轴流式止回阀的应用.pdf
勰管渡米 石 油 化 工 设 计 P e t r o c h e mi c a l D e s i g n 轴流式止回 阀的应用 张 宝江 中国石化 工程 建设 公司 , 北京 1 0 0 1 0 1 摘 要 介绍 了轴流式止 回阀的功能 ,阐述 了该 类阀门的结构特 点、 工作原理 , 轴 流式止 回阀的开启及 关闭状态 , 各种型式 的止 回阀的性 能曲线对 比, 轴 流式止回阀主要技 术 关键 点 包括 阀门的密封结构 、 流道 结构, 采用有限元分析计算软件对阀门本体及流道进行模拟计算, 确定阀门本体强度, 应力分布, 流阻大 小, 对于弹簧设计, 需要根据介质工况条件, 确定弹簧在正常操作工况, 最小流量下, 阀门能正常关闭及开 启, 以验算阀门整体性能是否符合技术规格书的要求, 轴流式止回阀国内与国外厂家目前的生产状况, 指 出了此种阀 门国产化的必要 性。 关键词 轴流 式止 回阀结构湍流 随着 国内大型炼油及乙烯等石化项 目的新建 和扩建 , 石油天然气长输管道 系统 和大型乙烯装 置 中压缩机 和大型泵等工况较苛刻 的管道 系统 , 要求选用快 速关 闭、 较低 压损及 噪音 的止 回阀。 尤其是气相介质 , 对 于普通旋启 式 、 双板止 回阀, 阀门阀板往往存在不能完全打开 , 造 成介 质流动 不稳定 , 压损大 , 易出现机械震动 , 噪声大等情况 , 从而影响大型压缩机和泵的正常运转 。这时就需 要采用特殊型式 的轴流式止 回阀, 以保证上述设 备管道 系统安全有效运行。 1 轴流式止 回阀功能 1 快速关闭。轴流式止回阀与旋启式 , 双板 止回阀相 比, 行程短 , 特别是大 口径阀的相对行程 更短 , 可以实现快速关闭。 2 将流体系统中水锤 的破坏作用降至最低。 轴流式止回阀的关闭完全伴随着流体的反向流 动 , 短行程保证了阀瓣快速动态响应 , 并将通过阀 门的反向流速降到最低 , 从而可预 防水锤现象 的 危险发生。 3 保护转动设备不受流体倒流造成的破坏。 可完全 防止 由于介质 的倒流造 成上游设 备 的破 坏 。 4 将管线系统中压力损耗降至最低。轴流 式止 回阀采用文丘里式 的阀门内部结构设计 , 流 体流经阀门流道时是渐缩 和渐扩的过程 , 最大 限 度减少涡流的产生 , 涡流会产生流体湍流 , 湍流会 加大压力损失。 5 机械震动小 , 噪声低。轴流式止 回阀可实 现真正无撞击 , 所以机械震动小 , 相应噪声也低。 2 轴流式止回阀工作原理 1 轴流式止 回阀开启 。阀门的开启见 图 1 a , 流体介质从 内截面 A l处 以平 均速度 v 1进 入 , 阀门流道截面积稳定减小至阀座 口径截面 A 2 处 依据文丘里管原理设计 , 随着流道 口径减小 而通过阀门的介质流量保持恒定 , 因此流速势必 增加 , 即在截面 A 2处 , 流体速度增大至 V 2 。流道 横截面进一步减小至阀门绝对最小横截面 A 3时 , 即在内阀套和主阀体之间, 速度增加至 V 3 。随着 流体速度的增大 , 每个截面上静压头的减小 , 导致 了静压差 即阀体截面 A 3处的静压小于阀体截面 A l 处 的静压 。静压差 的存在提供 了部分作用 于 阀瓣上的力 , 该作用力和流体冲击 阀瓣 的冲力的 合力开启阀门。 收稿 日期 2 0 1 01 2 2 4 。 作者简介 张宝江, 男, 1 9 8 4年毕业于抚顺石油学院炼 油化工机械专业, 获工学学士学位, 现从事管道材料 的设 计 工 作 ,高 级 工 程 师。 