新型管道快切盲板閥的設計研究和應用

陳兆陽，雷  霆，董勝帥，孟建偉

（河南泉舜流體控制科技有限公司，河南 鄭州 450001）

摘要：新型管道快切盲板閥是一種在管道截流、隔斷及維修工藝中針對管道盲板快速、便捷、安全更換而設計研發(fā)的一種新型盲板閥產品，具有操作效率高、外形尺寸小、重量輕等特點，是一種可靠的切斷設備，在設備檢修、管道切換、介質隔斷、防止介質外泄、保護人員安全和減少環(huán)境污染上起到重要的作用。

關鍵詞：快切盲板閥；“8”字盲板；夾緊機構；嵌入式密封圈；安全鎖止裝置

在石油、石化、堿化工、煤化工、電力、鋼鐵等行業(yè)中，管路的截流、截止、切換工藝及系統(tǒng)檢修工作中，經常需要通過截斷管線進行操作。傳統(tǒng)的管道截流的方法是采用專用零件如“8”字形盲板、盲法蘭短管、盲板法蘭等，加上法蘭密封墊圈，利用管線中的連接法蘭，將“8”字盲板及密封墊圈，夾到管道兩法蘭之間，用法蘭上的螺栓將盲板固定壓緊。這種方法有如下幾個缺點：①根據管道口徑不同，需2～4名工作人員同時進行操作，費時、費力，工作效率低，工人勞動強度高；②由于截流時間長，間接導致工廠生產效率下降；③對于一些有毒有害、易燃易爆等特殊介質的管道輸送工況環(huán)境，由于截流時間過長，操作人員不可避免地會受到爆炸、火災、吸入有害氣體等潛在威脅，安全隱患較大。

隨著工業(yè)社會的不斷發(fā)展，近年來市場出現了多種利用盲板密封技術的盲板閥。在分析國內外各種盲板閥結構的基礎上，優(yōu)化設計出體積更小，操作更簡單、方便、快捷，更適應多種不同工況條件、生產需求的管道快切盲板閥。

1 結構及工作原理

新型管道快切盲板閥采用創(chuàng)新型的夾緊機構設計，利用螺旋傳動原理，用一套夾緊機構代替?zhèn)鹘y(tǒng)管道盲板的螺栓壓緊方式，盲板切換操作更迅速、更安全、更高效。相較于國內常用的普通三點式扇形盲板閥，新型管道快切盲板閥閥門體積更小，重量更輕，操作效率更高。

新型管道快切盲板閥在操作盲板切換工作時，只需要通過操縱執(zhí)行機構，夾緊機構松開→切換盲板→夾緊機構夾緊，三個簡單的步驟即可實現盲板接通或隔斷，操作輕松，簡便，更快捷。實現一個人不需要任何工具或起重設備等就可以輕松、迅速而安全地對很重要的管道進行截流或截操作。

新型管道快切盲板閥主要由左閥體、盲板（閥板）、密封圈、閥座、夾緊機構、右閥體、閥桿、支座、鎖定機構、手輪等零件組成（如圖1）。

夾緊機構由鎖緊內、外圈及閥桿、滑塊、支座組件等共同組成。內圈固定于右閥體上，外圈通過梯形傳動螺紋連接套于內圈上，外圈上設有撥叉。夾緊機構工作時，手輪帶動閥桿轉動，閥桿旋轉運動轉換為滑塊徑向移動，帶動撥叉及鎖緊外圈旋轉并產生軸向移動，實現閥板的壓緊松開操作。

 圖1新型快切盲板結構圖

1. 左閥體  2.螺柱  3.螺母  4.導向套  5.閥板  6.密封圈  7.閥座  8.夾緊機構  9.右閥體  10.閥桿  11.指示板  12.滑塊  13.鎖定裝置  14.操作手輪  15.閥板操作手柄  16.定位板

新型管道快切盲板閥的開啟（關閉）過程為：

1）在轉動手輪切換閥板之前必須排空閥門上游管道內部壓力。

2）打開鎖定裝置，逆時針轉動操作手輪，帶動閥桿旋轉。閥桿上的滑塊及夾緊機構外圈向右移動，至限位止動處，使夾緊裝置完全松開；

3）推拉閥板操作手柄，使閥板上的定位板與左閥體臺肩對齊，閥板開啟（關閉）到位；

4）順時針轉動操作手輪，帶動閥桿旋轉。閥桿上的滑塊及夾緊機構外圈向左移動，夾緊裝置夾緊。最后，關閉鎖定裝置。

2 結構設計特點

表1 新型管道快切盲板閥與管道盲板的節(jié)能效果對比

新型管道快切盲板閥與傳統(tǒng)管道盲板相比，有以下優(yōu)點：

1）利用螺旋傳動原理，用一套夾緊機構代替?zhèn)鹘y(tǒng)管道盲板的螺栓壓緊方式，盲板切換操作更迅速，更安全，更高效。無論大小口徑的管道，均可以在較短時間內實現管道介質的安全截流。節(jié)約人工，節(jié)省時間，降低維修成本，而且可延長使用時間。（如表1）。

