天然气排液阀的设计.pdf

机械研究与应用 2 0 1 2 年 第2 期 总 第l l 8 期 设计与制造 天然气 排液 阀的设计 方瑞红 ， 罗展宏 ， 贾德 强 1 ． 甘 肃红峰机械有限责任 公司， 甘肃 平凉7 4 4 0 0 0 2 ． 甘 肃省机械科 学研 究院 ， 甘肃 兰州7 3 0 0 3 0 摘要 针对石化行 业特殊 工况用节能产 品天然气排液 阀的要求 ， 重点介绍 了该 阀的结构和 工作 原理 ， 通 过分析 临界 开启状态下力平衡方程和阀座孔直径、 主阀芯理论开启高度计算得到的结果， 得 出天然气排液阀关键零件阀 座孔、 控制架内腔尺寸， 满足主要技术参数， 排量达到设计要求的结论。 关键 词 天然气排液 阀； 结构 ； 阀座孔 直径 ； 主 阀芯理论开启高度 中图分类号 T H1 3 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 7 4 4 1 4 2 0 1 2 0 2 0 1 2 7 0 2 De s i g n r e s e a r c h o f n a t ur a l g a s l i q ui d t r a p F a n g R u i - h o n g ，L u o Z h a n - h o n g ，J i a D e - q i a n g 1 ． C , a n s u H o n g f e n g m a c h i n e r y C o ． ， L t d ， P i n g l i a n g G a n s u 7 440 0 0 ， C h i n a ； 2 ． G a n s u a c a d e m y o fm e c h a n i c a l s c i e n c e ， L a n z h o u G a n s u 7 3 0 0 3 0 Ch i n a Ab s t r a c t B a s e d o n t h e a p p l i c a t i o n o f e n e r g y -s a v i n g p r o d u c t u n d e r s p e c i a l c o n d i t i o n o f p e t r o l e u m i n d u s t r y，t h e c o n s t r u c t i o n a n d o p e r a t i n g p r i n c i p l e o f n a t u r al g a s l i q u i d t r a p a r e ma i n l y i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r ．T h r o u g h t h e a n aly s i s o f t h e f o r c e e q u i l i b r i u m e q u a t i o n s i n c r i t i c a l o p e n i n g s t a t e a n d t h e c a l c u l a t i o n o f t h e d i a me t e r o f t h e v alv e s e a t h o l e and t h e o r e t i c al t h e v a l v e l i f t o f ma i n C O l e ，t h e v alv e s e a t h o l e a n d t h e d i me n s i o n s o f c h a mb e r o f h o l d e r we g o t c a n s a t i s f y t h e main t e c h n i c a l p a r a me t e r s an d t h e d i s c h a r g e c a p a c i t y c a n me e t t h e d e s i g n i n g r e q u i r e me n t o f t h e c alc u l a t i o n ． Ke y wo r d s n a t u r a l g a s l i q u i d t r a p；s t r u c t u r e ；v alv e s e a t h o l d e r d i a me t e r ；ma i n v a l v e t h e o r e t i c a l l i f t 1 概述 排液阀在石油 、 化工、 冶金、 纺织等行业中要求 自 动分离任何比重差大于 0 ． 3的除蒸汽凝结水之外 的 气液两相介质 ， 并有利于液相介质 的回收利用 ， 在天 然气与沉积液 、 石油液化气 与游离水、 其它气体与液 体等方面得到广泛的应用。排液阀要求及时排除液 相介质， 无气相介质泄漏的自力式控制类阀门可达到 目的。