竖装式安全切断阀主要包括阀体、阀瓣部件、主轴、上盖、复位卷簧部件、阀门关断部件、平衡阀部件、复位板及复位手柄等 .主轴将阀瓣部件、阀门关断部件及复位卷簧连接在一起。
以下为本篇论文正文：
摘 要：本文介绍了一种适用于气体调压站的安全切断阀门。该阀门结构新颖， 操作简单方便， 容易维修， 带内置型卷簧释放结构， 带一体化压力平衡阀门， 直通型阀腔设计有效的减少了介质的压降。阀门的切断可以通过手动紧急关断、管道气压通过指挥器操作进行气动关断也可选用远程电磁关断， 阀门的开启必须手动完成。
关键词：安全切断阀； 卷簧； 平衡阀门； 关断； 开启；
Abstract: This article describes a safety shut-off valve suitable for gas pressure regulating stations. The structure of the valve is novel, the operation is simple and convenient, its maintenance is easy, it has a built-in type coil spring release structure and integrated pressure balance valve, and the through-type valve cavity design effectively reduces the pressure drop of the medium. The valve can be shut off by manual emergency shutoff, pneumatic shutoff and remote electromagnetic shutoff, and the opening of the valve can be completed manually.
Keyword: safety shut-off valve; coil spring; balancing valve; shut-off; opening;
1、 概述
竖装式安全切断阀主要包括阀体、阀瓣部件、主轴、上盖、复位卷簧部件、阀门关断部件、平衡阀部件、复位板及复位手柄等 （整机结构见图1） .主轴将阀瓣部件、阀门关断部件及复位卷簧连接在一起。阀门在天然气调压站上使用， 主要是起紧急切断作用。阀门关段部件上有四个接口， 分别是自力式气动操作接口、远程电磁阀操作接口、手动紧急关断接口及自动复位接口。正常工作时安全切断阀处于全开阀位， 当下游输送的天然气压力超过管道输送压力或低于管道输送压力时， 管道引压系统将压力信号传递给指挥器， 指挥气将信号传递给气动操作部件来推动转轮转动， 阀内限位滚针将进入转轮内， 使得锁套脱开滚针的限位而带动阀杆翻转， 阀杆带动阀瓣部件来关断阀门， 并且卷簧内的力也开始释放， 并对阀门的关断起一定的辅助作用。现场手动紧急关断操作和远程电磁阀操作对阀门的关断的机理与指挥器操作一样， 只是电磁阀控制适用于远程关断控制， 手动紧急关断用于现场人为操作。阀门需要复位时 （及阀门开启） , 需将阀腔内的天然气排空， 此时开启平衡阀门， 来排空阀腔内的天然气便于安全可靠的开启阀门。先将阀门关断部件处通过复位操作将转轮转动在阀门开启的位置， 然后将复位手柄插入阀位指示板的复位孔内， 顺时针旋转主轴， 转到主轴被完全限位， 阀门就开始正常工作。
2、 设计
2.1、 阀门设计遵循的标准
阀门整机设计依据：EN14382气体调压站和设施用安全装置-入口压力达100bar的气体安全切断设施的要求。阀门压力试验及泄漏依据：ISO 5208工业用阀门金属阀门的压力试验， 阀座的泄漏应能够达到ISO 5208 A级要求。阀门法兰距设计依据：ASME B16.10阀门的端面至端面和尾端至尾端间距的要求。阀体及阀盖材质选用依据：ASTM A105管道设施用碳钢铸件的标准规范的要求。阀体及阀盖厚度设计依据：GB 26640阀门壳体最小壁厚尺寸要求规范的要求。阀内件材质选用满足：ASTM A276/A276M不锈钢棒材和型材标准规范的要求。阀体外连接螺栓满足：ASTM A194/A194M高压或高温或者高压高温用螺栓的碳钢及合金钢螺母标准规范的要求。阀体内连接螺栓满足：ASTM A320/A320M低温作业用合金钢和不锈钢螺栓标准规范的要求。阀体与介质接触的主要零件满足：NACE MR0175油田设备抗硫化物应力腐蚀断裂和应力腐蚀裂纹的金属材料的要求。
图1 竖装式安全切断阀整机结构图
