淺析單法蘭液位變送器及其在化工中的應(yīng)用

摘 要：?jiǎn)畏ㄌm液位變送器廣泛應(yīng)用石油、化工、電站等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門，由于單法蘭液位變送器定期校驗(yàn)、腐蝕失效以及密封面損傷泄漏等問(wèn)題導(dǎo)致生產(chǎn)停車、停產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患�；�于上述原因，開(kāi)収研制了一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的單法蘭液位變送器，實(shí)現(xiàn)單法蘭液位變送器在線工況的一開(kāi)一備。該裝置目前已應(yīng)用于各類化工行業(yè)。

 

單法蘭液位變送器作為一種自動(dòng)閥門，是各類鍋爐、壓力容器和壓力管道等設(shè)備不可缺少的安全附件，起到超壓保護(hù)的作用，廣泛應(yīng)用于石油、化工、電站等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門。單法蘭液位變送器作為安全保障重要設(shè)備之一，行業(yè)對(duì)其的使用與校驗(yàn)有著明確、嚴(yán)栺的觃定。如何解決單法蘭液位變送器的定期校驗(yàn)［1］與此同時(shí)保證生產(chǎn)設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)利益#大化，是迫在眉睫需要解決的問(wèn)題。

為滿足生產(chǎn)連續(xù)在線運(yùn)行［2］，一般采用兩臺(tái)單法蘭液位變送器同時(shí)在線運(yùn)行的方式，分別在兩臺(tái)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(tài)，截止閥也應(yīng)相對(duì)應(yīng)的處于一關(guān)一開(kāi)的狀態(tài)。此方式不但增加了管線設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，同時(shí)也增加人為誤操作的可能，需增設(shè)相應(yīng)的互鎖功能，從而帶來(lái)了使用的不便與成本的增加。

目前國(guó)內(nèi)外主要的單法蘭液位變送器制造廠都研究開(kāi)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(chǎn)品的研制相對(duì)成熟，如德國(guó)的LESER、Bopp&Reuther，法國(guó)的SARASIN等品牌。該類產(chǎn)品型式多樣，使用原理都基本類似，都是通過(guò)雙向切換，使單法蘭液位變送器處于一備一用的狀態(tài)，解決單法蘭液位變送器檢測(cè)或維修與生產(chǎn)連續(xù)運(yùn)作的矛盾。

現(xiàn)自主開(kāi)収研制了一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的單法蘭液位變送器，實(shí)現(xiàn)單法蘭液位變送器在線工況的一開(kāi)一備。該型產(chǎn)品目前在國(guó)內(nèi)的使用量不斷增大，特別在某些化工廠有著廣泛的應(yīng)用，存在廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。本文主要就單法蘭液位變送器的工作原理、設(shè)計(jì)要點(diǎn)和特點(diǎn)應(yīng)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(yàn)與延長(zhǎng)受保護(hù)設(shè)備生產(chǎn)周期之間的矛盾而設(shè)計(jì)的，在滿足系統(tǒng)正常開(kāi)車運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)又能對(duì)單法蘭液位變送器進(jìn)行校驗(yàn)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(yīng)的外圍管線（視需要與否安裝）極成，見(jiàn)圖1。通過(guò)雙截止型三通切換閥的往復(fù)切換可以始終做到一臺(tái)單法蘭液位變送器在線進(jìn)行超壓保護(hù)，另一臺(tái)作為維修備用。

 

 

2 工作原理

單法蘭液位變送器主要核心部分是由 2 臺(tái)單法蘭液位變送器與切換閥門共同極成（圖 2）。通過(guò)與單法蘭液位變送器連接的切換閥門的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)單法蘭液位變送器在線的一開(kāi)一備。

 

 

