高压管线阀门压力试验装置的设计.pdf

文章编号 100225855 2008 0520021203 作者简介谭炳超1960 - ,男,上海人,工程师,从事阀门设计加工工作。 高压管线阀门压力试验装置的设计 谭炳超 中国石化集团上海工程有限公司,上海200120 摘要 介绍了高压管线阀门压力试验装置的结构特点和设计经验。 关键词 长输管线用阀;球阀;试验;装置 中图分类号 TH134 文献标识码 A Design of the equipment for the High - pressure pipeline valve’s pressure test TAN Bing - chao SINOPEC Shanghai Engineering Co. , Ltd. , Shanghai 200120 Abstract The structural characteristics and design experience were described on the equipment of the high - pressure pipeline valve pressure test. Key words pipeline valve ; ball valve ; test ; equipment 1 概述 随着中哈输油管线、西气东输一线、二线等长 输管线的建设,国内对长输管线阀门的需求越来越 大。长输管线的输送压力和管路通径逐步增大,以 西气东输为例,西一线设计压力为1010MPa ,公 称通径为1 000mm ,西二线设计压力为1210MPa , 公称通径为1 200mm。长输管线用阀门多采用球 阀,普通的压力试验机不能适应大口径高压管线阀 门压力试验的需要如Class900 , PN48 in.阀 门 , 阀门强度试验时介质对试验装置的推力达 26MN ,而且,对于设有焊接袖管的全焊接球阀, 在压力试验机上进行整机试验难度很大。为满足高 压管线阀门的压力试验需要,研制了适用于焊接端 及法兰端,具有卡环结构和自紧式密封结构及在袖 管焊接坡口位置设置密封面的压力试验装置。 2 结构 长输管线阀门与管道的连接通常有法兰连接和 焊接连接形式图 1 。对于焊接端,有两种情况, 一种是不要求焊接袖管的,一种是要求焊接袖管 的。近年来,全焊接球阀在长输管线上运用越来越 多,为防止阀门在与管道焊接时遭到损坏,免做焊 接工艺评定,通常在阀门端部焊接一段袖管图 2 。对于法兰连接阀门,试验时只需设计一片盲 板,与阀门法兰端连接,即可进行压力试验,相对 比较简单。 图1 阀门端部结构 对于焊接端不带袖管的阀门,采用图3所示装 置进行压力试验,该装置主要由卡环、活节螺栓、 支撑环、盲板、密封环和O形圈等组成。由于焊 接端阀门没有盲板固定位置,需要在阀体上加工一 道环槽,便于固定卡环。卡环采用对开式,通过活 节螺栓连接,在卡环和盲板之间添加支撑环,减少 卡环和盲板的弯曲变形。由于各管线的配管尺寸不 122008年第5期 阀 门 同,阀门端部尺寸略有变化,为提高互换性,降低 制造成本,将密封环和盲板制作成分体结构。密封 环与盲板和阀门之间通过O形圈构成密封。对于 API Class600以上级别阀门,密封环可采用图4所 示结构,用PTFE材料制造。在密封环与阀门内腔 接触处的内侧加工一道斜槽,形成类似唇形密封的 结构。在进行压力试验时,阀内腔介质压力会将密 封环的外侧推向阀体,形成自紧式密封,使密封更 为可靠。密封环与阀体的密封可以不靠卡环与盲板 之间的螺杆预紧力来实现。 图2 带袖管的焊接端部 11 阀体 21 活节螺栓及吊耳 31 卡环 41 支撑环 51 盲板 61O形圈 71 密封环 图3 阀门焊接端不带袖管的试验装置 对于焊接端带袖管的阀门,采用图5所示装置 进行压力试验。