點，閥體采用一體鑄造成型。

3.1.2 閥體壁厚的確定依據

③查閥體最小壁厚標準（GB26640-2011），可以確定閥門口徑與壓力所對應的閥體壁厚值。通過以上三種確定閥體壁厚值的方法，為了確保安全可靠，選用較大的壁厚值來作為閥體的壁厚。

3.1.3 閥體內腔利用ANSYS進行分析校驗

ANSYS Workbench環境下設置分析條件：1）定義材料屬性：閥體材料為A352-LCC，其屈服強度為275MPa，抗拉強度為485～655MPa;2）劃分網格;3）施加約束：在閥體的兩端法蘭面施加全約束;4）施加壓力：根據閥腔內的工作情況，在閥體內腔施加不同的壓力;5）計算：通過分析結果的應力云圖可以看出閥體所受的最大屈服應力為148.26MPa，發生在閥座安裝的尖角處，但是最大應力遠遠小于閥體材料的最小屈服應力275MPa，最大變形為0.0798mm，即閥腔設計滿足設計要求。（圖2）

3.2 閥門蓋板壁厚

閥門蓋板壁厚通常采用與閥體壁厚一致的壁厚。

3.3 閥板厚度

3.4 閥門蓋板與閥體之間連接螺栓強度的校核

3.5 閥板連接型式介紹

為了使閥板密封性能可靠穩定，閥板與緩臂通過連接軸連接起來，其中采用背壓式碟簧和浮動式軸頭來減少閥板與閥體密封面關閉時產生的震動及閥板回彈問題，使得閥門密封更可靠穩定。

4 ?結束語

翻板式安全切斷閥在天然氣調壓撬中起著極其重要的作用，因此在閥門設計過程中，要全方位考慮到各種影響因素：閥門整機結構完善性、閥板緊急關斷時外置執行器的靈敏性、翻板開啟時掛桿掛住的安全性、扭簧力的永久性和可靠性、閥板與閥體間密封的可靠性、閥內密封件密封性能的穩定性、閥體及內件材料的抗硫化物應力腐蝕斷裂和應力腐蝕裂紋的要求、手動開啟時手輪轉動的靈活性工作來滿足現場輕松開啟閥門等。只有全方位的考慮閥門在運行中的影響因素，才能使產品使用性能穩定，質量可靠。

參考文獻：

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[4]EN 14382氣體調壓站和設施用安全裝置-入口壓力達100bar的氣體安全切斷設施的要求.