切換閥（圖 3）主要由手輪（序號(hào) 5）帶動(dòng)閥杄螺母（序號(hào) 6）轉(zhuǎn)動(dòng)，手輪施加力矩通過(guò)螺紋傳動(dòng)使得閥杄（序號(hào) 3）與閥瓣（序號(hào) 1）在閥體（序號(hào)4）內(nèi)橫向移動(dòng)，閥瓣與固定于閥體上的閥座（序號(hào)2）接觸，產(chǎn)生壓力，形成密封比壓，從而保證閥門密封。

 

 

切換裝置通過(guò)進(jìn)行切換閥的手輪操作實(shí)現(xiàn)單法蘭液位變送器的在線切換。切換閥通過(guò)齒輪傳動(dòng)將手輪施加力矩轉(zhuǎn)換為橫向力，帶動(dòng)閥瓣橫向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)閥瓣與閥座受力接觸，形成所需密封比壓，實(shí)現(xiàn)閥門密封。同時(shí)采用摩擦阻力小，密封系數(shù)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(jù)API600《石油和天然氣工業(yè)用螺栓連接閥蓋的鋼制閘閥》進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(dòng)驅(qū)動(dòng)閥門的切換，通過(guò)密封力、閥杄運(yùn)動(dòng)阻力，可準(zhǔn)確計(jì)算手輪所需力矩，手輪大小，#終實(shí)現(xiàn)單人、快速有效的閥門切換；通過(guò)安裝于閥杄上且與閥杄同時(shí)運(yùn)動(dòng)止動(dòng)板（序號(hào)8）的移動(dòng)位移，瞬時(shí)位置，直觀、清楚的反應(yīng)切換閥開(kāi)啟位置、工作狀態(tài)，避免閥門由于施加密封壓力過(guò)大導(dǎo)致密封失效，枀大降低人員對(duì)閥門的誤操作概率。

 

3單法蘭液位變送器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

切換閥通過(guò)齒輪傳動(dòng)將手輪施加力矩轉(zhuǎn)換為橫向力，帶動(dòng)閥瓣橫向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)閥瓣與閥座受力接觸，形成所需密封比壓，實(shí)現(xiàn)閥門密封。

一方面根據(jù)使用壓力進(jìn)行傳動(dòng)T型螺紋、閥座、閥瓣以及閥杄進(jìn)行強(qiáng)度校核，保證閥門切換過(guò)程中不會(huì)由于單個(gè)零件受壓超出材料使用應(yīng)力収生零件變形、斷裂，從而導(dǎo)致閥門機(jī)械失效；根據(jù)API600《石油和天然氣工業(yè)用螺栓連接閥蓋的鋼制閘閥》：在嚴(yán)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(shù)要求的壁厚進(jìn)行閥體設(shè)計(jì)，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(dòng)驅(qū)動(dòng)閥門的切換，通過(guò)密封力、閥杄運(yùn)動(dòng)阻力，可準(zhǔn)確計(jì)算手輪所需力矩，手輪大小，#終實(shí)現(xiàn)單人、快速有效的閥門切換；通過(guò)安裝于閥杄上且與閥杄同時(shí)運(yùn)動(dòng)止動(dòng)板（序號(hào)8）的移動(dòng)位移，瞬時(shí)位置，直觀、清楚的反應(yīng)切換閥開(kāi)啟位置、工作狀態(tài)，避免閥門由于施加密封壓力過(guò)大導(dǎo)致密封失效，枀大降低人員對(duì)閥門的誤操作概率。

 

3.2密封設(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)：

（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(jìn)行密封，通過(guò)閥座與閥體間擠壓墊片，螺栓緊固進(jìn)行密封，通過(guò)墊片外徑、內(nèi)徑與閥體、閥座的有效配合，合理配搭間隙，閥座與閥體間機(jī)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(shí)提高墊片的使用壽命。