2）閥門整體結構設計精巧，閥板的夾緊、松開操作均在閥門內部進行，無需對管道進行壓縮或擴張。

3）獨特的夾緊機構，用一套鎖緊裝置代替普通扇形盲板閥的三點式鎖緊，效率更高，密封效果更好。外形尺寸小，重量輕。

4）閥板上、下雙面設計嵌入式密封圈，密封性能可靠。密封圈防脫設計，保證密封圈在工作或非工作狀態(tài)均不會脫落，并可實現在線更換，無需拆除任何零部件。

5）閥板四軸定位導向設計，在左、右閥體連接螺栓設置閥板開關定位導向裝置，使閥板開關更輕便，順暢，操作更靈活。

6）執(zhí)行器操作位置設置安全瑣止裝置，可以防止誤操作造成安全事故發(fā)生。

7）閥板采用開、關雙位整體式滑板結構，有全通徑和盲封兩個位置，操作更輕松便捷。

 8）閥門整體結構簡單耐用，閥門操作只需要一個人，不需要特殊工具，只需要簡單操作，就可以達到管道的截流或截止，操作更快捷。

3 設計計算

3.1 閥體壁厚計算

    新型管道快切盲板閥在管線安裝應用時，閥體承受管道應力及內部介質的壓力，所以應對閥體厚度、選材及強度進行計算及強度校核，參考閥門設計手冊閥體壁厚計算方法，根據介質壓力及閥門流道直徑及流通面積計算閥體壁厚：

 式中：

  DN——閥體中腔最大內徑，cm；

  P——設計壓力，取公稱壓力PN，（kgf/cm2）；

  SB——考慮腐蝕裕量時閥體的壁厚，cm;

[σL]——材料的許用拉應力，kgf/cm2；

C——考慮鑄造偏差、工藝性和介質腐蝕等因素而附加的裕量，cm；

計算得出的閥體壁厚應充分考慮介質對裝配應力、啟閉應力、介質腐蝕余量等種種因素，得出的數據還應符合國家標準GB/T12224 《鋼制閥門 一般要求》 閥門殼體最小壁厚的規(guī)定。

3.2 左、右閥體連接螺栓強度驗算

新型快切盲板閥體采用分段式組合閥體結構，左、右閥體用螺栓連接并承受一定的管道機械負荷。螺栓連接閥體組件時，螺栓抗拉應力總有效截面積按如下公式的要求：

螺栓連接閥體組件時，螺紋的抗剪切應力總有效面積按如下公式的要求：

式中：

    PN——公稱壓力；

Ag——由墊片或其他密封件的有效周邊所限定的面積，cm2；

Ab——螺栓抗拉應力有效面積，cm2；

As——螺栓抗剪應力有效面積，cm2；

Sa——螺栓在38℃時的許用應力，MPa；

由于管道系統(tǒng)的溫度變化、壓力波動等原因產生的機械力都有作用到閥門上，設計中充分考慮這些因素。

3.3 閥板厚度計算

盲板閥閥板在關閉位置時承受的介質力最大，按照閥門設計手冊平行式單閥板強制密封核算閥板厚度。

式中：

    t B——閥板實際厚度，mm；

    t B’ ——閥板計算厚度，mm；

    R——密封面平均半徑，mm；

    K——系數  鋼0.75；

    P——設計壓力，MPa；

    [σw]——許用彎曲應力，MPa；

    C——附加裕量，mm；

閥板實際厚度t B 應大于閥板計算厚度t B’，則閥板厚度滿足要求。 

4 應  用

1) 應用于氯堿化工聚合釜單體（VCM）加料系統(tǒng)

在聚合釜單體（VCM）加料系統(tǒng)管道上，用一開關閥加管道盲板，用于單臺聚合釜檢修時與單體加料系統(tǒng)隔斷。采用新型管道快切盲板閥，取代現有管道盲板，可快速、安全，便捷的實現盲板切換操作，完全隔斷介質，保證下游設備正常檢修操作，保證人員安全。

2) 應用于煤化工水煤漿撈渣機瑣斗排渣系統(tǒng)

在水煤漿撈渣機瑣斗排渣裝置出口，用一開關閥門加盲板實現完全關斷介質作用，防止介質外漏。由于管道口徑較大，盲板切換頻率較高，普通盲板切換時，費時，費力，操作人員勞動強度大。采用新型管道快切盲板閥，操作簡單，方便，效率高，并能完全關斷介質，防止介質外漏。

3) 應用于氣化系統(tǒng)灰水過濾器裝置

    在煤化工氣化系統(tǒng)灰水過濾器裝置進口端用一臺開關球閥加一套8字盲板，用于完全隔斷介質，檢修過濾器使用。由于管道內介質壓力溫度較高，原有的8字盲板切換時間長，操作不便，安全隱患較大。采用新型管道快切盲板閥，取代現有8字盲板，可快速、安全，便捷的實現盲板切換操作，完全隔斷介質，保證下游設備正常檢修操作。

5 結  語

新型管道快切盲板閥歷經多年產品研發(fā)、試制、優(yōu)化、改進，并經過用戶現場實際應用，能夠滿足現場實際應用需求，總體效果良好。能夠實現管道盲板的快速、安全、便捷更換。是一種可靠的切斷設備，在設備檢修、管道切換、介質隔斷、防止介質外泄、保護人員安全和減少環(huán)境污染上起到重要的作用。

參考文獻

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作者簡介：陳兆陽(1990-)，男，開封大學機械制造與自動化專業(yè)，助理工程師，河南泉舜流體控制科技有限公司研發(fā)部，主要從事工業(yè)閥門的設計與研發(fā)工作。