CN114658889A - 一种高温球阀串联密封结构及其使用方法 - Google Patents

一种高温球阀串联密封结构及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温球阀串联密封结构及其使用方法，以解决现有高温球阀所存在的吹扫蒸汽耗量过大，无法满足新型特种焦装置对进入焦炭塔进料系统尽量低的蒸汽量要求等问题。所述串联密封结构由第一道密封吹扫口、密封分布环、一级密封填料、弹性元件、二级密封填料、压圈、第二道密封吹扫口、第一道密封吹扫通道和第二道密封吹扫通道组成，阀芯接触并压紧入口或出口密封套时，向阀门入口或出口方向压紧一级密封填料，并经压圈压紧弹性元件和二级密封填料，压圈进而向两端分别压紧一级密封填料和二级密封填料。第一道密封吹扫介质通过第一道密封吹扫口进入一级密封填料，第二道密封吹扫介质通过第二道密封吹扫口进入密封腔，两道密封之间采用压差控制。

Description

一种高温球阀串联密封结构及其使用方法
技术领域
本发明涉及炼油厂延迟焦化装置所用的一种高温球阀串联密封结构及其使用方法。
背景技术
在炼油厂延迟焦化装置中，每两台焦炭塔之前的结合处安装一台四通阀，用于切换来自上游的高温油料介质，每台四通阀的两个出口处分别安装一台进料隔断阀，切换的油料介质经过其中一台进料隔断阀进入相临的焦炭塔，油料介质交替地切换进入两台焦炭塔。这样就使一台焦炭塔在生焦时另一台焦炭塔处于除焦过程，以保证延迟焦化装置连续生产。目前国内炼油厂延迟焦化装置所用的四通阀、进料隔断阀，大部分是进口的金属波纹管高温电动球阀，该阀门采用金属波纹管作为弹性元件的金属弹性密封，阀门操作时所需吹扫蒸汽用量很大，增加了延迟焦化装置长周期操作运行和维护成本。在国内炼油厂延迟焦化装置中，在四通阀和进料隔断阀上还选用了一些高温旋塞阀，高温旋塞阀阀芯与阀体之间采用金属-金属硬密封结构，受加工精度及阀门高温操作条件下膨胀易变形等因素影响，且因该阀提升-旋转-下降的顺序动作机理，在阀门操作时所需吹扫蒸汽用量也较大。此外，在焦炭塔进料系统中使用的加热炉出口进料隔断阀、一次甩油阀、二次甩油阀、甩油总阀等，以及在焦炭塔顶油气系统中使用的油气隔断阀、油气放空阀、冷焦水溢流阀等都不同程度地采用过上述波纹管高温球阀或高温旋塞阀，均存在蒸汽吹扫量较大的问题。当前以生产新型特种焦为目的的装置中，为了保障特种焦质量，加工工艺要求进入焦炭塔的蒸汽量尽量少，无论上述高温球阀还是高温旋塞阀的密封结构都无法满足加工艺要求，需要开发新型低汽耗的高温阀门。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温球阀串联密封结构及其使用方法，以解决现有高温球阀和高温旋塞阀所存在的吹扫蒸汽耗量过大，无法满足新型特种焦生产装置加工工艺对于进入焦炭塔进料系统蒸汽量尽量低的要求的问题。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：
一种高温球阀串联密封结构，其特征在于：所述位于阀芯流道入口外围的球面与入口密封套相接触，形成金属硬密封；所述位于阀芯流道出口外围的球面与出口密封套相接触，形成金属硬密封；所述阀芯与入口密封套之间，以及阀芯与出口密封套之间的密封采用串联密封结构，所述串联密封结构由第一道密封吹扫口、密封分布环、一级密封填料、弹性元件、二级密封填料、压圈、第二道密封吹扫口、第一道密封吹扫通道和第二道密封吹扫通道组成，阀芯接触并压紧入口密封套或出口密封套的同时，向阀门入口或出口方向压紧一级密封填料，并通过压圈压紧弹性元件和二级密封填料，在弹性元件作用下，压圈向两端分别压紧一级密封填料和二级密封填料，所述密封分布环、一级密封填料、弹性元件、二级密封填料和压圈安装在出口密封套与阀套之间的密封腔内，对于入口，则为入口密封套，结构相同。
