駱云松

（河北馳潤(rùn)石油化工機(jī)械設(shè)備科技有限公司，河北 石家莊051430）

1 概述

液氯移動(dòng)罐車為液氯陸路運(yùn)輸專用移動(dòng)式壓力容器，是指用以充裝液氯并可運(yùn)輸?shù)膲毫θ萜?，此類容器沒有固定的使用地點(diǎn)和操作人員，使用環(huán)境經(jīng)常變化，且液氯具有強(qiáng)烈的刺激作用、強(qiáng)腐蝕性,且性質(zhì)活潑，與其它易燃?xì)怏w在日光下混合時(shí)易發(fā)生燃燒和爆炸，從發(fā)生事故的可能性及造成的后果來看，危險(xiǎn)性較大。液氯罐車緊急切斷閥作為液氯移動(dòng)罐車的緊急切斷設(shè)備，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制造單位較少、品質(zhì)較差、使用壽命較低，造成液氯移動(dòng)罐車的緊急切斷閥更換較為頻繁，且在運(yùn)輸過程中存在諸多安全隱患?；谝陨?，設(shè)計(jì)并開發(fā)新型液氯移動(dòng)罐車緊急切斷閥（以下簡(jiǎn)稱緊急切斷閥）的任務(wù)緊迫且意義十分重大。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該緊急切斷閥通過法蘭連接安裝于液氯移動(dòng)罐車頂部閥門箱內(nèi)，為液氯移動(dòng)罐車裝卸系統(tǒng)管路的控制閥門，要求閥門具備緊急切斷功能、節(jié)流截止功能、過流保護(hù)功能，且其緊急切斷部位應(yīng)采用液壓控制。移動(dòng)罐車為危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛，其整體高度尺寸受限于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的限制，所以要求緊急切斷閥具有合理的外形尺寸。液氯移動(dòng)罐車設(shè)置有氣、液兩路管道，且都安裝有相同公稱尺寸的緊急切斷閥，由于其氣相管路在罐內(nèi)介質(zhì)液面之上，緊急切斷閥裝入罐車內(nèi)部的長(zhǎng)度將直接影響罐內(nèi)液氯的裝載體積，所以要求該緊急切斷閥的結(jié)構(gòu)要相對(duì)緊湊。

2.1 設(shè)定參數(shù)

壓力等級(jí)：PN25

公稱尺寸：DN50

最大流量：45m3/h±10%

切斷時(shí)間：＜5s

驅(qū)動(dòng)方式：液壓

2.2 兩位一體結(jié)構(gòu)

緊急切斷閥采用兩位一體結(jié)構(gòu)，閥體通道采用角式結(jié)構(gòu)，上部為節(jié)流截止控制結(jié)構(gòu)，下部為緊急切斷結(jié)構(gòu)，通過兩位一體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可大大提高閥門的整體空間利用率，能夠在保證不影響液氯移動(dòng)罐車高度的情況下運(yùn)行所要求的節(jié)流截止及緊急切斷功能。考慮到閥門使用過程中液氯為油狀易在閥瓣密封面處殘留而降低密封性，因此上、下閥瓣采用錐形密封面(圖1)有利于介質(zhì)沖刷防止污物殘留，即，提高閥瓣的密封面使用壽命。

2.3 緊急切斷結(jié)構(gòu)

圖1 錐形密封面

為了減少緊急切斷閥裝入罐體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，采用了緊湊型的緊急切斷結(jié)構(gòu)。緊急切斷結(jié)構(gòu)的打開/關(guān)閉操作采用外裝于緊急切斷閥閥體外部的帶有易溶塞的油缸結(jié)構(gòu)進(jìn)行液壓式驅(qū)動(dòng)。緊急切斷結(jié)構(gòu)的復(fù)位彈簧采用圓柱螺旋彈簧推動(dòng)閥瓣快速切斷的結(jié)構(gòu)保證快速緊急切斷，事故狀態(tài)下緊急切斷時(shí)，可通過人工進(jìn)行操作油缸泄壓或遇火災(zāi)突發(fā)情況下油缸易溶塞融化進(jìn)行泄壓，油缸結(jié)構(gòu)活塞桿的推力失效，下閥桿和閥瓣在彈簧力下向下閥體密封面移動(dòng)，閥瓣迅速切斷。除此之外，當(dāng)進(jìn)行卸車操作時(shí)液氯由罐體內(nèi)部通過緊急切斷閥流出，若流速過快易造成事故的發(fā)生。采用安裝在下閥瓣背部的過流彈簧（圓錐螺旋彈簧）通過介質(zhì)流量自由控制閥瓣開度。當(dāng)流速過快超過預(yù)定流速時(shí)介質(zhì)在下閥瓣所施加的流動(dòng)壓力大于過流彈簧所施加于閥瓣的力，使得下閥瓣向下閥體密封面處移動(dòng)，閥瓣開度減小或關(guān)閉。

