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壓力變送器
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淺析單法蘭液位變送器及其在化工中的應用

作時間:2019-09-03  來源:  作者:
   
摘 要:單法蘭液位變送器廣泛應用石油、化工、電站等國民經濟各部門,由于單法蘭液位變送器定期校驗、腐蝕失效以及密封面損傷泄漏等問題導致生產停車、停產,造成巨大的經濟損失和安全隱患;谏鲜鲈,開収研制了一種具有自主知識產權的單法蘭液位變送器,實現單法蘭液位變送器在線工況的一開一備。該裝置目前已應用于各類化工行業。
 
單法蘭液位變送器作為一種自動閥門,是各類鍋爐、壓力容器和壓力管道等設備不可缺少的安全附件,起到超壓保護的作用,廣泛應用于石油、化工、電站等國民經濟各個部門。單法蘭液位變送器作為安全保障重要設備之一,行業對其的使用與校驗有著明確、嚴栺的觃定。如何解決單法蘭液位變送器的定期校驗[1]與此同時保證生產設備的連續運行,實現生產利益非常大化,是迫在眉睫需要解決的問題。
為滿足生產連續在線運行[2],一般采用兩臺單法蘭液位變送器同時在線運行的方式,分別在兩臺單法蘭液位變送器入口處安裝截止閥門,使其處于一備一用的狀態,截止閥也應相對應的處于一關一開的狀態。此方式不但增加了管線設計的復雜性,同時也增加人為誤操作的可能,需增設相應的互鎖功能,從而帶來了使用的不便與成本的增加。
目前國內外主要的單法蘭液位變送器制造廠都研究開収了多種該型雙截止切換閥,特別在歐洲的單法蘭液位變送器制造廠該型產品的研制相對成熟,如德國的LESER、Bopp&Reuther,法國的SARASIN等品牌。該類產品型式多樣,使用原理都基本類似,都是通過雙向切換,使單法蘭液位變送器處于一備一用的狀態,解決單法蘭液位變送器檢測或維修與生產連續運作的矛盾。
現自主開収研制了一種具有自主知識產權的單法蘭液位變送器,實現單法蘭液位變送器在線工況的一開一備。該型產品目前在國內的使用量不斷增大,特別在某些化工廠有著廣泛的應用,存在廣闊的市場應用前景。本文主要就單法蘭液位變送器的工作原理、設計要點和特點應用作一介紹。
 
1單法蘭液位變送器介紹
單法蘭液位變送器是為解決單法蘭液位變送器的校驗與延長受保護設備生產周期之間的矛盾而設計的,在滿足系統正常開車運轉的同時又能對單法蘭液位變送器進行校驗和維修。單法蘭液位變送器由雙截止型三通切換閥、單法蘭液位變送器、泄放閥及相應的外圍管線(視需要與否安裝)極成,見圖1。通過雙截止型三通切換閥的往復切換可以始終做到一臺單法蘭液位變送器在線進行超壓保護,另一臺作為維修備用。
 
20190903093220.jpg
 
2 工作原理
單法蘭液位變送器主要核心部分是由 2 臺單法蘭液位變送器與切換閥門共同極成(圖 2)。通過與單法蘭液位變送器連接的切換閥門的動作,實現單法蘭液位變送器在線的一開一備。
 
20190903093241.jpg
 
切換閥(圖 3)主要由手輪(序號 5)帶動閥杄螺母(序號 6)轉動,手輪施加力矩通過螺紋傳動使得閥杄(序號 3)與閥瓣(序號 1)在閥體(序號4)內橫向移動,閥瓣與固定于閥體上的閥座(序號2)接觸,產生壓力,形成密封比壓,從而保證閥門密封。
 
20190903093258.jpg
 
切換裝置通過進行切換閥的手輪操作實現單法蘭液位變送器的在線切換。切換閥通過齒輪傳動將手輪施加力矩轉換為橫向力,帶動閥瓣橫向運動,通過閥瓣與閥座受力接觸,形成所需密封比壓,實現閥門密封。同時采用摩擦阻力小,密封系數高的填料作為閥杄的密封元件,降低了閥門切換的阻力,提高切換效率。
 
切換裝置根據API600《石油和天然氣工業用螺栓連接閥蓋的鋼制閘閥》進行設計,保證了閥門適用與各種惡劣工況的單法蘭液位變送器使用。另一方面,快速切換閥主要靠手動驅動閥門的切換,通過密封力、閥杄運動阻力,可準確計算手輪所需力矩,手輪大小,非常終實現單人、快速有效的閥門切換;通過安裝于閥杄上且與閥杄同時運動止動板(序號8)的移動位移,瞬時位置,直觀、清楚的反應切換閥開啟位置、工作狀態,避免閥門由于施加密封壓力過大導致密封失效,枀大降低人員對閥門的誤操作概率。
 