本发明所述金属硬密封，阀芯与出口密封套或入口密封套的接触面上为金属硬密封面，金属硬密封面一般经过表面硬化处理，可耐焦粉等固体颗粒磨损。
本发明所述第一道密封吹扫口设置在与阀套相邻的阀体法兰外圆上，第一道密封吹扫口通过第一道密封吹扫通道将第一道吹扫介质通送至密封分布环，进而通入一级密封填料，通入与阀腔内介质相适用的第一道吹扫介质，第二道密封吹扫口分别设置在阀套的法兰外圆上，第二道密封吹扫口通过第二道密封吹扫通道将第二道吹扫介质送至密封腔处靠近二级密封填料的压圈与阀套之间，通入对密封腔起保护作用的第二道密封介质。
本发明所述出口密封套与阀套之间的密封腔，以及入口密封套与阀套之间的密封腔，均为由阀套与出口或入口密封套围成的直径不同的环形间隙构成的空腔。
本发明所述第一道吹扫介质，其与阀腔内介质的操作压力和温度相比，第一道吹扫介质压力更高、温度较低，便于使第一道吹扫介质向阀腔内吹扫。
本发明还提供一种上述高温球阀串联密封结构的使用方法，其方法是：通过第一道密封吹扫口通入与阀腔内介质相适用的第一道吹扫介质，与阀腔内介质的操作压力和温度相比，第一道密封吹扫介质压力更高、温度更低，使第一道密封吹扫介质经由第一道密封吹扫通道进入密封分布环、一道密封填料，然后向阀腔内吹扫。通过第二道密封吹扫口通入第二道吹扫介质，第二道吹扫介质经由第二道密封吹扫通道进入密封腔，然后分别向阀腔方向和介质出口或入口方向吹扫。两道密封之间采用压差控制，第二道吹扫介质压力略高于第一道吹扫介质压力。
所述第一道密封与第二道密封之间可采用压差控制，使第一道吹扫介质的压力略高于阀腔内的油料压力，第二道吹扫介质的压力略高于第一道吹扫介质的压力。
本发明所述高温球阀串联密封结构可以用于四通球阀或两通球阀以及焦炭塔进料系统和油气系统的高温阀门，包括四通阀、进料隔断阀、加热炉出口进料隔断阀、一次甩油阀、二次甩油阀、甩油总阀、油气隔断阀、油气放空阀、冷焦水溢流阀等。还可用于其它高温易结焦或含颗粒物料介质应用的进料切断阀和切换阀。
本发明主要用于炼油厂以生产特种焦为目的的装置，以及要求进入焦炭塔系统的蒸汽耗量尽量低的延迟焦化装置，以及要求吹扫介质耗量低的类似工艺装置上的阀门装置。
本发明与现有技术相比具有如下的有益效果：（1）在阀门切换和操作时，通过串联密封结构，分别对第一道填料密封与第二道填料密封通入不同的吹扫介质，并通过压差控制，一方面，可实现进入焦炭塔系统的蒸汽量减少，另一方面，进一步保证高温介质不外漏，保证操作安全；（2）通过向第一道填料密封通入比阀门操作介质压力更高和温度更低的第一道吹扫介质，继而向阀腔内吹扫，可清除高温球阀金属-金属密封处相邻部位以及密封腔周围的介质结焦和颗粒，有益于改善高温球阀及其金属密封处操作环境；（3）通过分别向第一道填料密封通入压力较高和温度较低的第一道吹扫介质，以及分别向第二道填料密封和第二道吹扫介质，可阻挡高温易结焦的介质进入串联填料密封腔及其相关密封填料及弹性元件，保证串联密封腔内的密封填料及弹性元件的清洁和温度较低的操作条件，有益于保证填料密封及其弹性元件的操作性能，延长填料密封及其弹性元件的工作寿命；