2.4 先導(dǎo)小閥瓣輔助開啟功能

緊急切斷閥的緊急切斷結(jié)構(gòu)在下閥瓣處采用先導(dǎo)小閥瓣結(jié)構(gòu)，當(dāng)油缸活塞桿推動(dòng)外撥桿，外撥桿帶動(dòng)橫軸及內(nèi)撥桿轉(zhuǎn)動(dòng)將下閥桿壓下，由于下閥瓣與小閥瓣與介質(zhì)接觸面積不同，使得小閥瓣所受介質(zhì)作用力小于下閥瓣進(jìn)而小閥瓣先于下閥瓣開啟，小閥瓣開啟后介質(zhì)由小閥瓣進(jìn)入閥體內(nèi)部，從而下閥瓣內(nèi)外壓均衡，后在復(fù)位癱瘓的推動(dòng)下,下閥瓣打開，即,減小了下閥瓣開啟所需的下壓作用力。

2.5 上閥桿集成波紋管結(jié)構(gòu)

緊急切斷閥上部節(jié)流截止控制結(jié)構(gòu)的上閥桿集成有波紋管結(jié)構(gòu)，并通過與閥桿、閥蓋處的填料配合組成了該部的雙保險(xiǎn)密封保護(hù)，大大提高了閥門的密封性能及使用壽命。

3 工作原理

當(dāng)閥門需要開啟時(shí)，使用安裝于液氯罐車的液壓泵向緊急切斷閥油缸處加壓進(jìn)而使得活塞桿推動(dòng)外撥桿，外撥桿帶動(dòng)橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)內(nèi)撥桿轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)撥桿的轉(zhuǎn)動(dòng)作用于下閥桿向下移動(dòng)，使得小閥瓣、下閥瓣依次打開，后轉(zhuǎn)動(dòng)上部手輪使上閥瓣開啟，閥門全部開啟。當(dāng)閥門需要緊急切斷時(shí)通過液壓泵泄壓或遇火災(zāi)使得油缸處的易溶塞融化泄壓，油缸活塞桿作用力失效，在緊急切斷結(jié)構(gòu)的復(fù)位彈簧的作用下下閥桿向上移動(dòng)，從而使得下閥瓣緊急關(guān)閉，后轉(zhuǎn)動(dòng)上部手輪使上閥瓣關(guān)閉，閥門全部關(guān)閉。

4 設(shè)計(jì)計(jì)算

由于該緊急切斷閥上部結(jié)構(gòu)與常規(guī)截止閥的結(jié)構(gòu)較為相似，因此該部分的計(jì)算內(nèi)容不做相關(guān)贅述。這里僅介紹閥體壁厚、下閥瓣密封面總作用力及計(jì)算比壓。

4.1 閥體壁厚計(jì)算

根據(jù)GB/T 12224-2005《鋼制閥門 一般要求》主要進(jìn)行閥體通道處最小壁厚計(jì)算及閥體中腔處最小壁厚計(jì)算。

4.1.1 閥體通道處最小壁厚計(jì)算

式中tB——閥體通道實(shí)際壁厚；tB1——閥體中腔實(shí)際壁厚;t'B——閥體通道計(jì)算壁厚;t'B1——閥體中腔計(jì)算壁厚;PN——公稱壓力;d ——管口進(jìn)口端最小內(nèi)徑（可為DN90%）;d''——用于確定中腔壁厚的直徑（2/3d'）;d' ——中腔最大直徑;K——系數(shù);S0——應(yīng)力系數(shù)（取48.3）;c1——附加裕量。