（2）閥杄與閥體間密封

閥杄與帶動(dòng)閥瓣來(lái)回運(yùn)動(dòng)，與其閥體間采用填料（序號(hào)7）進(jìn)行密封。填料密封［3］有效降低了閥杄滑動(dòng)之間的摩擦力，降低了閥門切換阻力。采用了填料壓蓋（序號(hào)9）、填料墊（序號(hào)11）和填料壓套（序號(hào)10）相互配合，調(diào)整填料壓縮角度，距離和力的大小，實(shí)現(xiàn)填料有效密封。同時(shí)根據(jù)使用工況的不同，調(diào)節(jié)填料壓縮長(zhǎng)度，降低由于工作介質(zhì)、溫度對(duì)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(shè)計(jì)關(guān)鍵，綜合考慮切換閥所需密封比壓，密封零件強(qiáng)度和密封形式三方面。閥座、閥瓣采用錐面對(duì)錐面的線密封形式，以線密封的形式進(jìn)行密封，通過(guò)調(diào)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(xiàn)細(xì)微軸心偏移時(shí)，錐面與錐面間可完成輔助調(diào)整作用，進(jìn)一步提高閥門的密封性能，有利于閥門長(zhǎng)期有效、穩(wěn)定密封。

 

3.3流道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(guò)閥瓣的左右移動(dòng)，形成兩種不同流道結(jié)極，其一閥瓣與左端閥座接觸形成密封，其右側(cè)形成開(kāi)啟通道，形成不含閥杄在內(nèi)的流道結(jié)極。反之，當(dāng)閥瓣與右端閥座接觸形成密封，形成含閥杄在內(nèi)的流道結(jié)極。針對(duì)雙截止內(nèi)部雙直角圓弧三通流路的特點(diǎn)，減小內(nèi)部流路的阻塞，擴(kuò)大內(nèi)部流動(dòng)區(qū)域，降低入口與出口間的變化角度與移動(dòng)距離，可有增加閥門的流通能力，降低閥門的流阻系數(shù)。

通過(guò)閥杄、閥瓣設(shè)計(jì)強(qiáng)度滿足的情況下，降低了二者的軸向?qū)挾龋瑴p其橫向面積，減小其對(duì)內(nèi)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(guò)入口處漸變擴(kuò)徑，擴(kuò)徑#大處與入口通徑實(shí)現(xiàn)成比例放大，同時(shí)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(dòng)能量損失；通過(guò)上述的設(shè)計(jì)加強(qiáng)，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(yīng)用特點(diǎn)

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(diǎn)：

（1）wuxu裝置停車，提供連續(xù)的超壓保護(hù)，避免應(yīng)急停車維修所帶來(lái)的昂貴費(fèi)用損失；

（2）壓降損失小，具有足夠的排放能力；

（3）切換系統(tǒng)操作安全、快捷；對(duì)單法蘭液位變送器進(jìn)出口均裝有切換閥的聯(lián)鎖切換裝置，設(shè)置了專門的互鎖機(jī)極，有效避免誤操作；

（4）豐富的材料配置及結(jié)極設(shè)計(jì)可以勝任高溫、低溫、高壓、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)等多種苛刻工況。

 

5結(jié)束語(yǔ)

單法蘭液位變送器適合各類通用行業(yè)的要求，其密封形式采用金屬錐面密封，可廣泛應(yīng)用于水、液氮、液氧、液化天然氣等介質(zhì)的工業(yè)管路、儲(chǔ)罐上。密封面可使用硬質(zhì)合金、蒙乃爾、哈氏合金等特殊材質(zhì)，閥體過(guò)流經(jīng)過(guò)碳化鎢、滲氮、堆焊耐磨材質(zhì)等特殊工藝處理，使得切換裝置可以勝任高溫、低溫、高壓、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)等多種苛刻工況，廣泛應(yīng)用于石油化工、電力、冶金等行業(yè)。隨著化工技術(shù)的不斷提高，單法蘭液位變送器的設(shè)計(jì)和使用也將會(huì)不斷提高與進(jìn)步。