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。
附图说明
图1是本发明一种四通球阀的外形图。
图2是本发明一种四通球阀的俯视图。
图3是本发明一种四通球阀的结构示意图。
图4是本发明图3的A-A向剖视图。
图5是本发明图3的B-B向剖视图。
图6是本发明一种高温球阀串联密封结构局部放大的剖视图。
图中所示附图标记为：
1-阀体部分，2-变速箱，3-电动执行机构，4-支架，12-阀套，13-出口密封套，14-阀芯，15-阀盖，16-阀杆，17-填料，18-填料压盖，19-入口密封套,11-0-阀体，11-1-阀体入口，11-2-阀体出口，12-0-密封腔，12-1-第一道密封吹扫口，12-2-密封分布环，12-3-一级密封填料，12-4-弹性元件，12-5-二级密封填料，12-6-压圈，12-7-第二道密封吹扫口，12-8-第一道密封吹扫通道，12-9-第二道密封吹扫通道。
图1-图6中，相同附图标记表示相同的技术特征。
具体实施方式
参见图1至图6，本发明一种高温球阀，图中所示为四通球阀，该高温球阀包括阀体部分1、变速箱2、电动执行机构3和支架4。其中阀体部分1由阀体11-0、阀套12、密封套13、阀芯14、阀盖15、阀杆16、填料17以及填料压盖18。所述阀芯14位于阀体11-0的内腔中，阀杆16与阀芯14固定连接成一体或一体化加工。阀盖15通过螺栓固定安装于阀体上部。支架4通过螺栓固定安装在阀盖15上。阀杆16从阀盖15的中心穿过，填料17设于阀杆16和阀盖15之间的填料函内，用填料压盖18压紧。
图中四通球阀设有一个阀体入口11-1和三个阀体出口11-2，阀体入口11-1位于阀体1的底部，阀体出口11-2位于阀体1的侧部。三个阀体出口11-2位于一个水平面上，以等角度均匀分布，相邻两个阀体出口11-2轴心线之间的夹角为120゜。其中，两个阀体出口11-2通过管道分别与两台焦炭塔相通，一个阀体出口11-2作为旁通接口。
两通球阀设有一个阀体入口11-1和一个阀体出口11-2，阀体入口11-1和一个阀体出口11-2均设置于阀体1的侧面，位于一个水平面上，阀体入口11-1和阀体出口11-2相对布置在同一轴线上（图略）。
本发明所述的球形阀芯是指与入口密封套19或出口密封套13相接触的部位呈球面的各种球形或部分球形阀芯。
对于四通球阀，阀芯14为球形阀芯，阀芯14内部设有流道，流道入口位于削平的球形阀芯14的底部，流道出口位于阀芯14的外侧面上。在流道入口外围的阀芯14球面与入口密封套19相接触，形成金属对金属硬密封。在流道出口外围的阀芯14球面与出口密封套13相接触，形成金属对金属硬密封。上述的密封面一般经过表面硬化处理，如：渗氮、镀铬、喷涂陶瓷、堆焊耐高温硬质合金等，可耐焦粉等固体颗粒磨损。
所述阀芯14与入口密封套19之间，以及阀芯14与出口密封套13之间的密封采用串联密封结构，所述串联密封结构由第一道密封吹扫口12-1、密封分布环12-2、一级密封填料12-3、弹性元件12-4、二级密封填料12-5、压圈12-6、第二道密封吹扫口12-7、第一道密封吹扫通道12-8和第二道密封吹扫通道12-9组成，阀芯14接触并压紧入口密封套19或出口密封套13的同时，向阀门入口或出口方向压紧一级密封填料12-3，并通过压圈12-6压紧弹性元件12-4和二级密封填料12-5，在弹性元件作用下，压圈向两端分别压紧一级密封填料12-3和二级密封填料12-5。所述密封分布环12-2、一级密封填料12-3、弹性元件12-4、二级密封填料12-5和压圈12-6安装在出口密封套13与阀套12之间的密封腔12-0内，对于入口，则为入口密封套19，结构相同。