但如果排液 阀失效、 性能不好或使用不当 ， 将 造成闪蒸罐持续高液位 ， 液体会进人火炬 ， 火炬会像 喷泉一样喷出大量的液体 ， 污染环境 、 浪费资源。目 前常用的排液 阀有杠杆浮球式排液 阀和双导向排液 阀等。 笔者主要讨论一种关阀压力平衡、 稳定性和可靠 性好、 体积小、 排量大、 高水位、 零泄漏的杠杆浮球式 平衡双阀座排液阀的工作原理和主要参数的计算。 2 天然气排液阀 2 ． 1 性能及结构 1 性能天然气排液阀吸收 了杠杆 浮球式排 液阀和双导向排液 阀的优点 ， 使结构更加完善、 性能 更加优 良。具有排量大、 体积小、 工作压力调整范围 大且气相介质零泄漏等优点。 2 结构 天然气排液 阀主要 由上壳体 、 下壳 体 、 平衡双阀座 、 均压管、 增力杠杆、 浮球组件 、 杆架 、 导向机构 、 过滤网、 隔离板等组成 ， 如图 1 所示。排液 阀的浮球通过增力杠杆在导向机构 限位下拉动平衡 双阀座 ， 增力杠杆 的右端用销轴与杆架铰链连接 ， 杆 架的上端用螺纹连接在浮球组件上。通过浮球组件 上的螺母可调节浮球在上壳体内的高低位置， 使平衡 双阀座水封液面更高， 确保气相介质零泄漏。 1 ． 下壳体 3 ， 控制架 5 ． 导向机构 7 浮球组件 9 ． 均压管 1 1 ． 隔离板 图 1 天然气排液阀结构示意图 2 ． 平衡双阀座 4 ． 增力杠杆 6 ． 上壳体 8过滤 网 1 O ． 杆架 2 ． 2工作 原理 1 关闭状态开始运行时， 浮球组件、 平衡双 阀座和增力杠杆等零件的重力绕其杠杆转动支点转 动， 由于浮球组件没有受到液相介质的浮力， 浮球组 件下沉 ， 关 闭平衡双阀座 ， 切断液相介质排出通道 ， 管 收稿 日期 2 0 1 2 0 3 1 1 作者简介 方瑞红 1 9 6 8 一 ， 女 ， 甘肃平凉人， 工程师， 主要从事阀门开发及设计研究工作。 1 27 设计与制造 2 0 1 2 年 第2 期 总 第1 1 8 期 杌械 研究与应用 道 内的空气或不凝结气体及气相介质可通 过均压管 流人总管 ， 阀门处于关 闭状态 。 2 转人开启状态液相介质在 阀内开始聚集 ， 随着大量液相和气相介质通过过滤网、 隔离板迅速流 人阀内下壳体， 在壳体内两相介质 自动分离， 气相介 质通过均压管流人总管， 当液面上升到一定高度时， 浮球组件所受浮力大于浮球和增力杠杆等重力时上 升 ， 通过增力杠杆 在导 向机构 限位下打开平衡 双 阀 座 ， 液相介质通过阀座排出， 阀门处于排量排水状态。 3 转人关闭状态壳体里的积液排出后 ， 浮球 组件失去浮力下降 ， 这时增力杠杆通过杆架 、 导向机 构带动阀芯关闭阀座孑 L ， 阀门转人关 闭状态 。 2 ． 3分 析 使用平衡双 阀座杠杆浮球排液阀， 可通过增加排 水孔 的流通面积而获得大的排水量 ， 同时由于在关闭 状态上 、 下两阀座所受压力的方 向相反 ， 互相抵消 ， 减 少了开启力。浮球始终处于高液位状态 ， 平衡双阀座 处一直保持较多水封， 保证了气相介质零泄漏。 3 设计计算 3 ． 1阀座孔直径 d的计算 排液 阀处于 临界开启 状态 的示意 图， 如 图 2所 示 。1为浮球 ； 2为平衡双 阀座 ； 0为杠杆 转动支 点 ； Q为浮球 的静浮力 ， k g ； G 为杠杆重量 ， k g ； n为浮球 中心至转动支点 D的距离 ， c m； k为杠杆重 心至转动 支点 0的距离 ， c m； Q 为介质作用在 阀座上的压力 ， k g ； m为 阀座至转动支点 0的距离 ， c m； D为浮球直 径 。 c mo 图2 排液阀处于临界开启状态 假定， 当浮球有一半侵人水中后浮球组件开始上 升 ， 这时作用在球上的浮力为， 如图 2示所示。 1 『 D ， ，f 式中 为浮球 的浮力 ， k g ； D为浮球 的外径 ， c m； 为凝结水密度 ， k g ／ c m 。 浮球 的质量为 c 詈 D 一 D 3 2 式 中 G为浮球 质量 ， k g ； D 为浮球 内径 ， c m； 为浮 球材料 的密度 ， k g ／ c m 。考虑 到浮球 的质量 G， 则受 l 28 到 的净浮 力为 Q 一 G 为 一 詈 D 一 D ； iT D 。 一2 D T 2 D T 3 介质作用在阀座上 的压力 Q ， 为 Q 4 式 中 p为凝结水压力 ， MP a 。 因此 ， 当阀座处 于临界开启状态时 ， 对 阀进行受 力分析 见 图2 ， 力平衡方程。Q r ／,Q。 m 5 当 Q n Q m时阀门开启。 若考虑计算杠杆重量 ， 则上式为 Q r t m G 6 由式 6 解得阀座孔直径 d为 d ／ 4 1Q。n盯-pGm,k 一 c m 7 3 ． 2阀芯 理论 开启 高度计 算 通过计算 阀芯理 论开 启 高 度， 可 以确 定 控 制 架 内 腔 的 大 小 ， 使 阀芯在 控 制 架 内的 开度 合 理 ， 达 到 设 计 需要 的排 量 ， 如 图 S所 示。