临氢高温高压金属硬密封球阀

摘要

本项目针对神华集团鄂尔多斯煤制油分公司原先在临氢高温高压工况中使用进口的金属密封球阀,该产品价格昂贵、供货周期长,而且在使用一段时间后发现阀体下工艺孔出现裂纹－氢致诱发开裂等问题.纽京公司为解决这一难题并实现国产化,组织相关技术员与国内阀门界技术专家进行现场调研,技术交流,最终达成共识确定最终解决方案.为保证球阀的球体和阀座密封面加工精度，项目组研发了360度逐步镜面配磨工艺技术及专用设备，用于球体与阀座的研磨；360度逐步镜面配磨技术，可以使球体与阀座之间形成镜面的真空状态，它的密封性能以及在频繁开关后的密封性能非常出众，有着开关80万次之后密封仍保持零泄漏的业绩。该技术还提高了研磨精度、表面粗糙度、配合的吻合度及生产效率。针对设计压力：76MPa(CLass4500)，由于阀门采用两段式球阀结构，至少存在中法兰、下工艺孔及阀杆3处潜在的外漏点。如何解决这三处外漏点的密封成为本课题的一个关键。纽京公司研制了压力自紧金属镀金三角（双锥）密封垫，不仅有效地解决了常规八角垫使用一段时间后产生持久强度、蠕变无法自补偿的问题，确保了该阀门在CIASS4500的高压下并且在538℃的高温下，阀门零泄漏。在三角垫表面喷涂一层真金，真金是最软的金属之一，有最大的延性及可锻性，在密封的过程中不断的挤压能最有效的弥补密封面之间极其细微的缝隙，能够更好的阻止氢气的微泄漏以及密封件的氢腐蚀。在鄂尔多斯煤制油化工有限公司现场调研时发现下工艺孔堵盖氢腐蚀比较严重，以至于有微裂纹产生。鉴于此情况对下工艺孔堵盖进行改进，阀体下端盖采用长凸台结构，尽可能地减少阀门中腔的空间，减少堵盖中的积液，使堵盖受到的氢腐蚀的几率降低。阀杆的密封形式为石墨填料密封，阀门频繁开关会导致填料磨损而产生外漏。为此，球阀的阀杆填料压盖采用五组蝶形弹簧加载，以确保高温热态下阀门频繁开关导致的填料磨损得到充分补偿，长时间保证良好密封状态。纽京公司首先采用ANSYS软件进行阀门各零件的有限元分析，获得各零件在操作工况下的应力分布云图和应变云图，分析各零件的强度和变形情况，确定零件间的合理间隙。结合长期高温阀门生产经验，设计出阀体与阀座、座杆等之间的合理间隙，并对主要零件（阀杆，阀盖，阀体）以及密封件（阀座，O型金属圈）进行静强度和热应力分析，以及强度校核，以确保阀门设计更加可靠。最后在出厂前做了高温下阀门操作试验，保证阀门优越密封性能的前提下阀门在高温下正常操作。