所述出口密封套13与阀套12之间的密封腔，以及对于入口密封套19与阀套12之间的密封腔，均为由出口密封套13或入口密封套19与阀套12围成的不同直径环形间隙构成的空腔。
所述第一道吹扫介质，其与阀腔内介质操作压力和温度相比，第一道吹扫介质压力更高、温度较低，便于使第一道吹扫介质向阀腔内吹扫。
所述第一道密封与第二道密封之间可采用压差控制，使第一道吹扫介质的压力略高于阀腔内的介质压力，第二道吹扫介质的压力略高于第一道吹扫介质的压力。
第一道密封吹扫口12-1设置在与阀套12相邻的阀体11-0法兰外圆上，第一道密封吹扫口12-1通过第一道密封吹扫通道12-8将第一道吹扫介质通送至密封分布环，进而通入一级密封填料12-3，通入与阀腔内介质相适用的第一道吹扫介质，如：蜡油、白油或重柴油等，进行吹扫，第一道密封吹扫通道12-8由从阀体11-1法兰外圆面上开始的径向钻孔、阀体11-1内环面与阀套12外环面之间的环形间隙、以及阀套12上的钻孔组成。
第二道密封吹扫口12-7分别设置在入口和出口阀套12的法兰外圆上，第二道密封吹扫口12-7通过第二道密封吹扫通道12-9吹扫，第二道吹扫通道12-9由位于阀套12上从阀套法兰外圆面的径向钻孔以及沿轴向通往密封腔12-0的轴向钻孔组成，通过第二道吹扫通道12-9将第二道吹扫介质送至密封腔12-0处靠近二级密封填料12-5的压圈12-6与阀套12之间，可通入对密封腔12-0起保护作用的第二道密封介质，如：蒸汽、氮气或其它不易燃或阻燃的惰性气体。第一道密封与第二道密封之间可采用压差控制（图略），使第一道吹扫介质的压力略高于阀腔内的阀腔内介质压力，第二道吹扫介质的压力略高于第一道吹扫介质的压力。保证第二道吹扫介质充满在密封腔12-0内，进一步阻止阀腔内介质和第一道密封吹扫介质外漏。
对于两通球阀，流道入口和出口均位于球形阀芯14的侧面，两者相对布置在同一轴线上呈180゜，流道入口和出口外转的阀芯14球面分别与入口密封套19和出口密封套13相接触，形成金属对金属硬密封。上述的密封面一般为金属硬密封面，金属一般为堆焊耐高温硬质合金，可耐焦粉等固体颗粒磨损。（图略）。
两通球阀的串联密封结构与四通球阀类同，不再详述。
如图1所示本发明的四通球阀，其在正常使用时，阀芯14的入口始终与阀体入口11-1连通，阀芯14的出口交替地与三个阀体出口11-2中的任何一个连通(其中两个阀体出口11-2分别通过管道与相应的2座焦炭塔相通，另一个阀体出口11-2与旁路相通)，构成封闭的介质通道。参见图3。
本发明所述球阀为两通球阀时，其在正常使用时，两通球阀打开时，阀芯14的入口与阀体入口11-1连通，阀芯14的出口与阀体出口11-2连通，构成封闭的介质通道。两通球阀关闭时，阀芯旋转90度，阀芯入口与阀体入口11-1切断，阀芯出口与阀体出口11-2切断，使阀门关闭（图略）。
本发明高温球阀的串联密封结构在正常使用时，通过第一道密封吹扫口12-1通入与阀腔内介质相适用的第一道吹扫介质，通过第二道密封吹扫口12-7通入第二道吹扫介质，第一道吹扫介质与第二道吹扫介质之间可采用压差控制（图略），使第一道吹扫介质的压力略高于阀腔内介质的操作压力，通常维持压差0.05-0.1MPa,第二道吹扫介质的压力略高于第一道吹扫介质的压力，通常第二道吹扫介质压力高于第一道吹扫介质压力0.03-0.1MPa。

