超高温金属密封球阀密封选型 超高温金属密封球阀 高温球阀 金属密封球阀 高温球阀选型

1 之前介绍JIS日标不锈钢截止阀标准，现在介绍超高温金属密封球阀密封选型概述  
 金属密封球阀广泛应用于石油、化工、电力、制药、食品和轻工等行业，其使用温度小于550℃。在高温或者超高温情况下使用，容易引起阀杆和球体变形，从而不能正常开启或者关闭阀门。超高温金属密封球阀的各部位设有合理的冷却机构，保证了阀门在超高温下长时间的正常工作。
2 结构特点
超高温金属密封球阀由阀体、阀盖、顶盖、球体、阀杆、阀座组件及传动装置等组成（图1）。阀杆分为下阀杆和上阀杆，上阀杆与球体为一体式结构，下阀杆与球体相配合。在球体内设置了冷却腔，阀杆内有通孔，通孔与冷却腔相通，阀门在超高温下工作时，可以给球体通冷却液冷却，避免阀杆和球体长时间在超高温下工作变形。阀座组件由阀座本体、波纹管和阀座支撑件组成，阀体上有孔和阀座组件上的冷却槽相通，可以通冷却液冷却阀座，以保证阀门在超高温下的密封性能。阀座组件上两组波纹管的设置使得安装时阀座对球体的预紧力增加，而工作中，即使球体受热膨胀，通过波纹管弹性变形，可以避免阀座和球体卡住。阀座本体采用GH3128高温合金钢加工成型，使得阀座本体具有更好的耐高温性能，避免阀座本体变形而引起的泄漏。
上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀介绍了几种金属密封球阀的阀座密封结构。经过试验，在高温、高压、冲蚀和磨损等不同介质的苛刻工况下均密封效果较好，使用寿命长，满足了工程项目对阀门的使用要求。金属密封球阀具有耐高温，耐磨损，耐冲蚀，流阻小，开关迅速，使用寿命长和可靠性高等优点，广泛用于煤化工、多晶硅、精细化工、石油化工、冶金、电力、矿山等行业。随着工况介质从单相流到多相流，气固型和液固型等二相流介质的增多，促进了金属密封球阀阀座与阀体密封结构的多样化。不同的工况设计使用不同的密封结构，既能解决适应不同工况介质要求，又能解决阀门开启扭矩大，特别是在高温情况下材料膨胀引起阀门扭矩大的问题，保证阀座与阀体间的密封，从而保证阀门的密封。本文介绍几种浮动球球阀和固定球球阀阀座密封结构，密封机理以及适用的工况和使用环境。

超高温金属密封球阀密封选型产品用途
1、金属硬密封球阀采用偏心结构，在关闭过程中，阀座与球冷酷 间的密封比压能迅速增加，从而确保了密封副的可靠密封。当阀门开启时，阀座与球体能迅速脱离，有效地减小了操作力矩，并使阀座表面与球面之间的控伤可能性降到zui小。
2、金属硬密封浮动球阀（如图）采用了弹性加载结构，在正常关闭情况下确保了球体密封面与阀座密封之间的接触，在高温工况下，能有效补偿内件受热膨胀，避免因高温而导致的卡阻，适合于中小口径高温使用场合。
3、金属硬密封固定球阀除金属硬密封偏心球阀的偏心特点外，其它优点在此也具务，此外，它可双向使用，且不易在中腔沉积污物，根据用户工况条件，也可在中腔设置排污口。
4、金属硬密封球阀的球体表面采用特殊硬化处理，阀座整体用特种硬质材料或局部堆焊硬质材料，确保密封副之间的有合适的硬度差。
5、由于球体表面采用特殊的表面硬化处理，阀座采用堆焊硬质合金，所以在阀门的启闭过程中能很好经受介质冲刷，特别适合于固体颗粒和磨料介质。
6、除球体表面和阀座表面的特殊表面处理外，在其它密封材料方面采用柔性石墨、金属缠绕式垫片等，故能用于高温、高压工况，并具耐火烧功能。
2、浮动球球阀阀座密封
2.1、常温对称型
(1)O形圈密封
常温对称型O形圈密封阀座(图1)为左右阀座对称的双向密封结构，该密封结构主要由阀座、球体、O形圈和碟形弹簧等组成。此结构解决了部分软密封球阀用于调节工况时出现的问题。如渗透性较强的二甲苯介质等输送时需要进行调节，而常规软密封球阀在球体经常处于半开状态时，软阀座容易出现印痕，甚至磨损拉伤，导致介质泄漏。采用金属阀座后，通过喷涂、研磨和精加工等技术保证了密封面之间的密封性能。O形圈则保证了阀座背部的密封。O形圈密封阀座一般适用温度-29～200℃。
常温对称型O形圈密封阀座

图1 常温对称型O形圈密封阀座
(2)石墨环密封
常温对称型石墨环密封阀座(图2)为左右阀座对称的双向密封结构。该密封结构主要由阀座、球体和石墨环等组成，此结构主要用于煤灰渣浆，耐盐酸、铁盐等腐蚀性介质、耐煤灰渣浆颗粒冲蚀磨损等工况。在金属阀座背部安装石墨环，由左右阀体压紧使石墨环变形保证阀座背部密封。石墨环密封阀座适用温度-29～200℃。
常温对称型石墨环密封阀座
图2 常温对称型石墨环密封阀座

