裂解氣閥膨脹節導流管設計及選型

李 丹

（中國石油天然氣股份有限公司遼陽石化分公司，遼寧遼陽 111003）

0 引言

目前廣泛應用于石油化工、煤化工和天然氣化工等行業的硬密封雙閘板閘閥，其密封結構經過硬化處理，密封面硬度高而耐沖刷和磨損，在含耐磨介質工況、高溫工況下，使用壽命、使用效果遠優于平板閘閥。帶導流孔的平板閘閥在結構上僅提供了閥門在開位時用于流通的通道，因此無法補償閥座磨損，不能形成主動密封。對此閥門的導流裝置進行改造，實現在平行式雙閘板閘閥中既滿足導流孔的作用又能實現開位密封。

1 膨脹節導流管結構簡介

膨脹節導流管主要組成見圖1，上法蘭和下法蘭通過波紋管連接，導流管作為導流裝置的內襯一端與上法蘭焊接，另一端放開，使用時介質流方向由上法蘭向下法蘭方向。

圖1 膨脹節導流管結構

2 結構分析

膨脹節導流管中的波紋管是導流裝置關鍵部件，利用波紋管的彈性元件特性實現導流裝置的伸縮，保證膨脹節導流管在裝入閥體后，兩端的密封面與閥體閥座密封面始終有密封壓力存在，從而達到閥門在開啟位置的密封。

在結構長度尺寸相對固定的情況下，波紋管規格型號的選擇關系整個膨脹節導流管的使用性能。在以往使用的平行式雙閘板閘閥中，膨脹節導流管選用的波紋管為單波結構。通過了解在線運行的閥門，開啟位密封的效果會隨使用時間的延長逐漸失效，在排除閥門密封面受損的情況下，直接原因為膨脹節導流管收縮，兩密封面間距達不到開啟位密封所需要的值。針對這種狀況，在波紋管總高度一定的基礎上，將波紋管改為3波結構。通過計算比較，驗證帶3波波紋管的膨脹節導流管具有優越性。

3 相關計算及設計研究

3.1 U形波紋管設計計算（圖2和圖3）

根據U形波紋管設計手冊的計算公式，波紋管單波軸向剛度fiu計算見（1）式。

式中Dm——波紋管平均直徑，mm

Etb——波紋管材料在溫度t時的彈性模量

δm——波紋管成型后的單層名義厚度，mm

D——波紋管直邊端外徑，mm

h——波紋管波高，mm

Cf——U形波紋管計算修正值，見（2）式

n——膨脹節層數

式中rm——型波紋管波峰（谷）的平均曲率半徑，mm

以（DN600～DN1200）mm各規格閥門為計算對象，均為單層波紋管（圖3），且厚度選擇均為 2mm，取1.79×105MPa，得出表1 數據。

在保證波紋管強度和不失穩的條件下，從表1可以看出，同規格下，選擇3波波紋管約為單波波紋管剛度的2.5倍。同時，3波波紋管受制造的不均勻情況的影響要小于單波波紋管，受力的均勻性方面好于單波波紋管。

圖3 單波波紋管波形

表1 3波、單波數據對比

3.2 密封力及撐開機構碟簧選型計算

（1）膨脹節密封力計算（圖4）。密封面密封力FMF計算見公式（3）。

式中DMN——密封面內徑，mm

bM——密封面寬度，mm

qMF——密封面比壓

（2）單個撐開碟簧組載荷。當波紋管正常狀態時，其剛度為表1所示，此時撐開碟簧組為自然狀態，膨脹節密封面與閥座密封面之間的密封力由波紋管的軸向彈力提供。

波紋管需最大壓縮的量為ΔX=FMZ/fiu。當波紋管預壓縮量失效時，此時撐開碟簧組開始作用為膨脹，提供膨脹節密封面與閥座密封面密封所需的密封力。單個撐開碟簧組載荷FMZ=FS/m，其中，FS為碟簧組膨脹力，m為撐開碟簧組組數，碟簧規格選擇按Φ50mm×25.4mm×3mm，一組由8片碟簧組合而成。碟簧最大變形壓縮調整量 ΔX＇=8FMZ/fi，其中，fi為碟簧剛度。

在閥門正常工作過程中，閥門開位位置的密封力由膨脹節波紋管和輔助撐開機構的碟簧組共同提供。選擇合適的3波波紋管和碟簧的組合對閥門開位密封起著關鍵的作用，在保證開位密封的情況下，同時保證開關時密封面之間的摩擦力不會過大的開關動作。

4 結論

在閥門設計、制造、使用過程中,膨脹節導流管選擇合適的波紋管及輔助撐開機構，能達到以下優點。

（1）導流裝置在閥門開位具有撐開機構的預緊力輔助密封，密封效果可靠，使用壽命高。閥門在開位時雜質，顆粒等不會進入閥腔堆積，從而達到免維護運行的目的。

（2）保護閥座。導流裝置在閥門開位時密封結構受到保護，不受結構的沖刷、磨蝕，改善了閥門的密封副的壽命。

（3）彈性元件提供密封力的同時可以吸收閥門熱膨脹的變形和管系應力，作為有預緊力的儲力單元，導流裝置還可以補償密封面的磨損量，從而達到延長閥門壽命的作用。

［1］楊玲，謝守勇.膨脹節波紋管優化設計［J］.農業機械學報，2006，37（9）：153-156.