Claims (8)

1.一种高温球阀串联密封结构，其特征在于：所述阀芯与入口密封套之间，以及阀芯与出口密封套之间的密封采用串联密封结构，所述串联密封结构由第一道密封吹扫口、密封分布环、一级密封填料、弹性元件、二级密封填料、压圈、第二道密封吹扫口、第一道密封吹扫通道和第二道密封吹扫通道组成，阀芯接触并压紧入口密封套或出口密封套时，向阀门入口或出口方向压紧一级密封填料，并通过压圈压紧弹性元件和二级密封填料，压圈进而向两端分别压紧一级密封填料和二级密封填料，所述密封分布环、一级密封填料、弹性元件、二级密封填料和压圈安装在出口密封套与阀套之间的密封腔内，对于入口，则为入口密封套，结构相同。
2.根据权利要求1所述的一种高温球阀串联密封结构，其特征在于：所述位于阀芯流道入口外围的球面与入口密封套相接触，形成金属硬密封；所述位于阀芯流道出口外围的球面与出口密封套相接触，形成金属硬密封；所述金属硬密封，阀芯与出口密封套或入口密封套的接触面上为金属硬密封面，金属为堆焊耐高温硬质合金。
3.根据权利要求1所述的一种高温球阀串联密封结构，其特征在于：所述第一道密封吹扫口设置在与阀套相邻的阀体法兰外圆上，第一道密封吹扫口通过第一道密封吹扫通道将第一道吹扫介质通送至密封分布环，进而通入一级密封填料，通入与阀腔内介质相适用的第一道吹扫介质，第二道密封吹扫口分别设置在阀套的法兰外圆上，第二道密封吹扫口通过第二道密封吹扫通道将第二道吹扫介质送至密封腔处靠近二级密封填料的压圈与阀套之间，通入对密封腔起保护作用的第二道密封介质。
4.根据权利要求1所述的一种高温球阀串联密封结构，其特征在于：所述出口密封套与阀套之间的密封腔，以及入口密封套与阀套之间的密封腔，均为由阀套与密封套围成的直径不同的环形间隙构成的空腔。
5.根据权利要求1所述的一种高温球阀串联密封结构，其特征在于：所述第一道吹扫介质，其与阀腔内介质的操作压力和温度相比，第一道吹扫介质压力更高、温度较低。
6.权利要求1所述一种高温球阀串联密封结构的使用方法，其特征在于：通过第一道密封吹扫口通入与阀腔内介质相适用的第一道吹扫介质，与阀腔内介质的操作压力和温度相比，第一道密封吹扫介质压力更高、温度更低，使第一道密封吹扫介质经由第一道密封吹扫通道进入密封分布环、一道密封填料，然后向阀腔内吹扫；通过第二道密封吹扫口通入第二道吹扫介质，第二道吹扫介质经由第二道密封吹扫通道进入密封腔，然后分别向阀腔方向和阀体出口或入口方向吹扫；两道密封之间采用压差控制，第二道吹扫介质压力略高于第一道吹扫介质压力。
7.根据权利要求6所述的一种高温球阀串联密封结构的使用方法，其特征在于：所述两道密封之间采用压差控制，使第一道吹扫介质的压力略高于阀腔内的介质压力，第二道吹扫介质的压力略高于第一道吹扫介质的压力。
8.根据权利要求6或7所述的一种高温球阀串联密封结构的使用方法，其特征在于：所述第一道吹扫介质的压力略高于阀腔内介质的操作压力，维持压差0.05-0.1MPa；第二道吹扫介质的压力略高于第一道吹扫介质的压力，通常第二道吹扫介质压力高于第一道吹扫介质压力0.03-0.1MPa。
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