联 系 电 话 0 1 0 8 4 8 7 7 3 2 9 E ma i l z h a n g b j . s e i s i n o p e c . c o rn 4 6 石 油 化 工 设 计 第2 8卷 2 阀门的关闭。阀门的关 闭见 图 1 b , 当 介质流量明显 减小时, 静压差随之减小使得弹簧 弹力克服流体压力 , 阀瓣瞬时响应并关闭阀门, 轻 型阀瓣及弹簧作用和轴 向行程短 , 可确保快速 白 缓冲响应 , 阀瓣快速响应 回位可避免流体逆流和 阀门砰击 , 因此也消除 了压力 冲击波 的危 险和水 锤 的影 响 。 截面A t V 2截面 A - , v 截面 A 1 / { 图 1 阀门歼 和关 3 轴流式止 回阀与其它止回阀的比较 止回阀主 要 型式 分 旋启 式 、 双 板式 和轴 流 式 , 三种型式 的对 比见 图 2 , 从 曲线看 出, 旋 启式 止 回阀型式 A, 在动态 工况 条件 下有 较长的响应 时问 , 较高 的逆流速度会产生阀门砰击 和有 害的 压力 冲击波。双板式止 回阀型 式其 响应时 问介 于旋启式和轴流式止 同阀之间 ; 轴流式止 回阀型 式 C, 当管道 中介质 流速减小 时 , 弹簧 弹力 克服 作用在阀瓣上渐小的流体压力 , 触发 阀瓣 瞬时关 闭阀门。其结果具有最小的逆流速度 , 最快 的响 应时间 , 因此 阀门无冲击 , 避免 了压力 冲击 及水 锤现象的影响 。 g -. 量 蚓 叵 最大减速度 / m 2 1 图2 阀门型式比较 4 轴流式止回阀国内外生产厂家比较 1 国内情况。国内目前有少数厂家生产 , 但 大部分用在水系统管路 中, 在 乙烯 、 石油炼化等行 业使用较少 , 目前 国内使用 的该类产 品主要依 靠 进 口, 还没有进行专项开发研制。 2国外 情 况。这 类 阀 门 , 美 国 的 克 雷 恩 C R A N E旗 下 的 S T O C K HA M 公 司 及 荷 兰 的 MO K V E L D公司都具 备生产此类产品非常成 熟的 经验。他们都有非常先进 的设计手段和性能试验 手段 , 可保证 和验证 阀门在各类二 r 况条件下 的完 整性和可运行性。 5 轴流式止回阀主要技术关键点 1 确定阀门使用 的通用性及特殊 性工况 条 件及 阀门配套使用相关 功能要求 , 提 出具体产 品 的技术规格书, 使阀门有多种密封结构 、 最低流阻 及多规格弹簧选择 , 适用不同工况与流速的要求。 2 采用有限元分析计算软件进行结构应 力 和流量 、 流阻分析 , 以保障阀体 内腔流线型“ 水滴 状” 流道结构和流阻小 , 流量大 , 降低躁声等, 保 障 阀门结构合理和性能可靠。 3 提高弹簧使用寿命 , 在正常流速或一定 流 速波动下, 保证 阀门开启及快速关闭功能 , 防止 阀 瓣振动及产生噪音 , 保障设备使用安全。 4 研究较短的启闭行程和弹簧对低流速变 化敏感性 , 减少关闭时间和介 质倒流冲击波对相 关设备的影响因素。 5 采用高精度的加工技术和控制手段 , 保证 阀门启闭灵活 、 准确。 6 采取多级密封结构 , 使密封更可靠。 6 结语 轴流式止同阀 目前在石油天然气长输管道系 统广泛应用 , 特别是 大型乙烯装置压缩机等关 键 部位 , 都采用此 种型式 的止 回阀, 其 口径较大 , 由 于我国还没有系统研发生产此类产 品, 装置 上用 的此种型式阀门基本都是引进, 进 口价格相当昂 贵 , 为节省国家外汇, 开发研制轴流式止 回阀是阀 门制造厂的迫切任务 。