2.2、中温对称型石墨环密封
中温对称型石墨环密封阀座(图3)为左右阀座对称双向密封结构。此密封结构主要由阀座、球体、石墨环和碟形弹簧等组成。阀座背部由石墨环保证密封。此结构在多晶硅、石油化工、硅粉和催化剂等介质工况得到较好的运用。因为石墨环高温时膨胀的方向对压缩量影响较大，所以该结构一般适用温度-29～400℃。
中温对称型石墨环密封阀座
图3 中温对称型石墨环密封阀座
2.3、高温单向金属密封
高温单向金属密封(图4)阀座为金属单向密封结构。该结构主要由球体和固定阀座等组成。阀座放置在出口端，采用特殊工艺，保证了与阀体之间密封。阀门进口端一般采用浮动阀座，利用碟形弹簧提供了阀门的预紧密封压力，从而保证球体与固定阀座之间的密封性能。此结构适用于介质不允许接触石墨的环境，及多晶硅、石油化工和冶金等行业。因为高温状态下金属的膨胀系数较小，该结构适用温度-29～538℃。
温单向金属密封阀座

图4 高温单向金属密封阀座
2.4、高温单向压圈固定式密封
高温单向压圈固定式密封阀座(图5)为金属单向密封阀座，该结构主要由球体、阀座、螺钉和压圈等组成。固定式压圈放置在阀门出口端，采用压圈固定阀座在阀体上，阀体与阀座采用配磨工艺，保证了阀体与阀座之间的密封性能。此结构适用于介质不允许接触石墨的环境，如石化、化工、电站、钢铁和水处理等行业的高温、腐蚀性和磨损性的气体、液体和浆料等介质。此结构适用温度-29～538℃。
高温单向压圈固定式密封阀座
图5 高温单向压圈固定式密封阀座
2.5、高温单向石墨环密封
高温单向石墨环密封阀座(图6)为单向密封结构，该结构主要由球体、阀座、碟形弹簧和石墨环等组成。控制石墨环尺寸，使其高温膨胀的范围较小。该结构运用在石化、化工、电站和水处理等行业的高温、腐蚀性和磨损性的气体、液体和浆料等介质工况，特别是气体携带硅粉等颗粒的工况，由于阀座背部石墨环的密封性能，避免了泄漏引起的冲刷导致阀座等零件快速损坏。在实际的使用过程中，也取得了较好的效果。该结构适用温度-29～538℃。
高温单向石墨环密封阀座
图6 高温单向石墨环密封阀座
3、固定球球阀阀座密封
3.1、常温O形圈
常温O形圈密封阀座组件(图7)主要由球体、阀座、碟形弹簧和O形圈等组成，结构简单，安装方便，背部密封性能好，但是不具备防火功能。此结构适用温度-29～200℃，且为不要求防火功能的工况。
3.2、中温石墨环密封
中温石墨环密封阀座组件(图8)主要由球体、阀座、碟形弹簧和石墨环等组成。阀座由碟形弹簧压紧石墨环提供预紧力保证密封性能。此结构在多晶硅、石油化工、硅粉和催化剂等工况介质下得到较好的运用。受石墨膨胀影响，适用温度-29～400℃。
常温O形圈密封阀座
图7 常温O形圈密封阀座

中温石墨环密封阀座
图8 中温石墨环密封阀座
3.3、高温石墨环密封
高温石墨环密封阀座组件(图9)主要由球体、阀座、碟形弹簧和石墨环等组成。此结构将石墨环放置在阀座背部，且石墨环高温膨胀的方向与碟形弹簧产生力的方向不在一条线上，而是错位或者垂直，即石墨环膨胀量不影响碟形弹簧的压缩量。这样既解决了高温阀座背部的密封问题，又解决了高温时球体和阀座卡阻问题。该结构适用于石化和化工介质等工况，特别适用于气体携带硅粉等颗粒的工况，使用温度-29～538℃。
1.传动装置2.顶盖3.球体4.阀座组件5.阀盖6.阀体
图1 超高温金属密封球阀
3 冷却机构
3.1 阀盖冷却
冷却液从阀体下部的1A口进入，经保温夹套内壁，从阀体上部的1B口流出（图2）。

图2 阀盖的冷却
3.2 阀体冷却
冷却液从阀体下部的2A口进入，经保温夹套内壁，从阀体上部的2B口流出（图3）。

图3 阀体的冷却
3.3 阀杆及球体冷却
上阀杆和球体为一体式，球体由球面和通道管组焊，下阀杆和球体配合连接，冷却液从下阀杆通孔3A进入，流经球体冷却腔，从上阀杆顶端3B口流出（图4）。

图4 阀杆及球体的冷却
3.4 阀座组件冷却
阀座组件的冷却液从阀体下部进水孔4A进入，流入*波纹管外侧的环形冷却槽，通过阀座支撑件上的孔流入第二波纹管内侧环形冷却槽，再通过阀座支撑件上的孔从法兰上的4B口流出（图5）。

图5 阀座组件的冷却
3.5 上阀杆二次冷却
由于上阀杆较长，而阀杆内的冷却水又是从下阀杆经过球体冷却腔流到上阀杆的，所以在顶盖位置对上阀杆增加了二次冷却。冷却液从处进入，经过顶盖和阀杆之间的空间，从5B口流出。阀杆密封冷却是冷却液从6A进入，经过填料上部，从6B口流出（图6）。

图6 上阀杆及填料密封的冷却
4 结语
在超高温金属密封球阀的设计和研制过程中，其冷却结构的设计是成功的关键。与本文相关的产品有不锈钢波纹管密封安全阀