簡介
新型高壽命高溫蝶閥的特點以及蝶閥在使用過程中存在問題
高溫蝶閥目前 ,高溫蝶閥作為一種用來實現管路系統通斷及流量控制的部件，已在石油、化工、冶金、水電等許多領域中得到極為廣泛地套用。在已公知的蝶閥技術中，其密封形式多採用密封結構，密封材料為橡膠、聚四氟乙烯等。由於結構特徵的限制，適應耐高溫、高壓及耐腐蝕、抗磨損等行業。現有一種比較先進的蝶閥是三偏心金屬硬密封蝶閥，閥體和閥座為連體構件，閥座密封表面層堆焊耐溫、耐蝕合金材料。多層軟疊式密封圈固定在閥板上，這種蝶閥與傳統蝶閥相比具有耐高溫，操作輕便，啟閉無磨擦，關閉時隨著傳動機構的力矩增大來補償密封，提高了蝶閥的密封性能及延長使用壽命的優點。
但是，這種蝶閥在使用過程中仍然存在以下問題：
一、由於多層軟硬疊式密封圈固定在閥板上，當閥板常開狀態時介質對其密封面形成正面沖刷，金屬片夾層中的軟密封帶受沖刷後，直接影響密封性能。
二、受結構條件的限制該結構不適應做通徑DN200以下閥門，原因是閥板整體結構太厚，流阻大。
三、因三偏心結構的原理，閥板的密封面與閥座之間的密封是靠傳動裝置的力矩使閥板壓向閥座。正流狀態時，介質壓力越高密封擠壓越緊。當流道介質逆流時隨著介質壓力的增大閥板與閥座之間的單位正壓力小於介質壓強時，密封開始泄漏。
高性能高溫蝶閥，
其特徵在於：所述閥座密封圈由軟性T形密封環兩側多層不鏽鋼片組成。
高溫蝶閥閥板與閥座的密封面為斜圓錐結構，在閥板斜圓錐表面堆焊耐溫、耐蝕合金材料；固定在調節環壓板之間的 彈簧與壓板上調節螺栓裝配一起的結構。這種結構有效地補償了軸套與閥體之間的公差帶及閥桿在介質壓力下的彈性變形，解決了閥門在雙向互換的介質輸送過程中存在的密封問題。
採用軟性T型兩側多層不鏽鋼片組成密封圈，具有金屬硬密封和軟密封的雙重優點，無論在低溫和高溫情況下，均具有零滲漏的密封性能。試驗證明池正流狀態（介質流動方向與蝶板轉動方向相同）時，密封面的壓力是傳動裝置的力矩和介質壓力對閥板的作用產生的。正向介質壓力增大時閥板斜圓錐表面與閥座密封面擠壓越緊，密封效果越好。
當逆流狀態時，閥板與閥座之間的密封靠驅動裝置的力矩使閥板壓向閥座。隨著反向介質壓力的增大，閥板與閥座之間的單位正壓力小於介質壓強時，調節環的彈簧在受載後所儲存的變形能補償閥板與閥座密封面的緊壓力起到自動補償作用。
因此本實用新型不像現有的技術那樣，在閥板上安裝軟硬多層密封圈，而是直接安裝在閥體上，在壓板和閥座中間增設調節環是十分理想的雙向硬密封方式。它將可取代閘閥、高溫蝶閥及球形閥
分類
按結構形式分類
高溫蝶閥(1)中心密封蝶閥
(2)單偏心密封煤閥
(3)雙偏心密封蝶閥
(4)三偏心密封跺閥
按密封面材質分類
(1)軟密封蝶閥。
1)密封副由非金屬軟質材料對非金屬軟質材料構成。
2)密封副由金屬硬質材料對非金屬軟質材料構成。
(2)金屬硬密封蝶閥。密封副由金屬硬質材料對金屬硬質材料構成。
按密封形式分類
(1)強制密封蝶閥
1)彈性密封蝶閥。密封比壓由閥門關閉時閥板擠壓閥座，閥座或閥板的彈性產生
2)外加轉矩密封蝶閥。密封比壓由外加於閥門軸上的轉矩產生
(2)充壓密封蝶閥。密封比壓由閥座或閥板上的彈件密封元件充壓產生
(3)自動密封蝶閥。密封比壓由介質壓力自動產生。
按工作壓力分類
(1)真空蝶閥。工作壓力低於標堆大氣歷的蝶閥。
(2)低壓蝶閥。公稱壓力PN<1．6MPa的蝶閥。
(3)中壓蝶閥。公稱壓力PN為2．5--6．4MPa的蝶閥。
(4)高壓碟閥。公稱壓力PN為10。0--80．0MPa的蝶閥。
(5)超高壓蝶閥。公稱壓力PN>100MPa的蝶閥。
按工作溫度分類
(1)高溫蝶閥。t>450 ℃的蝶閥
(2)中溫碟閥。120 C<t<450 C的蝶閥
(3)常溫蝶閥。一40C<t<；120 C的蝶閥
(4)低溫蝶閥。一100<t<一40 C的蝶閥
(E)超低溫蝶閥。t<一100 C的蝶閥
按連線方式分類
(1)對夾式蝶閥
(2)法蘭式蝶閥
(3)支耳式蝶閥
(4)焊接式蝶閥
高溫蝶閥技術
