超高溫金屬密封球閥密封選型 超高溫金屬密封球閥 高溫球閥 金屬密封球閥 高溫球閥選型

1 之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準，現在介紹超高溫金屬密封球閥密封選型概述  
 金屬密封球閥廣泛應用于石油、化工、電力、制藥、食品和輕工等行業，其使用溫度小于550℃。在高溫或者超高溫情況下使用，容易引起閥桿和球體變形，從而不能正常開啟或者關閉閥門。超高溫金屬密封球閥的各部位設有合理的冷卻機構，保證了閥門在超高溫下長時間的正常工作。
2 結構特點
超高溫金屬密封球閥由閥體、閥蓋、頂蓋、球體、閥桿、閥座組件及傳動裝置等組成（圖1）。閥桿分為下閥桿和上閥桿，上閥桿與球體為一體式結構，下閥桿與球體相配合。在球體內設置了冷卻腔，閥桿內有通孔，通孔與冷卻腔相通，閥門在超高溫下工作時，可以給球體通冷卻液冷卻，避免閥桿和球體長時間在超高溫下工作變形。閥座組件由閥座本體、波紋管和閥座支撐件組成，閥體上有孔和閥座組件上的冷卻槽相通，可以通冷卻液冷卻閥座，以保證閥門在超高溫下的密封性能。閥座組件上兩組波紋管的設置使得安裝時閥座對球體的預緊力增加，而工作中，即使球體受熱膨脹，通過波紋管彈性變形，可以避免閥座和球體卡住。閥座本體采用GH3128高溫合金鋼加工成型，使得閥座本體具有更好的耐高溫性能，避免閥座本體變形而引起的泄漏。
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥介紹了幾種金屬密封球閥的閥座密封結構。經過試驗，在高溫、高壓、沖蝕和磨損等不同介質的苛刻工況下均密封效果較好，使用壽命長，滿足了工程項目對閥門的使用要求。金屬密封球閥具有耐高溫，耐磨損，耐沖蝕，流阻小，開關迅速，使用壽命長和可靠性高等優點，廣泛用于煤化工、多晶硅、精細化工、石油化工、冶金、電力、礦山等行業。隨著工況介質從單相流到多相流，氣固型和液固型等二相流介質的增多，促進了金屬密封球閥閥座與閥體密封結構的多樣化。不同的工況設計使用不同的密封結構，既能解決適應不同工況介質要求，又能解決閥門開啟扭矩大，特別是在高溫情況下材料膨脹引起閥門扭矩大的問題，保證閥座與閥體間的密封，從而保證閥門的密封。本文介紹幾種浮動球球閥和固定球球閥閥座密封結構，密封機理以及適用的工況和使用環境。

超高溫金屬密封球閥密封選型產品用途
1、金屬硬密封球閥采用偏心結構，在關閉過程中，閥座與球冷酷 間的密封比壓能迅速增加，從而確保了密封副的可靠密封。當閥門開啟時，閥座與球體能迅速脫離，有效地減小了操作力矩，并使閥座表面與球面之間的控傷可能性降到zui小。
2、金屬硬密封浮動球閥（如圖）采用了彈性加載結構，在正常關閉情況下確保了球體密封面與閥座密封之間的接觸，在高溫工況下，能有效補償內件受熱膨脹，避免因高溫而導致的卡阻，適合于中小口徑高溫使用場合。
3、金屬硬密封固定球閥除金屬硬密封偏心球閥的偏心特點外，其它優點在此也具務，此外，它可雙向使用，且不易在中腔沉積污物，根據用戶工況條件，也可在中腔設置排污口。
4、金屬硬密封球閥的球體表面采用特殊硬化處理，閥座整體用特種硬質材料或局部堆焊硬質材料，確保密封副之間的有合適的硬度差。
5、由于球體表面采用特殊的表面硬化處理，閥座采用堆焊硬質合金，所以在閥門的啟閉過程中能很好經受介質沖刷，特別適合于固體顆粒和磨料介質。
6、除球體表面和閥座表面的特殊表面處理外，在其它密封材料方面采用柔性石墨、金屬纏繞式墊片等，故能用于高溫、高壓工況，并具耐火燒功能。
2、浮動球球閥閥座密封
2.1、常溫對稱型
(1)O形圈密封
常溫對稱型O形圈密封閥座(圖1)為左右閥座對稱的雙向密封結構，該密封結構主要由閥座、球體、O形圈和碟形彈簧等組成。此結構解決了部分軟密封球閥用于調節工況時出現的問題。如滲透性較強的二甲苯介質等輸送時需要進行調節，而常規軟密封球閥在球體經常處于半開狀態時，軟閥座容易出現印痕，甚至磨損拉傷，導致介質泄漏。采用金屬閥座后，通過噴涂、研磨和精加工等技術保證了密封面之間的密封性能。O形圈則保證了閥座背部的密封。O形圈密封閥座一般適用溫度-29～200℃。
常溫對稱型O形圈密封閥座

