1．概述

由于受場地的限制，安慶石化煤氣化工程原擬大量選用國外進口的大口徑、高溫高壓三偏心硬密封蝶閥(t<425℃，PN600LB，DN600)，后出于工程造價的考慮，安慶石化委托合肥通用機械研究院開發高性價比的超短型高壓閘閥替代進口高壓三偏心蝶閥。業主要求參照國際公認的工業標準進行設計制造，短型閘閥的結構長度比標準閘閥縮短約50％，流通能力與相同規格的高壓三偏心蝶閥相當，強度和密封性能符合APl598的要求。

2．設計規范

超短型高壓閘閥的總體設計要符合API600的要求。因為法蘭距縮小，造成法蘭和閥體中腔融合，個別法蘭連接孔需羅紋護套設計；超短型閥體承壓后的應力分布與標準閘閥閥體的應力分布有所不同，閥體參照APl600要求設計后，還需用有限元進行校核。

2．1 壁厚設計

根據APl600的要求，超短型高壓閘閥的壁厚是按美國國家標準ANSI B16.34《閥門法蘭連接和對焊連接》附錄G中，關于閥體最小壁厚t的計算值再增加附加裕量6.3mm得出。t的計算公式是以薄壁圓筒為基礎得出的：

t——閥體計算壁厚(未考慮附加裕量)(mm)；

DN——公稱通徑或口徑(mm)；

PN——公稱壓力(MPa)；

K₁——壁厚系數，當PN大于5MPa時，K₁=1；

S——閥體材料的許用應力，S=118MPa

2．2 閥體中腔設計

對于公稱壓力300LB以上的閥門，其中腔采用正圓形狀，用球形封頭做底。閥體承壓時，此種結構可使閥體內部的應力均勻分布，防止局部應力集中，并能保證足夠的應力儲備，以避免異常升壓對閥門造成的損壞。

2．3 閥體中法蘭的設計

參照標準法蘭：在閥體結構設計過程中，根據閥門公稱通徑、流道設置以及啟閉件、導向件尺寸等。通過設計制圖可以初步確定閥體中腔尺寸和中法蘭密封面型式。然后，根據中腔內徑尺寸，參照對應于閥門公稱壓力和中法蘭密封面型式相同的標準法蘭系列，將公稱通徑與閥體中腔內徑相等(或相近)的標準法蘭尺寸作為閥體中法蘭的設計尺寸。

2．4 連接法蘭羅紋護套設計

閥門結構長度比ANSI B16·10中規定的標準結構長度短了約50％，而閥體中腔采用耐壓性能好的圓形結構，使閥門的連接法蘭與閥體中腔部分融合，導致法蘭羅紋護套設計，見圖1和圖4。超短型閘閥的羅紋護套孔數量與被替代的同規格三偏心蝶閥相當，羅紋護套深度和位置不應該對閥體的強度造成影響。閥體連接法蘭羅紋護套采用彈性鋼絲螺紋保護套設計，有效消除因熱脹冷縮產生的管道應力對絲扣的破壞。

2．5 流道設計

超短型閘閥的流量不小于同規格的蝶閥，因此可以參照同規格三偏心蝶閥的流通面積，對超短型閘閥的流道進行適當的縮徑設計。對于縮徑閘閥，

因此可以通過合理安排閥門結構長度L，閥門喉徑DT以及閥體的開襠值K之間的關系，使θ盡量小，以降低閥門的流動阻力系數ξ，如圖2所示。

2．6 閥體校核和高彈性閘板設計

超短型閥體承壓后的應力分布與標準閘閥閥體的應力分布有所不同，用有限元方法校核閥體設計，結果見圖3。閥體材料為碳鋼，對連接法蘭和中法蘭加固定約束，閥體內腔加壓10.OMPa，結果顯示閥體與流道交接處的應力最大，此處馮氏應力值1.261e+008N/m²<材料屈服應力2.206e+008N/m²，強度設計安全；閥體的變形量最大值
O.1657mm<0.001DN，閥體剛度合格。

對大口徑閥門，考慮到溫度和管道應力等因素會影響閥門的密封性能，為此在閥體內腔和外部增添加強肋，以增強其剛性，進一步控制體腔變形；高彈性閘板設計適應閥體的微小變形和介質溫度的交變，也有利于增強閥門密封性能，防止閘板的卡死。

3．應用情況

超短型閘閥結構長度和重量比同規格閘閥減小了約50％，流量與同規格三偏心蝶閥相當，閥門的使用工況見表l，外形見圖5。超短型閘閥自2006年投產以來，運行良好，一致反映該閥操作輕便，密封可靠，完全滿足生產需要。

4．結論

超短型高壓閘閥的結構長度約為同規格閘閥結構長度的50％，適合在狹窄空間安裝，流通能力不小于同規格蝶閥，操作力矩小，密封可靠。超短型閘閥在煤氣化工程的CO變換單元和低溫甲醇洗單元中成功替代了進口三偏心蝶閥，為企業節約了大量資金。

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