1 石油化工保温夹套球阀设计规范概述

球阀通过启闭件球体绕阀杆轴线旋转90°实现阀门的开启和关闭，在管路上主要用于切断、分配和改变介质流向。球阀结构简单、密封性好，并且在一定的公称尺寸范围内具有体积小、重量轻、材料消耗少、安装尺寸小等优点。球阀的驱动力矩小、操作简单、易实现快速启闭和远程控制，是近十几年来发展最快的阀门品种之一。根据密封材料划分，球阀分为非金属密封球阀和金属密封球阀。非金属密封球阀密封副为非金属材料，容易实现密封，早已成为成熟的产品。金属密封球阀的密封副为金属材料，对于温度和流体介质领域适用范围更广，广泛应用于苛刻工况。金属材料的密封性较难达到非金属材料密封的等级，特别是在高压或高温工况下，金属密封球阀球体和阀座的弹性变形无法避免，由于弹性变形导致的密封失效在设计阶段难以预判。本文采用有限元模拟分析和流体模拟分析法，以Class2500 NPS2金属密封固定球阀为例，对金属密封固定球阀的密封性能机理进行分析，为减少高压或高温下球体和阀座的弹性变形提供参考依据。

易凝结性介质（重油、沥青、苯）专用球阀/一体式保温球阀具有良好的保温保冷特性，且阀门的通径与管径一致，同时又能有效降低管路中介质热量损失。主要用于石油、化工、冶金、制药、食品等各类系统中，以输送常温下会凝固的高粘度介质。由于采用整体式结构，因而BQ41F球阀比一般球阀更小，重量更轻，且无外漏，密封性能良好，夹套采用碳素钢管焊接比铸造的更加耐压牢固。本产品主要采用不锈钢生产，更具有良好的耐酸耐腐蚀能力。        

采用整体式夹套结构设计，是在球阀的基础上焊装金属夹套，用于注入蒸汽或其它保温/保冷介质。AMISCO夹套保温球阀的通径与管径一致，能有效降低管路中介质的热量损失，特别适用于输送常温下会凝固的高粘度介质，如石油、沥青等。

石油化工保温夹套球阀设计规范产品设计特点：

整体式阀体

夹套保温球阀结构紧凑，阀体为整体铸造式。整体式球阀可以提供最佳结构强度，同时将泄漏的可能性降到。浮动式球体，具有降低操作扭矩，延长使用寿命的特点。该类结实耐用、经济型一级整体式的球阀是工业应用的理想选择。

阀杆密封

该球阀具有活动加载，可自动调节初级和二级密封的特点。利用蝶形垫片，阀杆密封可自动调节由于温度和日常磨损带来的变化。该球阀利用一个独立的填料密封压盖，方便调节而无需取下安装的紧固件或执行机构。填料密封压盖可将填料均匀地分布在密封管内。

初级密封是止推轴承和止推垫片组成。可调式阀杆密封在阀杆和阀体之间形成一个二级密封。标准的阀杆密封填料由材质为RPTFE的V型环组成，而防火型阀门使用标准的石墨阀杆密封填料。

球体

夹套保温球阀的球体加工精确，经过精密抛光处理可达到气泡关闭密封和减少操作扭矩。处于多重安全考虑，在每个阀体的阀杆槽内在开一孔，以平衡阀门打开时，阀门内部和管道流动介质之间的压力。

阀体

阀体为熔模铸造，经固溶退火及正火处理以提高质量和增加强度。所有阀门铸件都标有铸造厂炉号供追溯。

阀座

阀座设计能确保双向气泡密封，并且操作扭矩低。

所有弹性阀座外径上都有泄压槽，来降低经过入口端的流体压力，同时具有良好的预加负荷来确保低压密封和真空密封。

防静电装置

作为标准，所有球阀都可选配防静电装置，可将球体和阀体携带的静电导入地面。

安装平台

球阀有一个铸造安装平台，使得与执行机构的连接简单方便。2"及以下球阀平台符合ISO5211标准。

阀杆组件

进口夹套式保温球阀的阀杆具有承载重负荷、高品质特点，阀杆采用双“D"结构连接球体和操作机构。阀杆与球体精确配合，所有阀杆都由阀体内部装入，防吹式阀杆的设计增大了安全性。

智能阀杆设计

可互换的系列阀门，阀杆坚固，大直径阀杆为活动加载式，自我调节密封。利用蝶形垫片，可自行调节补偿因温度和磨损对密封造成的松紧程度，禁止采用手动调节方式而造成密封和阀座的磨损。采用鞍形锁紧垫片，可防止自控频繁开关应用下的螺母松扣。

阀杆填料

可调整的V形填料密封环，在阀杆和阀体之间产生多重密封。每个组合式阀杆填料由3个或4个环组成（取决于阀门口径），具有寿命长，抗蠕变和抗冷流特性。止推轴承和止推垫圈作为初级密封，具有减小扭矩和防止咬合特点。这种设计是的技术。

防火安全-API607第四版认证

法兰式系列阀门可提供石墨阀杆密封，达到别的防火安全标准。如在一次烟火中，过高的温度破坏了弹性密封，球体会与金属阀座直接接触，形成第二级金属与金属密封。阀体密封由不锈钢和石墨构成的不锈钢丝缠绕垫圈，能防止泄漏。石墨阀杆填料能防止阀杆泄漏。