该装置主要由卡环、盲板、螺杆和 O形圈等组成,与不带袖管的焊接端阀门试验装置 类似。对于袖管壁厚大于18mm的阀门,加工及焊 接袖管产生的变形较小,可以在袖管端部加工高度 为60mm的密封带,采用与焊接端不带袖管的阀门 试验装置相同的结构进行压力试验。对于袖管壁厚 较薄的阀门,在加工及焊接过程中袖管易产生变 形,要在其内孔实现密封难度非常大。此时可以选 择图6所示的密封结构,在盲板上加工一凸台,高 度为60mm左右。凸台上端倒20 斜角,便于装配 时导向。凸台底部尺寸与袖管内孔尺寸相同,装配 时可以通过拧紧拉杆螺栓对袖管端部进行校圆。在 盲板上加工O形圈槽,使O形圈与袖管端部焊接 坡口位置形成密封。 图4 密封环 11 卡环 21O形圈 31 盲板 41 螺杆 51 螺母 图5 阀门焊接端带袖管的试验装置 3 计算 311 盲板壁厚 δD DC kPC [σ] 式中 δD 盲板厚度, mm DC 盲板计算直径盲板密封面中心直 径 , mm K 结构特征系数取K 01 25 PC 计算压力, MPa [σ] 设计温度下材料的许用应力, MPa 22 阀 门 2008年第5期 图6 薄壁袖管用试验装置 图7 阀体端部尺寸 312 螺栓数量 N πDC2PC 4A[σb] 式中 N 螺栓数量 [σb] 螺栓材料的许用应力, MPa A 螺栓截面积, mm2 313 阀体端部 阀体端部的结构尺寸如图7 ,确定端部尺寸并 对a - a和b - b环向截面的当量应力进行强度校核。 a - a环向截面的当量应力σoa为 σoaσmaσa≤019 [σb]t 式中 σma 弯曲应力, MPa σma 6F S 015 h S 2 S D1-D2 4 FπD2 PC 4 σa 拉应力, MPa σa 4F π D 12- D22 b - b环向截面的当量应力σob为 σobσmb2 3τb2≤019 [σ] 式中 σmb 弯曲应力, MPa σmb 3Fh 3114D1L12 τb 剪应力, MPa τb F 3114D1L1 314 卡环 卡环厚度计算与盲板相同,卡环内端面所受剪 应力应满足 τK F πD1 2 h L2 ≤[τ] 4 结语 在普通的压力试验机不能适应大口径高压管线 阀门压力试验的情况下,采用卡环结构和自紧式密 封结构及在袖管焊接坡口位置设置密封面的压力试 验装置对焊接端及法兰端连接的长输管线阀门进行 压力试验。该装置结构简单,制造成本低,试验操 作方便,取得了较好的使用效果。 参考文献 〔1〕 GB 150 - 1998.钢制压力容器 〔S〕. 〔2〕 成大先.机械设计手册 〔M〕.北京化学工业出版社, 2002. 收稿日期 20081061 10 上接第17页 由于手轮机构属于传递运动和动力的传动装 置,所以丝杆选用梯形螺纹,螺纹的旋向根据阀门 中手轮顺时针旋转为阀门关闭,逆时针旋转为阀门 开启的规律。确定梯形螺纹旋向为左旋。在动力传 递中,键的作用是为了防止丝杆在蜗轮中旋转。由 于需要密封所以推杆的表面精度要求较高,为了防 止与丝杆传动时碰伤,所以传递力从丝杆传递到推 杆时采用锥面结构。 4 结语 气动活塞式执行装置手轮机构设计合理,效率 高。操作者运用较小的力,就可以输出较大的执行 力。此手轮机构还可以很方便的应用于输出力较大 的薄膜式执行装置,可广泛应用于工业自控系统中 要求切断的场合。 参考文献 〔1〕 杨黎明,黄凯,等.机械零件设计手册 〔M〕.北京国防 工业出版社, 1987. 〔2〕 机械工业部仪器仪表工业局.调节阀机械装校工艺学 〔M〕. 北京机械工业出版社, 1987. 〔3〕 陆培文.调节阀实用技术 〔M〕.北京机械工业出版社, 2006. 收稿日期 20081031 21 322008年第5期 阀 门