固定式鈦球閥的設(shè)計(jì)與開發(fā)

鈦以其良好的機(jī)械性能和優(yōu)異的耐腐蝕性能，廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥衛(wèi)生、制鹽、氯堿和航 空等領(lǐng)域。在化學(xué)工業(yè)中，主要用作壓力容器、管道和泵閥。其中，鐵質(zhì)固定球閥因其良好的密封性、優(yōu)良的耐腐蝕性和對(duì)高工作壓力的適應(yīng)性，被廣泛應(yīng)用于石油和化工行業(yè)。

目前國(guó)內(nèi)沒有固定式鈦球閥，只有浮動(dòng)式鈦球閥比較悶。世界上只有美國(guó)、德國(guó)、日本等少數(shù)國(guó)家能生產(chǎn)固定式鈦球閥。為滿足石油化工行業(yè)對(duì)工作壓力高、密封性能好、耐腐蝕性能好的要求，設(shè)計(jì)開發(fā)了固定式鈦球閥，開發(fā)了DN80、DN50、DN40、DN25。并采用了壓力高達(dá)9.8MPa的固定式鈦球閥，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，為批量生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，為大型石化企業(yè)耐腐蝕設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化改造提供了技術(shù)和物質(zhì)保障。

雖然國(guó)內(nèi)并沒有固定式鈦球閥，但是我們也生產(chǎn)出了許多能代替固定式鈦球閥的閥門。比如歐拉姆生產(chǎn)的：氣體空分裝置 不銹鋼球閥Q41F，空氣分離裝置是一套工業(yè)設(shè)備，用于分離空氣中的各種組分，并分別產(chǎn)生氧氣、氮?dú)狻鍤夂推渌麣怏w的空氣組分。最常用的空氣分離方法是低溫精餾。低溫分離法是將空氣通過壓縮、循環(huán)、深冷等方式變成液體，根據(jù)沸點(diǎn)不同，通過低溫精餾從液態(tài)空氣中逐漸分離出氧氣、氮?dú)?、氬氣等惰性氣體的裝置。廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)冶金、新型煤化工、大型氮肥、專業(yè)供氣等領(lǐng)域。該裝置主要需用高壓球閥。歐拉姆閥門能夠提供完美的解決方案，高壓球閥能夠穩(wěn)定在空分裝置中等存儲(chǔ)設(shè)備中穩(wěn)定的工作。

介紹了固定式鈦球閥的設(shè)計(jì)計(jì)算過程、主要開發(fā)過程和特點(diǎn)。

1設(shè)計(jì)和開發(fā)
1.1設(shè)計(jì)計(jì)算
1.1.1設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)
工作介質(zhì):醋酸；
工作溫度:225℃；
設(shè)計(jì)壓力:9.8MPa；
公稱直徑:80毫米。

材料選擇
根據(jù)服役溫度和醋酸濃度，發(fā)現(xiàn)鈦的腐蝕速率< 0.127 mm/a，對(duì)比耐腐蝕不銹鋼和其他有色金屬，選擇TA2滿足服役條件。根據(jù)使用的工作壓力，為保證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，選用TA2鍛件。根據(jù)工作溫度和工作壓力，選擇柔性石墨和浸銻石墨作為密封材料。

1.1.3設(shè)計(jì)計(jì)算
(1)閥體壁厚的設(shè)計(jì)
公式為sb = dn (k0-1)/s+c，計(jì)算結(jié)果為16 mm。
(2)閥蓋與閥體連接螺栓的選擇
根據(jù)使用壓力，1Cr18Ni9Ti螺栓和8個(gè)M30mm×55mm的螺栓可以滿足強(qiáng)度要求。
根據(jù)公式，進(jìn)出口法蘭蓋與閥體的連接螺栓采用8個(gè)M30mm×45mm的1Cr18Ni9Ti螺栓，滿足強(qiáng)度要求。

1.2技術(shù)關(guān)鍵
由于工作壓力高達(dá)9.8MPa，密封和承壓是關(guān)鍵技術(shù)。在研制過程中，采取了三項(xiàng)措施解決這一關(guān)鍵技術(shù)問題。
①保證球和上下球桿的同軸度；
②保證上下球桿和80mm通孔的垂直度；
③保證球面粗糙度。
通過設(shè)計(jì)專用工裝、加工和密封工藝，達(dá)到了密封和承壓的目的，并試驗(yàn)成功。

1.3結(jié)構(gòu)特征

與浮動(dòng)球閥相比，鈦固定球閥具有以下三個(gè)特點(diǎn)
(1)在密封原理上，采用背封。
(2)適用于高壓和粘性液體。
普通浮動(dòng)鈦球閥在高壓下不可靠。當(dāng)介質(zhì)為粘稠液體時(shí)，球體與密封圈之間微小的浮動(dòng)間隙容易造成堵塞，使閥門難以啟閉或失去密封作用。固定式鈦球閥，由于彈簧的作用，使密封圈始終與球體保持緊密接觸，利用高壓介質(zhì)達(dá)到良好的密封效果。
(3)采用線封。
球形密封位于普通浮動(dòng)鈦球閥的球體和密封圈之間，其單位面積的密封比壓較小。在高壓下，微觀表面的凸凹點(diǎn)容易造成泄漏，達(dá)不到密封要求。而固定式鈦球閥在球體與密封圈之間采用線密封，增加了單位面積的密封比壓，壓力越高密封效果越好，保證了高壓工作的可靠性。

2結(jié)論
(1)設(shè)計(jì)開發(fā)的固定式高壓鈦球閥滿足了石油化工行業(yè)的需要，使用效果良好。
(2)固定式高壓鈦球閥具有高壓使用可靠、密封性好的特點(diǎn)。
(3)設(shè)計(jì)開發(fā)的固定式高壓鈦球閥技術(shù)水平國(guó)內(nèi)領(lǐng) 先，達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品水平。