保温球阀是一种比较新型的球阀类别，它有着自身结构所的一些优越性，如开关无摩擦，密封不易磨损，启闭力矩小。这样可减小所配执行器的规格。配以多回转电动执行机构，可实现对介质的调节和严密切断。广泛适用于石油、化工]、城市给排水等要求严格切断的工况。 

  【石油化工保温夹套球阀设计规范产品特点】          

1、 启闭无摩擦。这一功能完了传统阀门因密封面之间相互摩擦而影响密封的问题。  　　

2、 上装式结构。对装在管道上的阀门可直接在线检查与维修，能有效减少装置停车，降低成本。  　　

3、 单阀座设计。消除了阀门中腔介质因异常升压而影响使用安全的问题。  　　

4、 低扭矩设计。特殊结构设计的阀杆，只需配一个小手把阀门就能轻松启闭。  　　

5、 楔形密封结构。阀门是靠阀杆提供的机械力，将球楔压到阀座上而密封，使阀门的密封性不受管线压差变化的影响，在各种工况下密封性能都有可靠保证。  　　

6、 密封面的自清洁结构。当球体倾离阀座时，管线中的流体沿球体密封面成360°均匀通过，不仅消除了高速流体对阀座局部的冲刷，也冲走了密封面上的聚积物，达到自清洁的目的。  

2石油化工保温夹套球阀设计规范 密封原理

固定球阀球体以上下轴或支撑板固定，采用浮动式结构阀座，在弹簧力和介质压力共同作用下，经过精密研磨的金属阀座密封面紧贴球面实现密封。

图1所示为固定球阀阀座密封部位局部放大视图。阀门处于关闭状态时，以石墨密封圈或O型密封圈为界将流体截断，此时阀座受到弹簧预紧力F、流体压力P产生的介质力G、密封圈摩擦力f以及球体对阀座的反作用力，起密封作用的密封力为向右的合力（F+G-f）。当密封力产生的密封比压大于密封的必需比压时则实现密封。

保温球阀也称夹套保温球阀，是在球阀的基础上焊装金属夹套，用于注入蒸汽或其它保温、保冷介质，确保球阀内介质能够正常工作。保温球阀具有良好的保温保冷特性，且阀门的通径与管径一致，同时又能有效降低管路中介质热量损失。球阀主体材料：WCB、CF8、CF8M、CF3、CF3M。

夹套保温球阀结构特点：

保温夹套球阀采用整体式夹套结构设计，更能均匀地保温、保冷，保温球阀比一般球阀体积更小，重量更轻，且无外漏，密封性能良好，夹套采用碳素钢管焊接比铸造的更加耐压牢固。 夹套、阀体外侧与夹套接管焊接，允许蒸汽或冷水的压力为1MPa。

夹套保温球阀具有良好的保温、保冷特性，除缩径保温球阀外，阀门的通径和管径一至，介质呈直线流动，阻力小，能有效降低管路中介质热量的损失，因此，对容易凝固、高粘度的液体介质具有优良的性能。

3  石油化工保温夹套球阀设计规范泄露原因分析

通过对密封原理进行分析，总结金属密封固定球阀泄漏的主要原因。

（1）O型圈或石墨密封圈部位泄漏。

（2）阀座密封面与球面研磨程度不够，密封副不吻合。

（3）球体不圆或密封面粗糙。

（4）球体、阀座、固定轴强度不足产生塑性变形。

（5）球体与阀座在介质压力下产生弹性变形导致密封副剥离。

对于前4种泄露原因，一般厂家都有处理经验，比较容易解决。但是泄露原因不易发现，尤其是在高压或高温工况下，进行低压气体密封试验时效果良好，压力越高泄漏量越大，但是当压力卸除后球体与阀座又恢复至初始形态，检测球体圆度和密封面吻合度都合格。此种情况通常先推测阀座背面O型圈或石墨圈泄漏，往往忽略了高压或高温下球体与阀座都发生了不同步的弹性变形，从而导致密封面剥离的情况。而弹性变形复杂，不同部位变形量不同，无法直接计算，一般需要借助计算机有限元模拟加以分析验证。以NPS2-CL2500金属密封固定球阀为例进行分析，主要参数如下：

球体材质  F304+NI60

阀座材质  F304+NI55

球体直径  Sφ90mm

流道直径  φ42mm

密封面内径  φ54mm

密封面外径  φ62mm

阀座受介质作用力外径  φ68mm

阀座小台阶外径  φ58.6mm

阀座大台阶外径  φ88mm

弹簧力  1100N

石油化工保温夹套球阀设计规范

该系列阀门具有保温、保冷特性。按GB标准设计制造，法兰连续按79-94标准制造，用于石油、化工、沥青、冶金、制药等行业。该阀门由于采用了蒸汽夹套保温，即使外界温度降到零度以下，该阀门仍操作灵活，保证输油管道能断能开，其优点是一般控制阀门所没有的。它是重油输送管道理想的控制阀门。根据用户需要夹套注入蒸汽、导热油、冷却水、冷气等。使用整个阀门长温或降温达到所需要的温度，能防止介质结晶。