高溫管道控制閥溫度場分析

喬冠超 蘭勇軍 占凱豐 柳雅玉

(上海亞奧閥門有限公司,上海201502)

1 概述

近年來隨著科學技術水平的不斷提高閥門在高溫和低溫環境下的應用越來越廣泛，但是在使用過程中如何針對高溫工況閥門的受熱溫度及使用情況進行預防和改進是一直困擾設計人員的。

2 分析

高溫閥蓋一般采用加長的方式，其目的是為了保護填料的密封性及操作的安全性，加長閥蓋設計的溫度分布呈階梯型向上遞減傳導（詳見加長閥蓋圖），加長高度越高填料部位溫度越低。因此中設計時可以根據填料的使用溫度范圍，確定閥蓋的加長高度，能夠滿足閥門性能的前提下，節約成本。

3 分析實例

以閘閥為例：閘閥閥蓋溫度場分析。

模擬條件為：

（1）介質溫度：550℃；

（2）閥蓋材料：CF8閥蓋材；

（3）熱導率：16W/(m.K)；

（4）比熱：500J/(kg.K)；

（5）質量密度：8000kg/m3；

（6）模型類型：線性彈性同向性。

具體分析部位步驟如圖1-5。

圖1 閥蓋模型

現在以閘閥NPS 12-Class 300的閥蓋為例我們針對閥蓋加長高度100mm、200mm、300mm、400mm時溫度對閥門填料部位溫度的影響進行了有限元分析，見圖6-9。

圖2 (分析標記平面溫度)

圖3 加載溫度(550℃)

圖4 散熱表面

圖5 網格化

圖6 (加長100mm閘閥閥蓋)

圖7 (加長200mm閘閥閥蓋)

圖8 (加長300mm閘閥閥蓋)

圖9 (加長400mm閘閥閥蓋)

我們根據加長高度的閘閥閥蓋為例進行了有限元分析具體分析結果見表1-4。

表1 閥蓋加長100mm時,填料底平面溫度

表2 閥蓋加長200mm時,填料底平面溫度

表3 閥蓋加長300mm時,填料底平面溫度

表4 閥蓋加長400mm時,填料底平面溫度

閥蓋加長不同高度時填料底部的溫度對比：

（1）閥蓋加長100mm：填料底部平均溫度為354.8 ℃；

（2）閥蓋加長200mm：填料底部平均溫度為236.8 ℃；

（3）閥蓋加長300mm：填料底部平均溫度為159.2 ℃；

（4）閥蓋加長400mm：填料底部平均溫度為109.1 ℃；隨著閥蓋高度的變化，填料底部溫度也會變化。

閥蓋加長200mm比加長100mm，填料底部溫度明顯降低（溫度差為118℃）。

閥蓋加長300mm比加長200mm，填料底部溫度降低（溫度差為77.6 ℃）。

閥蓋加長400mm比加長300mm，填料底部溫度降低（溫度差為50.1 ℃）。

4 結論

由上對比可知：閥蓋加長越高，填料部位的溫度越低；但是溫度降低的速率是遞減的。

SHELL MESC SPE 77/212里規定溫度為550℃時，NPS12-Class300的加長高度為375mm，填料部位的溫度在109℃～159℃之間；那么是不是可以認為高溫閥門填料部位的溫度在150℃以下是比較合理的（當然也要考慮填料的材質）。