图 中 图 3 阀芯理论开启高度 为阀芯锥面的垂直开启高度 ， n l lT l ； 为阀芯理论开 启高度 ， mm； D 为阀座的流通直径 ， m m； 为 阀芯锥 面角度 ， 。 。 从图 3中可以得到 旦 m m 8 n 式中 为阀芯锥面的垂直开启高度。 二 二 m m 。 。 2 o s 詈 式中 为阀芯锥 面角 度 ， 。 ； D 为 阀座 的流通 直 径 ， m m； A 为主阀流通面积 ， m m 。 A z 6 8 5 ． 7 q 佃 { m m 9 其 中 为流量系数数值 ， 如表 1 所示 。 表 1 流量系数 下转第 1 3 2页 设计与制造 2 0 1 2 年 第2 期 总 第1 1 8 S 1 机械 研究 与应 用 6结语 通过对复杂地层地震勘探钻孔施工 中遇到的诸 多问题进行分 析 ， 研 制 出适合 我国 山地 、 丘陵、 戈壁 滩、 森林及沙漠地区钻探用的一系列地震勘探钻机； 钻机具有体积小， 重量轻， 自动化程度高等特点， 结合 其配套 的机具和合理工艺方法 ， 在施工中大大的提高 了钻进效率 ， 解决 了在地震勘探 中的诸多技术难题 ， 节约了成本 ， 满足 了复杂地区钻探 的需求 ， 为进一步 改进和完善地震勘探钻机的性能奠定了基础。 参考文献 [ 1 ] 刘广志 ． 中国钻探科学技术史 [ M] ． 北京 地质 出版社 ， 1 9 9 8 ． [ 2 ] 何樵登． 应用地球物理教程[ M] ． 北京 地质出版社， 1 9 8 5 ． [ 3 ] 杨宝俊 ． 勘探地 震学资料解释 的基 础与应 用[ M] ． 北京 地 质出 上接 第 1 2 8页 P ； 为进 口压力 ， MP a ； q 为介质流量。 蒸汽质量流量 q “fix 1 0 D N2 1 z ／ 4 v k g ／ s 水和空气质量流量 q fi X 1 0 曲 D N2 u p ／ 4 k g ／ s 式 中 D N为公 称通经 ， m m； t ， ， ， 为蒸汽 的 比体积 ， m ／ k g ⋯ ； p为介质的密度 ， k g ／ m 引。u为介质 的流动速 度 ， m ／ s ， 如表 2所示。 表 2介质 的流 动速度 u 版社 ， 1 9 9 6 ． 张永勤， 刘辉， 陈修星． 复杂地层钻进技术的研究与应用[ J ] ． 探矿工程 ， 2 0 0 1 增刊 1 5 9 1 6 5 ． 冯德强． 钻机设计 [ M] ． 武汉 中国地质大学出版社 ， 1 9 9 3 ． 张祖培． 勘探孔空气钻机[ M] ． 地质 出版社 ， 1 9 8 8 ． 赵年， 佟杰新， 卢秀春． 现代设计方法[ M] ． 北京 机械工业出 版社 ， 1 9 9 6 ． 张阳春． 国内外石油钻采设备技术水 平分析 [ M] ． 北 京 地 质出 版社．1 9 9 0 李双喜． 地质技术装备丛书 第二卷 钻掘机械设备 [ M] ． 北 京 地质 出版社 ， 1 9 9 5 ． 姜继海， 宋锦春， 高常识．液压与气压传动[ M] ． 北京 高等教 育 出版社 ， 2 0 0 1 ． 黄锡恺 ， 郑文纬．机械原理 [ M] ． 北京 人民教育出版社 ，1 9 9 8 刘维信． 机械最优化设计[ M] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 4 ． 把式 9 1 O 代人 式 8 中得到 阀芯理 论开启 高度。 4 结论 天然气排液阀， 气相介质和液相介质分离可靠 ， 没有空气或不凝结气体气锁， 无气相介质泄漏， 能按 液相介质负荷成 比例地连续排放 ， 耐久性好 、 背压率 高可达 9 0 ％。由于此类 阀是全 自动 连续排放 ， 有液 体 自动排放 、 无液体 自动关闭 ， 沉积液排放率 1 0 0 ％ ， 动作可靠性 高， 运行 中无气 相介质 泄漏 。满足大 容 量 、 高参数的工业工况需求 ， 节能效果显著。 参考文献 [ 1 ] 杨 源泉． 阀门设计手册 [ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 9 2 ． [ 2 ] 陆培文． 实用 阀门设计手册 [ M] ． j E 京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． 重型商 用车燃料消耗量 限值 7月 1日起 实施 关于实施重型商用车辆燃料消耗量管理的通知 以下简称 通知 规定， 自2 0 1 2年2月 1日 起 ， 在 车 辆生产企业及产品公告 以下简称 公告 管理 中， 对重型商用车辆产品 不包括专用作业类、 全轮驱 动类产 品 实施燃料消耗量管理。此前不久， 重型商用车辆燃料消耗量限值 第一阶段 已经正式发布， 并将于今年 7月 1日正式实施。这意味着 ， 工信部、 交通运输部对重型商用车燃耗的双重管理时代 正式到来。 尽管 通知 将备受关注和争议的重型车燃耗双重管理处理得很人性化， 但是摆在企业面前的一个无可争 议的事 实是 ， 工信部、 交通运输部的双重管理将给企业带来沉重负担 。 本刊辑 1 3 2 叫