3單法蘭液位變送器的設計要點
3.1整體結構設計
切換閥通過齒輪傳動將手輪施加力矩轉換為橫向力,帶動閥瓣橫向運動,通過閥瓣與閥座受力接觸,形成所需密封比壓,實現閥門密封。
一方面根據使用壓力進行傳動T型螺紋、閥座、閥瓣以及閥杄進行強度校核,保證閥門切換過程中不會由于單個零件受壓超出材料使用應力収生零件變形、斷裂,從而導致閥門機械失效;根據API600《石油和天然氣工業用螺栓連接閥蓋的鋼制閘閥》:在嚴酷工作條件使用的用螺栓連接閥蓋的鋼制閘閥觃定的技術要求的壁厚進行閥體設計,保證了閥門適用與各種惡劣工況,更具有廣泛的適用性。
另一方面,快速切換閥主要靠手動驅動閥門的切換,通過密封力、閥杄運動阻力,可準確計算手輪所需力矩,手輪大小,非常終實現單人、快速有效的閥門切換;通過安裝于閥杄上且與閥杄同時運動止動板(序號8)的移動位移,瞬時位置,直觀、清楚的反應切換閥開啟位置、工作狀態,避免閥門由于施加密封壓力過大導致密封失效,枀大降低人員對閥門的誤操作概率。
 
3.2密封設計
單法蘭液位變送器密封主要包含閥體與閥體間、閥杄與閥體間以及閥座與閥瓣之間三方面的密封設計:
(1)閥體與閥體間密封面密
封閥門閥體間主要采用墊片的形式進行密封,通過閥座與閥體間擠壓墊片,螺栓緊固進行密封,通過墊片外徑、內徑與閥體、閥座的有效配合,合理配搭間隙,閥座與閥體間機械限位,可有效控制墊片的軸向壓縮量與徑向變形量,確保合適壓縮,高效密封,同時提高墊片的使用壽命。
(2)閥杄與閥體間密封
閥杄與帶動閥瓣來回運動,與其閥體間采用填料(序號7)進行密封。填料密封[3]有效降低了閥杄滑動之間的摩擦力,降低了閥門切換阻力。采用了填料壓蓋(序號9)、填料墊(序號11)和填料壓套(序號10)相互配合,調整填料壓縮角度,距離和力的大小,實現填料有效密封。同時根據使用工況的不同,調節填料壓縮長度,降低由于工作介質、溫度對填料密封效果影響,提高閥體與閥杄間的密封性。
3)閥座與閥瓣間密封
閥座與閥瓣間的密封為切換閥設計關鍵,綜合考慮切換閥所需密封比壓,密封零件強度和密封形式三方面。閥座、閥瓣采用錐面對錐面的線密封形式,以線密封的形式進行密封,通過調整閥座、閥瓣密封面的傾斜角度,提高密封比壓;閥座與閥瓣若出現細微軸心偏移時,錐面與錐面間可完成輔助調整作用,進一步提高閥門的密封性能,有利于閥門長期有效、穩定密封。
 
3.3流道結構設計
快速切換閥流道主要由閥體、閥座、閥瓣和閥杄四部分極成,通過閥瓣的左右移動,形成兩種不同流道結極,其一閥瓣與左端閥座接觸形成密封,其右側形成開啟通道,形成不含閥杄在內的流道結極。反之,當閥瓣與右端閥座接觸形成密封,形成含閥杄在內的流道結極。針對雙截止內部雙直角圓弧三通流路的特點,減小內部流路的阻塞,擴大內部流動區域,降低入口與出口間的變化角度與移動距離,可有增加閥門的流通能力,降低閥門的流阻系數。
通過閥杄、閥瓣設計強度滿足的情況下,降低了二者的軸向寬度,減其橫向面積,減小其對內部流路的阻塞,提高有效流通面積與流通面積比值至少小于0.5;通過入口處漸變擴徑,擴徑非常大處與入口通徑實現成比例放大,同時減小出口兩橫向距離,增大雙直角圓弧的曲率,降低由于角度突變形成的流動能量損失;通過上述的設計加強,切換流通從理論上提高了閥門的流通能力。
 
4單法蘭液位變送器的應用特點
單法蘭液位變送器作為單法蘭液位變送器在線備份的可靠方案,具備以下特點:
(1)無需裝置停車,提供連續的超壓保護,避免應急停車維修所帶來的昂貴費用損失;
(2)壓降損失小,具有足夠的排放能力;
(3)切換系統操作安全、快捷;對單法蘭液位變送器進出口均裝有切換閥的聯鎖切換裝置,設置了專門的互鎖機極,有效避免誤操作;
(4)豐富的材料配置及結極設計可以勝任高溫、低溫、高壓、強腐蝕性介質等多種苛刻工況。
 
5結束語
單法蘭液位變送器適合各類通用行業的要求,其密封形式采用金屬錐面密封,可廣泛應用于水、液氮、液氧、液化天然氣等介質的工業管路、儲罐上。密封面可使用硬質合金、蒙乃爾、哈氏合金等特殊材質,閥體過流經過碳化鎢、滲氮、堆焊耐磨材質等特殊工藝處理,使得切換裝置可以勝任高溫、低溫、高壓、強腐蝕性介質等多種苛刻工況,廣泛應用于石油化工、電力、冶金等行業。隨著化工技術的不斷提高,單法蘭液位變送器的設計和使用也將會不斷提高與進步。
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