4.2 下閥瓣密封面總作用力及計(jì)算比壓

該緊急切斷閥下閥瓣處采用錐面密封結(jié)構(gòu)，且下閥瓣在關(guān)閉狀態(tài)下會(huì)受到復(fù)位彈簧、過流彈簧及介質(zhì)的作用力，在實(shí)際設(shè)計(jì)及計(jì)算時(shí)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行全面分析考慮。

式中FMZ——密封面上總作用力;FMJ——密封面上介質(zhì)作用力;DMN——密封面內(nèi)徑;bM——密封面寬度;α ——密封面錐半角;PN ——設(shè)計(jì)壓力;FMF——密封面上密封力;DMN——密封面外徑;f ——密封面摩擦因數(shù);q ——密封面計(jì)算比壓;qMF——密封面必須比壓;[q]——密封面許用比壓;F——彈簧作用合力。

5 最大流量折算和試驗(yàn)方法

該緊急切斷閥的最大流量試驗(yàn)介質(zhì)為水，由于液氯與水的密度和黏度不同，所以經(jīng)試驗(yàn)得出的結(jié)果不能直接判定為實(shí)際工況下液氯的實(shí)際流量，需通過相關(guān)換算公式計(jì)算后才可得到真實(shí)結(jié)果。本折算方法通過水作為緊急切斷閥最大流量試驗(yàn)的試驗(yàn)介質(zhì)，并通過水與液化石油氣最大流量換算公式、液化石油氣與其他介質(zhì)最大流量換算公式推導(dǎo)得出水與液氯的最大流量折算公式。

5.1 試驗(yàn)介質(zhì)

水和粘度與水近似的礦物油。

5.2 液化石油氣流量與試驗(yàn)介質(zhì)流量的折算

5.3 其他介質(zhì)與液化石油氣額定流量的折算

5.4 將5.2 和5.3 公式整理解得其他介質(zhì)與水最大流量的折算公式

5.4 試驗(yàn)方法與裝置

試驗(yàn)前開啟緊急切斷閥上閥瓣，將試驗(yàn)閥安裝于試驗(yàn)裝置。以泵向穩(wěn)壓罐內(nèi)充氣壓打開閥5，將介質(zhì)引向試驗(yàn)閥。此時(shí)閥8關(guān)閉，使試驗(yàn)閥后形成一個(gè)封閉空間。緊急切斷閥的下閥瓣前后均壓，開啟下閥瓣。然后逐漸開啟閥8，流量隨之上升，至下閥瓣自行關(guān)閉，記下關(guān)閉前瞬間的最大流量。開啟閥8 的速度應(yīng)緩慢且恒定。重復(fù)試驗(yàn)三次，流量均應(yīng)在Qmax的±10%范圍內(nèi)。

6 結(jié)論

由于該緊急切斷閥安裝于液氯移動(dòng)罐車，因此對(duì)閥門的安裝空間和整體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度提出了相關(guān)限制要求，在充分研究移動(dòng)罐車緊急切斷閥國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，采用新型緊湊式緊急切斷結(jié)構(gòu)，將復(fù)位彈簧與過流彈簧直接集成于閥體內(nèi)部，有效降低了閥門的高度及罐體裝入量。完成緊急切斷結(jié)構(gòu)處的過流保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，解決了介質(zhì)流速過快下的應(yīng)急保護(hù)問題。同時(shí)外裝油缸帶有高溫保護(hù)易溶塞，解決了突發(fā)火災(zāi)事故時(shí)的自動(dòng)泄壓關(guān)閉問題，實(shí)現(xiàn)了高溫狀況下的自動(dòng)緊急關(guān)閉功能。通過上閥桿集成波紋管設(shè)計(jì)及閥瓣錐形密封設(shè)計(jì)，有效提高了閥門的密封性能，延長(zhǎng)了閥門的使用壽命。通過研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的液氯移動(dòng)罐車專用緊急切斷閥，掌握了移動(dòng)罐車緊急切斷閥的核心技術(shù)，滿足國(guó)內(nèi)?；愤\(yùn)輸?shù)陌踩枨蟆?/p>