摘要 针对于高压三片式q341f.com/' target='_blank'>球阀在制造及使用过程中常出现的中法兰泄漏问题，分别从阀门的结构特点、试验方法及现场使用3个角度出发，进行分析和讨论，并提出了解决方案。

01 概述

在炼化装置加氢处理工艺过程中，使用的阀门均为大口径高压力金属密封球阀，由于工况的特殊性，研发及制造过程均具有较高的难度。考虑到装置运行的安全性，高压球阀均为锻件，几乎很少使用铸件。同时兼顾到成本，其多数采用三片式结构，试压时采用工作效率较高的顶缸式压机试压方式。但在制造及运行过程中常发生中法兰泄漏的现象，对于产品的可靠性生产及装置的安全稳定运行产生较大影响。

02 问题分析

由于试验压力较高，卡爪式压机卡爪无法承受较高试验压力，且存在阀门空间受限，卡爪无法插入端法兰等特点，故而在高压力球阀的试验中较少采用。在试压方式上常采用顶缸式压机和盲板试压这2种典型的试验方式（图1）。

图1 典型球阀试压方式

顶缸式压机具有工作效率高，实施灵活等特点，在国内外使用较为普遍。其工作原理为阀门2端施加轴向推力，将阀门紧紧的顶住，而顶缸推力的施加往往凭操作人员的经验，并没有统一的标准和规定，这样便会对中法兰的密封产生一定的影响甚至是破坏。

在机械加工过程中，锻造的二片式阀体的毛坯件，内孔是小于端部流道直径且有加工余量的一个小孔，并非中体大，流道小的台阶型，因而阀体内腔部位加工量大，加工成本高。因此，考虑到加工成本，在生产中通常采用三片式阀体结构。由于阀门结构长度一定，在采用三片式结构时，左右阀体的中法兰若满足了强度要求电动高压球阀，则给中体留下的长度较短，往往会出现留给阀杆空间不足，且左右阀体螺纹孔会发生干涉问题。在产品制造中，多会采用削弱左右阀体中法兰厚度的方法，以加大中体阀杆空间。故而减薄了中法兰厚度。

图２ 典型中法兰密封形式

试验中发现，当中法兰为缠绕垫片密封结构时（图2a），采用顶缸式压机会对中法兰起到辅助密封作用，在第一次试验时不漏，当顶缸的轴向力卸载后，中法兰螺丝会松弛，再次测试时就会泄漏。

当中法兰为八角环密封结构时（图 2b），阀体和阀盖之间存有间隙，在顶缸轴向力的作用下，由于八角环部位限制位移作用，在中法兰厚度较薄情况下，中法兰会发生翘曲变形，导致在使用顶缸试压机进行压力测试时就会发生中法兰泄漏问题。且在整个试验过程中，中法兰螺栓并不承受壳体内压产生的轴向拉伸力，故而无法检验中法兰螺柱强度是否满足承压要求。

盲板式压力试验法能检验出中法兰的螺柱强度及密封面泄漏问题，并且不会对中法兰有任何外力破坏影响，但存在试验过程效率低等缺点。同时，阀门在管道上不仅仅承受轴向的压力，或处于管道的挤压、弯曲等复杂的应力状态，所以盲板式试压方式也不能真实的反应出实际使用情况，从而出现阀门装配到管线上，使用一段时间出现泄漏的现象。

03 解决方案

图３ 球阀阀体与阀盖分布

在阀门结构方面，一般认为三片式球阀的成本低于二片式。在其成本核算中发现，当采用不锈钢阀体时，中法兰高性能螺柱价格占了很大比重，而三片式球阀用螺栓数量是二片式需要的2倍。并且，在设计规范及标准中指出，三片式球阀阀体壁厚需要以中体内径为基准且要扣除螺柱占用的空间，造成了中体过大，所以为了节省加工中体的加工成本，反而提高了总体成本。同时，若设计的阀门结构中法兰过薄，其整体不协调，缺乏美感（图3b、d ）。

当采用二片式结构时，中体的厚度基准为端法兰流道直径，其阀体外圆厚度会大幅度降低，留给中法兰的厚度空间也会加大，中法兰强度增加，降低了成本，阀体外形也会变得美观（图 3a、c）。二片式球阀阀体的结构具有连续性，故而中体厚度满足强度要求。所以，采用三片式并不符合最优的经济及应用性能要求。

图４ 承插式顶缸压机试验（改进）

在试压方面，采用盲板试压的方式可以检验中法兰螺栓的强度，但效率较低，仅仅在缺少大口径试压设备的时候采用。结合2种试验方法，将试压盲板进行改进，不再以法兰密封面的端面进行密封电动高压球阀，而是在试压盲板上采用对应于不同流道规格的凸台，外绕O形圈的方式进行密封（图4）。顶缸式试压机不再完全强制的压迫2个端法兰端面，不会因试验方法不当而破坏中法兰强度，同时中法兰的螺柱强度及中法兰强度也可以在壳体强度试验中得以检 验。在阀门结构方面，阀体采用二片式而不再采用三片式，在其结构长度受限的前提下，可以保证中法兰有足够的强度。当使用八角环密封结构时，不会因承受压力而变形，或者采用不开缝处理的三角环，避免法兰出现翘曲或变形。

04 结语

无论从可靠性还是安全性角度出发，球阀都应采用二片式阀体结构。试压方式既不能辅助中法兰密封也不能破坏中法兰强度。通过调整阀体结构及改进试压装置，提供工作效率，提高产品质量，保证炼化装置可靠稳定运行。

下期论文：磷石膏料浆专用阀设计

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