球阀的特点是有一个球形阀瓣来开启和关闭流体的流动。它们是管道切断应用的行业标准,因为它们的设计保证了即使在运行多年后也非常紧密和无泄漏密封。球阀的两种关键类型是浮式和耳轴式设计(侧面或顶部入口)。主体可以铸造或锻造,整体或分割(2或3块)。API 6D和ASME B16.34是关键规范。
什么是球阀?
在石油化工行业中,球阀是切断和调节流体(石油、天然气、蒸汽等)流量的关键设备。
球阀的优缺点
这种类型的阀门有以下优点:
- 能否快速开启和关闭与四分之一的运动
- 确保密封非常紧密,而不需要高扭矩力
- 具有紧凑的设计(这是球阀和闸阀之间的主要区别-两者都是开/关装置)
缺点是:
- 阀门具有较差的调节和节流能力,因为它被设计为管道关闭而不是流量调节(这是一个理想的功能截止阀):由于阀门经历高速流动和压力,节流导致部分暴露的阀座被腐蚀。磨损可能导致阀门逐渐泄漏。
- 阀门不能用于泥浆,因为悬浮颗粒和碎屑的积聚会使阀门泄漏。这些颗粒可能在球和阀座附近的空腔中凝固。球阀在气体和其他液体(甚至是具有挑战性的化学物质如干氯、氢氟酸或盐酸和氧气)时更有效。
- 可能难以清洁(顶部入口设计除外)
阀门的开启、关闭或部分开启位置可以通过观察杠杆的位置来检测:
- 当杠杆对准管道时,阀门是打开的;当与管道垂直时,阀门关闭;
- 当它在任何其他位置时,阀门是部分打开(或部分关闭)并调节流量。
这些阀门属于“四分之一转”阀或“1/4转阀”家族(与蝶阀和旋塞阀一起),因为打开和关闭操作是通过将连接到阀瓣的杠杆旋转90度来执行的。
关键球阀规格是API 6D, BS 5351(锻造)和ASME B16.34(压力和温度额定值),ASME B16.5/B16.47(法兰端)和ASME B16.25(对焊端)。
它是如何工作的?
阀门内部的球有一个孔,当它与阀门的两端完全对准时,流体可以自由通过。当孔完全垂直于装置的两端时,阀门完全密封。
否则,当孔位于任何其他位置(例如垂直于阀门末端)时,流动将完全或部分中断。
球阀和闸阀
这个阀门的功能与a相同闸阀(关闭)。球阀和闸阀的区别在于前者使用球形球来开启/关闭流量,后者使用位于阀座上的阀瓣。因此,这两种阀门之间的区别在于设计和紧凑性。
球阀和截止阀
这些阀门都不如截止阀为了抑制流体流动因为它们通常是正的(0,45和90度),而不是增量的位置。此外,从长远来看,部分开启位置(或重复开启/关闭操作)会损坏阀门(对于截止阀来说不是问题)。
球阀类型
球阀可以根据多种标准进行分类:
- 设计:浮动,耳轴安装,双排和块
- 接口数量:标准型号为2口设计(1进1出),也可选择3路设计(1进2出或反之)
- 内径尺寸:全内径或小内径(FB vs RB), v型缺口
- 阀体组装:一体式(球体由一整块铸造或锻钢制成)、2件或3件(球体由两个或三个不同部件组装而成)
- 球阀入口:侧面入口或顶部入口(取决于球阀可以从阀门侧面或顶部进入进行维护)
- 阀座类型:金属或软(聚四氟乙烯)
浮球阀
在浮动阀中,球体悬浮在流动的流体中,并通过两个弹性阀座对其进行压缩来保持其位置。
轴连接在球的顶部,并允许开关从打开到关闭的位置与四分之一的旋转运动(90度)。
当轴移动时,一个载荷被施加到压在其座位上的球上。
这种设计既轻便又经济,适用于直径不超过10英寸的通径:超过这个通径,阀门的阀座将无法承受越来越重的球,阀门将无法安全有效地运行。
浮动阀允许双向切断流量(如耳轴式)。
耳轴球阀
耳轴阀的引入是为了解决上述标准浮动阀的尺寸限制。事实上,在这种类型的阀门中,轴、球和支撑耳轴作为一个单一的固体组件,能够承受大尺寸球产生的沉重负载。
除了尺寸灵活的优势外,与浮动阀设计相比,轴枢阀具有更低的操作扭矩(当需要驱动阀门时,这可以成为一个优势,因为可以安装更小、更经济的执行器来操作阀门)。
不锈钢球阀,耳轴安装式
(来源:Robert Cort -瓦锡兰阀门Youtube频道)
侧面进入和顶部进入
侧面进入球阀和顶部进入球阀的区别是什么?