高溫蝶閥用於催化裂化裝置能量煙氣回收系統, 裝置的正常操作溫度680 ℃, 允許最高連續使用溫度720 ℃, 最高超溫800 ℃, 輸送含有催化劑顆粒的再生煙氣介質。由於介質對閥門沖刷強烈, 為防止閥體壁厚因沖刷減薄而失效, 閥體內大面積堆焊硬質合金, 閥體極易產生變形和開裂,堆焊難度較大。因為系統溫度較高, 金屬材料在高溫中機械性能急劇下降, 閥門應選用耐高溫材料。為防止閥門泄漏超標, 引起系統煙機不能正常停車, 從而造成重大事故, 對閥門密封結構及其零件的加工精度要求較高。
高溫蝶閥閥體由鋼板和鍛件法蘭焊接而成。閥桿為整體鍛件結構, 由外部軸承座支撐,並通過二端銷連線帶動閥瓣轉動。2 個半圓閥座前後錯開, 與閥瓣呈對稱式分布, 結合對稱式流線型結構的閥瓣, 使閥門具有良好的流通性能。3 組填料密封, 外加密封劑和吹掃二道輔助密封組成了高可靠性閥桿填料密封系統
高溫蝶閥為了滿足高溫的要求，必需要滿足以下幾方面的要求：
1、閥體材料
閥門設計執行標準為ASMEB16134 。按該標準中的壓力- 溫度表計算得到的閥門常溫下的壓力等級數, 就是設計基準, 並以此來計算最小壁厚。在設計過程中, 閥體材料也選ASME B16134 標準規定的材料, 並且材料的適用溫度高於閥門工況最高溫度。經過查閱了大量國內外類似工況的閥門設備材料使用情況, 結合對高溫材料的使用經驗, 選擇了性價比較高的304H 作為閥體材料。此材料可減小蠕變對材料的影響。
2、閥桿材料
根據高溫強度估算, 奧氏體鋼在704 ℃的高溫工況下, 強度降低6415 %以上, 如果採用加大閥桿直徑提高其強度的方法, 則超出閥門結構要求, 因此奧氏體鋼不適宜做閥桿材料。lnconel X - 750 在704 ℃的高溫工況時, 強度降低4113 % , 但強度值還很大(表1) 。根據屈服強度,並考慮持久強度計算得到的閥桿直徑, 符合閥門結構要求, 因此閥桿材料選用lnconel X - 750 。
3、閥體最小壁厚計算是為了保證閥門的壓力邊界完整。最小壁厚採用規則法計算, 計算標準按 ASME B16134 , 在選擇壓力- 溫度額定值時, 有2種磅級選擇法。一種是選擇標準磅級, 計算得到的最小壁厚比較大, 比較安全。另一種是選擇特殊磅級, 計算得到的最小壁厚比標準磅級小, 但無損檢測要求較嚴。根據高溫工況的設計經驗, 選擇了這二種磅級的組合形式, 即在計算最小壁厚的壓力-溫度額定值時, 選用標準磅級, 而閥體的無損檢測要求按特殊磅級。 閥門泄漏率要求為最大流量的0167 % , 當泄漏超標就會引起系統煙機不能正常停車, 從而造成重大事故。普通煙氣蝶閥閥體通道內沒有閥座, 閥瓣僅起調節煙氣介質流量的作用, 不起密封作用(圖2) 。根據性能要求, 大口徑高溫蝶閥設有閥瓣和閥座密封副, 對閥門的流通性能、密封可靠性和啟閉力矩3 個方面進行了設計研究。首先按常規蝶閥設計了密封副(圖3) , 此形式密封可靠, 雖然閥瓣旋轉中心與密封面存在偏心力矩, 使啟閉力矩增大, 但經過計算, 力矩也在可以接受的範圍之內。此結構的缺點是流通性能差, 不能滿足全開截面積的設計要求。經過反覆設計、修改和計算, 完成了對開式閥座密封副設計(圖4) , 該閥座是2個半圓閥座, 它們前後錯開與閥瓣呈對稱式分布,使得閥瓣能夠設計成對稱式流線型結構, 使閥門具有良好的流通性能, 從而滿足了全開截面積要求和全開Cv 值要求。由於閥瓣結構對稱, 所以啟閉力矩較小。雖然其密封面某一處可能有泄漏現象, 但只要合理控制閥瓣和閥座的尺寸精度、形位公差和二者之間的裝配誤差, 就能有效控制泄漏率在合格範圍之內。
4、高溫填料填料選用柔性石墨。其在空氣中氧化溫度為450 ℃, 並在此溫度下每24h 後質量減輕1 %。溫度越高, 質量減輕得越多, 氧化現象越嚴重。柔性石墨填料最高使用溫度為650 ℃, 且僅用於非氧化介質。考慮到填料在填料函內處於壓緊密封狀態,只有一部分與空氣接觸, 有資料介紹處於這種狀態的填料使用溫度可達816 ℃。
高溫蝶閥的研製, 主要是解決閥體主體材料的選用、蝶閥密封副結構及閥桿密封結 構的設計等問題, 並通過試驗選取了超高溫填料,為石化行業催化裂化裝置系統用閥門的設計和製造。