圖1 常溫對稱型O形圈密封閥座
(2)石墨環密封
常溫對稱型石墨環密封閥座(圖2)為左右閥座對稱的雙向密封結構。該密封結構主要由閥座、球體和石墨環等組成，此結構主要用于煤灰渣漿，耐鹽酸、鐵鹽等腐蝕性介質、耐煤灰渣漿顆粒沖蝕磨損等工況。在金屬閥座背部安裝石墨環，由左右閥體壓緊使石墨環變形保證閥座背部密封。石墨環密封閥座適用溫度-29～200℃。
常溫對稱型石墨環密封閥座
圖2 常溫對稱型石墨環密封閥座

2.2、中溫對稱型石墨環密封
中溫對稱型石墨環密封閥座(圖3)為左右閥座對稱雙向密封結構。此密封結構主要由閥座、球體、石墨環和碟形彈簧等組成。閥座背部由石墨環保證密封。此結構在多晶硅、石油化工、硅粉和催化劑等介質工況得到較好的運用。因為石墨環高溫時膨脹的方向對壓縮量影響較大，所以該結構一般適用溫度-29～400℃。
中溫對稱型石墨環密封閥座
圖3 中溫對稱型石墨環密封閥座
2.3、高溫單向金屬密封
高溫單向金屬密封(圖4)閥座為金屬單向密封結構。該結構主要由球體和固定閥座等組成。閥座放置在出口端，采用特殊工藝，保證了與閥體之間密封。閥門進口端一般采用浮動閥座，利用碟形彈簧提供了閥門的預緊密封壓力，從而保證球體與固定閥座之間的密封性能。此結構適用于介質不允許接觸石墨的環境，及多晶硅、石油化工和冶金等行業。因為高溫狀態下金屬的膨脹系數較小，該結構適用溫度-29～538℃。
溫單向金屬密封閥座