这些术语涉及到阀门球及其内部部件的进入方式,从侧面(侧面入口)或从顶部(顶部入口)。
浮动球阀和耳轴安装球阀可采用“侧入口”和“顶部入口”设计。
的如果需要对阀门进行频繁的内联维护,则指定顶部入口设计.
这是因为与侧入阀相比,顶部进入球阀可以更容易、更快地进入球阀和阀内件(在相同的操作下,侧入阀需要更多的维护时间和空间)。
这两种球阀设计的主要区别是:
- 顶部进入球阀通常是用铸钢体;侧入口阀采用(坚固的)锻造钢阀体制造
- 顶部入口球阀为整体结构(由一件单件制成);侧进阀有两个或三个组件
- 顶部入口球阀要求更高非破坏性测试比侧面进入由于他们的铸造身体;
- 侧入口球阀比顶部入口球阀更容易组装和制造,需要长期的经验和工艺才能正常工作
- 顶部进入球阀通常比侧面进入球阀更昂贵,由于制造阀体所需的铸造操作,需要更长的交货时间
3种方式
一般来说,球阀有两个入口(或“两路”)。
然而,对于某些应用,可能需要指定三通球阀。三通球阀有三个入口,而不是只有两个。
这种多端口设计需要将来自主阀门进口的流体分流到两个不同的方向(而不是一个方向),每个方向由两个独立的阀门出口提供服务。三通球阀的另一个典型应用是主流线由两个独立的可选进口提供服务。
三通球阀的球可以是L型或T型设计,如下图所示。此外,这种特殊类型的球阀可采用浮式或耳轴式设计,具有任何类型的阀端(法兰,承插或螺纹连接),以及从塑料到碳,合金和不锈钢的各种材料。
全端口vs减少端口
这些概念是指阀门的内径与所连接的管道系统之间的关系。详情如下:
- “全移植”(FB)型的特点是孔尺寸(球的孔)与连接管道的孔尺寸相匹配。全流道球阀最大限度地减少了由小流道球阀产生的压降,但它们当然更笨重、更重、更昂贵。FB球阀比RB球阀更适合用于节流应用。
- “减孔”球阀(RB)型的孔尺寸小于连接管道(例如管道)的孔尺寸。在这种情况下,流经阀门的介质被限制在管道中全部流量的一个百分比(通常在70 - 80%之间)。节流口球阀在管道中产生压降。
材料
这种类型的阀门可采用铸造或锻造阀体材料(单块或分体式)。
一般来说,直径小于2英寸的阀门有2片3片锻造阀体(最常见的是ASTM A105用于高温服务,ASTM A350 LF2和LF3用于低温服务,ASTM A182 F304, F316用于不锈钢阀门或更高等级,如双工阀门ASTM A182 F51和超级双工ASTM A182 F53/F55)。
锻造阀体也用于较大口径的高压阀门(采用2或3件分体式阀体结构)。
锻造球阀实例(小型和不锈钢阀门,带有锻造阀体,耳轴安装)。
通径超过2英寸的阀门采用铸造阀体(最常见的等级是ASTM A216 WCB用于高温应用,ASTM A352用于低温应用,ASTM A351 CF8, CF8M用于铸造不锈钢阀门)。
这种类型的阀门在P&ID图中的符号如下所示
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“AMCO”球阀采用全端口/常规端口结构制造。当选择球阀来替代闸阀时,明显的选择是全流道球阀。
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