1、关断部件；2、阀体；3、心轴；4、复位手柄；5、复位卷簧部件；6、复位板；7、平衡阀部件；8、阀瓣部件；9、上盖
2.2、 竖装式安全切断阀的设计过程
2.2.1、 阀体设计
（1） 阀体结构及成型工艺的确定。为了更好地满足现场快速、方便的使用， 安全切断阀阀板采用直通翻板结构， 为了有效减少阀腔的压力， 阀腔设计为直通式通流阀腔结构。设计中主要考虑到压力、温度、流量、流体等参数因素对阀体的影响， 允许最大噪音等级等。结合阀腔结构的特点， 阀体的成型工艺确定为一体铸造成型。
（2） 阀体壁厚的计算。为了获得准确的阀体壁厚， 可通过以下二种方法来确定阀体的壁厚：
方法一：厚壁圆筒壁厚
根据ASME压力容器设计指南中提供的厚壁圆筒壁厚计算方法：
图2
式中R1和R2分别为壳体的外半径和内半径， 将关系式R1=R2+t带入式 （1） 得
式中：E-焊接接头系数；R2-圆桶内半径， mm;R1-圆桶内半径， mm;P0-试验压力， 因阀体做整机水压试验时， 试验压力为1.5倍公称压力， MPa;t-计算厚度， mm;[σ]1-材料的许用应力， MPa;依据《ASTM委员会2004年版ASTM与世界九大钢材标准牌号对比手册》中可以查到阀体材质的屈服强度值， 许用应力=屈服强度/安全系数， 根据《机械设计手册》安全系数取1.5, 通过计算得许用应力值。
焊接接头系数根据射线检测等级来确定： （1） 100%检测E=1; （2） 局部检测E=0.85; （3） 不检测E=0.45.注：所有的轴向和环向对接焊接接头必须采用100%检测， 因此取E=1.以上各参数确定后， 便可以计算处阀体的壁厚。
方法二：查阀体最小壁厚标准 （GB26640-2011） , 可以确定阀门口径与压力所对应的阀体壁厚值。
通过以上两种确定阀体壁厚值， 为了确保安全选用较大的壁厚值。
（3） 阀腔的有限元分析。由于安全切断阀在使用过程中起着非常重要的作用， 为了使得阀门有更加稳定和可靠的使用性能， 在设计中对阀体进行了有限元分析， 分析过程见图2.
2.2.2、 卷簧扭矩的确定
为了满足阀门在使用中具有快速及严密的关断性能， 采用一体式内置卷簧结构来实现阀门的此功能。卷簧转矩的大小， 是由阀板部件的重量在开启过程中产生扭矩值和主轴处密封圈的摩擦力在开启过程中产生扭矩值的和， 并带有一定的安全系数来确定扭簧的扭矩值， 也是心轴所需要的扭矩值， 就可以也确定心轴的轴径的大小， 进一步可确定卷簧的参值来设计卷簧。 （图3卷簧工作原理图）
2.2.3、 上阀盖密封结构设计
上阀盖密封采用强制密封如图4, 拧紧中法兰螺栓， 对密封垫片施加压力， 预紧的垫片受到压缩， 密封面上凹凸不平的微隙被填满。这样就为防止介质介质泄漏形成了初始的密封条件-密封面上形成了预紧比压。强制密封的典型结构是平垫密封、缠绕垫密封和锯齿垫密封等。
2.2.4、 阀板密封结构设计
阀板密封采用阀板镶嵌防裂爆O型圈来实现软密封性能， 阀腔密封面堆焊316来提高密封面的光洁度， 此种密封组合更加可靠的满足了阀门的密封性能。 （阀板密封结构图见图5）
图4 上阀盖密封结构图
1、上阀盖；2、密封垫；3、阀体
图3 卷簧工作原理图
2.2.5、 一体式压力平衡阀的设计
安全切断阀一般与监控调压阀和电动式轴流阀一起撬装使用， 其在整个撬装线上的作用很重要， 当撬装管线气压发生异常时， 安全切断阀会立即切断， 为了确保整个管线的安全需将阀门前端气压向下游进行泄放， 需要安全可靠的路径来将阀门前端气压泄放到下游管道， 因此本次设计一体式压力平衡阀来进行手动泄压。 （压力平衡阀结构图见图6）
图5 阀板密封结构图
图6 平衡阀结构图
1、后盖；2、手柄；3、连接销；4、阀芯部件；5、平衡阀体；6、弹簧；7、阀体
3、 结语
安全切断阀在天然气输气调压器中承担着非常重要的作用， 为此， 在设计中要考虑到各方面的影响因素：整机结构的合理性、阀门紧急关断的灵敏性、卷簧力的持久性和稳定性、阀板密封的可靠性、阀体与介质接触的主要零件抗硫化物应力腐蚀断裂和应力腐蚀裂纹的金属材料的要求， 从而来克服使用中的不足， 使产品使用性能稳定， 质量可靠。
参考文献：
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[2]谢龙汉， 赵新宇， 张炯明。ANSYS CFX流体分析及仿真[M].电子工业出版社， 2012:4-35.
[3]孙克勤。调节阀选型计算应用技术[M].南京航空学院出版， 1993:43-45.
[4]EN 14382气体调压站和设施用安全装置-入口压力达100bar的气体安全切断设施的要求。