圖4 高溫單向金屬密封閥座
2.4、高溫單向壓圈固定式密封
高溫單向壓圈固定式密封閥座(圖5)為金屬單向密封閥座，該結構主要由球體、閥座、螺釘和壓圈等組成。固定式壓圈放置在閥門出口端，采用壓圈固定閥座在閥體上，閥體與閥座采用配磨工藝，保證了閥體與閥座之間的密封性能。此結構適用于介質不允許接觸石墨的環境，如石化、化工、電站、鋼鐵和水處理等行業的高溫、腐蝕性和磨損性的氣體、液體和漿料等介質。此結構適用溫度-29～538℃。
高溫單向壓圈固定式密封閥座
圖5 高溫單向壓圈固定式密封閥座
2.5、高溫單向石墨環密封
高溫單向石墨環密封閥座(圖6)為單向密封結構，該結構主要由球體、閥座、碟形彈簧和石墨環等組成。控制石墨環尺寸，使其高溫膨脹的范圍較小。該結構運用在石化、化工、電站和水處理等行業的高溫、腐蝕性和磨損性的氣體、液體和漿料等介質工況，特別是氣體攜帶硅粉等顆粒的工況，由于閥座背部石墨環的密封性能，避免了泄漏引起的沖刷導致閥座等零件快速損壞。在實際的使用過程中，也取得了較好的效果。該結構適用溫度-29～538℃。
高溫單向石墨環密封閥座
圖6 高溫單向石墨環密封閥座
3、固定球球閥閥座密封
3.1、常溫O形圈
常溫O形圈密封閥座組件(圖7)主要由球體、閥座、碟形彈簧和O形圈等組成，結構簡單，安裝方便，背部密封性能好，但是不具備防火功能。此結構適用溫度-29～200℃，且為不要求防火功能的工況。
3.2、中溫石墨環密封
中溫石墨環密封閥座組件(圖8)主要由球體、閥座、碟形彈簧和石墨環等組成。閥座由碟形彈簧壓緊石墨環提供預緊力保證密封性能。此結構在多晶硅、石油化工、硅粉和催化劑等工況介質下得到較好的運用。受石墨膨脹影響，適用溫度-29～400℃。
常溫O形圈密封閥座
圖7 常溫O形圈密封閥座

中溫石墨環密封閥座
圖8 中溫石墨環密封閥座
3.3、高溫石墨環密封
高溫石墨環密封閥座組件(圖9)主要由球體、閥座、碟形彈簧和石墨環等組成。此結構將石墨環放置在閥座背部，且石墨環高溫膨脹的方向與碟形彈簧產生力的方向不在一條線上，而是錯位或者垂直，即石墨環膨脹量不影響碟形彈簧的壓縮量。這樣既解決了高溫閥座背部的密封問題，又解決了高溫時球體和閥座卡阻問題。該結構適用于石化和化工介質等工況，特別適用于氣體攜帶硅粉等顆粒的工況，使用溫度-29～538℃。
1.傳動裝置2.頂蓋3.球體4.閥座組件5.閥蓋6.閥體
圖1 超高溫金屬密封球閥
3 冷卻機構
3.1 閥蓋冷卻
冷卻液從閥體下部的1A口進入，經保溫夾套內壁，從閥體上部的1B口流出（圖2）。

圖2 閥蓋的冷卻
3.2 閥體冷卻
冷卻液從閥體下部的2A口進入，經保溫夾套內壁，從閥體上部的2B口流出（圖3）。

圖3 閥體的冷卻
3.3 閥桿及球體冷卻
上閥桿和球體為一體式，球體由球面和通道管組焊，下閥桿和球體配合連接，冷卻液從下閥桿通孔3A進入，流經球體冷卻腔，從上閥桿頂端3B口流出（圖4）。

圖4 閥桿及球體的冷卻
3.4 閥座組件冷卻
閥座組件的冷卻液從閥體下部進水孔4A進入，流入*波紋管外側的環形冷卻槽，通過閥座支撐件上的孔流入第二波紋管內側環形冷卻槽，再通過閥座支撐件上的孔從法蘭上的4B口流出（圖5）。

圖5 閥座組件的冷卻
3.5 上閥桿二次冷卻
由于上閥桿較長，而閥桿內的冷卻水又是從下閥桿經過球體冷卻腔流到上閥桿的，所以在頂蓋位置對上閥桿增加了二次冷卻。冷卻液從處進入，經過頂蓋和閥桿之間的空間，從5B口流出。閥桿密封冷卻是冷卻液從6A進入，經過填料上部，從6B口流出（圖6）。

圖6 上閥桿及填料密封的冷卻
4 結語
在超高溫金屬密封球閥的設計和研制過程中，其冷卻結構的設計是成功的關鍵。與本文相關的產品有不銹鋼波紋管密封安全閥