1、概述

    目前,可靠隔断气体管道输送的气流通常采用在密封蝶阀或闸阀后用盲板、插板、眼睛阀和扇形阀之一组合成隔断装置,或使用双板切断阀作为隔断装置。本文介绍一种新型单阀板多程液封阀门,以替代眼睛阀、扇形阀和双板切断阀。

    2、分析

    组合式隔断装置均在阀体法兰或管道法兰之间使用刚性堵板,在插入或抽出刚性堵板时必须采用人工或机械方法松开-夹紧密封副,实现介质的隔断。管道投用后,密封蝶阀、闸阀或插板的阀座内可能有沉积物,影响阀门关闭时阀板的密封副与阀座之间紧密贴合。因而,在抽堵盲板作业或启闭眼睛阀或扇形阀时,会有危害气体逸出,造成作业强度大,危险性高。另外,组合式隔断装置的密封部位多,机械结构复杂。

    双板切断阀隔断装置在管道投用后阀座内可能有沉积物,影响阀门关闭时阀板的密封副与阀座之间紧密贴合,此时,通过连续向由两侧阀板与阀体形成的腔体内注液,来保证密封副处的液体静压大于气体介质压力,从而确保气体介质不泄漏到被隔断的一侧。双板切断阀制造难度大,尤其两块阀板同心的装配精度和密封面的研磨。阀门的两块阀板由联杆传动机构同步翻转或升降,单块出现故障就影响阀门阀板开闭,故障排除较难。

    为了克服组合式和双板切断式隔断装置存在的缺点,设计了新型单阀板多程液封阀门(简称液封阀,下同),该阀门已申请国家发明专利(申请号为2009103037153)。

 3、工作原理

    液封阀主要由阀体、阀板、阀座、阀板传动机构、上隔板和上隔板传动机构等(图1)组成。独立的液封腔设置在阀体内,由上隔板和阀体的下底板相互嵌套构成。上隔板为倒置的杯形,整体可上下定向移动,上隔板上设有环形多层隔板。阀体的下底板为杯形,固定不动,下底板上也设有环形多层隔板。

    阀门关闭时,首先关闭阀板,然后上隔板由传动机构带动,使上隔板的环形多层隔板由上向下运动插入下底板上的环形多层隔板之间,上隔板的环形多层隔板与下底板上的环形多层隔板相互嵌套,形成多程液封内腔。打开阀体上放散口/液封高度观察口后的放散阀向大气放散,可以通过观察是否有气体介质连续逸出,判断阀座与阀板的密封副是否紧密贴合。即使阀座与阀板的密封副未能紧密贴合,随后打开注液阀门向液封腔内注液,液体沿内侧环形隔板渐次向外侧溢流,直至液体从放散口/液封高度观察口溢出后,即可停止注液。液封腔内的液封高度保证了气体介质不泄漏到被隔断的一侧。

    打开阀门时,首先打开阀体上排液口处的各排液阀门,将液封内腔各程内的液体排净后再依次关闭各排液阀门,随后关闭放散口/液封高度观察口后的阀门。接着由传动机构带动上隔板移动至阀体上部,使上隔板的环形多层隔板与下底板上的环形多层隔板形成的嵌套结构分离,阀体即可变为顺畅的气体流动通道,最后打开阀板。

   (a)阀门开启状态(b)阀门关闭状态

图1单阀板多程液封阀

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            1.阀板2.阀体3.上隔板传动装置4.上隔板5.阀板传动机构6.阀座

    A-气体入口B-注液口C-液位计口D-气体出口E-放散口、液封高度观察口Fn-排液口

 4、结构设计

    依据不同的设计及安装要求,液封阀门有竖直型、水平型和水平-竖直型3种结构(图2)。对应安装于管道的竖直段、水平段和转弯段。竖直型以气体进口高度方向的轴线为准,气体出口高度方向的轴线可根据安装实际需求调整,即在实际应用时,可节省管道上的1～2个弯管。水平型以气体进口水平方向的轴线为准,气体出口水平方向的轴线可以在±90°范围内任意布置。水平-竖直型在水平方向的气体进/出口水平轴线可以在±180°范围内任意布置,水平方向的气体进/出口高度可根据安装实际需求调整,实际应用时,也可节省管道上的1～2个弯管。

    按气体的流向设定,液封腔布置在阀板后。阀体内任一处气体流道截面积不小于管道截面积。由于液封腔是可上下分离的嵌套结构,阀门关闭后液封腔内的气体流动通道不是阀门开启时正常的气体流动通道,使得阀体体积大为缩小。

    液封腔的程数可为任意多程,通常为2～6程。对应于上隔板和下底板上的环形多层隔板也为任意多层,通常为2～6层隔板。液封腔内设计的有效液封高度必须符合对应不同的气体介质的规范、规定的要求。以煤气为例,必须符合GB6222-2005对有效液封高度的规定,即有效液封高度为煤气计算压力至少加5000Pa。由于液封腔的多程设计,实际注液高度为

    式中Hi———实际注液高度,mm

    Hs———有效液封高度(即煤气计算压力至少加5000Pa/液封液密度),mm

    n———多程液封阀门的程数

    s———上隔板与下底板嵌套时,上隔板下缘与下底板之间的间隙,mm

  图2不同类型的单阀板多程液封阀

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    (a)竖直型(b)水平型(c)水平-竖直型

 多程液封使得实际注液高度大大降低,在保证有效液封高度的前提下,减少了阀门的操作质量。选用的液封液应是在常温常压下不挥发或低挥发的化学性质稳定的液体,不与被隔断的气体介质及液封腔母材发生反应,并应具有较好的阻燃性。常见的液封液有水和氟油等。如选用密度更高的氟油,则可进一步减小阀门的体积。

    液封阀的阀体壁厚不小于对应安装管道的壁厚。阀体的材质与对应安装管道的材质一致或优于管道的材质。由于液封腔设计在阀体内,维修或更换不方便,因此,构成液封腔内件的中央管、隔板等部件的材质均要优于阀体的材质,如采用304、316或316L等不锈钢,各部件厚度也要大于阀体壁厚。

    5、结语

    液封阀用于隔断气体管道输送的气流具有很多特点。

    ①采用独立液封腔,避免了使用过程中,阀座内的沉积物妨碍阀板的密封副与阀座之间紧密贴合所带来的气体介质泄漏的影响。

    ②在液封腔内采用可上下分离的嵌套结构设计,形成多程液封,在较小的空间内保证足够的液封高度,缩小了阀门体积,降低阀门自身质量和操作质量。

    ③阀门适合安装在管道的不同部位,如水平段、竖直段或弯管处,满足不同的设计及安装需求,特别适合大口径的气体管道以及在狭小空间内布置应用。

    ④机械结构简单,制造成本降低。

    ⑤运行时故障率低,检修维护简单方便。