固定式钛球阀的设计与研制

钛以其良好的机械性能及优异的耐蚀性，广泛应用于化工、医药卫生，制盐、氯碱、航空等领城。在化工方面主要用作压力容器，输送管线及泵阀。其中铁制固定式球阀，以其良好的密封性，优异的耐蚀性能及适应高的工作压力等特点，广泛应用于石油、化工行业。目前，国内没有固定式钛球阀，只有浮动式钛球闷，在世界上只有美国、德国、日本等少数国家可以生产固定式钛球阀，为了满足石化行业使用工作压力高、密封性好、具有良好的耐蚀性等要求，拓宽钛材的使用范围，进行了固定式钛球阀的设计与研制．研制出了 DN80，DN50，DN40，DN25，且使用压力高达 9.8MPa 的固定式钛球阀，填补了国内空白，为批量生产奠定了基础，为大型石化企业耐腐蚀设备的国产化改造提供了技术及物质保证。

本文阐述固定式钛球阀的设计计算过程，主要研制工艺及其特点。

1 设计与研制

1.1 设计计算

1.1.1 设计技术参数

工作介质：醋酸；

使用温度：225℃；

设计压力：9.8MPa；

公称通径：80mm。

1.1.2 材料选择

根据使用温度及醋酸的浓度，查知钛的腐蚀率为 ＜0.127mm/a，和耐蚀不锈钢及其它有色金属相比，选择 TA2即符合使用条件；根据使用的工作压力，为了保证其结构强度，选择 TA2 锻造件；根据使用温度、工作压力，选择柔性石墨和浸锑石墨做密封材料。

1.1.3 设计计算

（1）阀体壁厚的设计

采用公式：SB=DN(K0-1)/s＋C，计算结果为 16 mm

（2）阀盖与阀体之间联接螺栓的选择

根据使用压力，选择 1Cr18Ni9Ti 螺栓，选取 M30mm×55mm 的螺栓 8 个即可满足强度要求。

根据公式算得进、出口法兰盖与阀体之间连接螺栓用 M30mm×45mm 的 1Cr18Ni9Ti 螺栓 8 个，即可满足强度要求。

1.2 技术关键

由于使用压力高达 9.8MPa，因此，密封及承压是技术关键，在研制过程中，采用了 3 项措施，解决了这一关键技术问题。

① 保证球体与上下球杆的同轴度；

② 保证上下球杆与 Φ80mm 通孔的垂直度；

③ 保证球面粗糙度。

通过设计专门的工装胎具及加工与密封工艺，达到了密封与承压目标，一次试较成功。

1.3 结构特点

钛制固定式球阀与浮动式球阀相比具有以下 3 个特点。

（1）在密封原理上，采用后密封。

（2）适用于高压、粘稠液体。

普通的浮动式钛球阀在高压时不可靠，在介质为粘稠液体时，球与密封环之间微小的浮动间隙易造成堵塞，从而使阀门启闭困难或失去密封作用。而采用固定式钛球阀，因使用了弹簧，使密封环与球体始终保持紧密接触，利用高压介质达到良好密封的效果。

（3）采用线密封

普通浮动式钛球阀的球体与密封环之间为球面密封，其单位面积上的密封比压小，且在高压时，微观面上的凸凹点易引起泄漏，达不到密封要求。而固定式钛球阀其球体与密封环之间采用线密封，增加了单位面积的密封比压，且压力越高，密封的效果越好，从而保证了高压工作的可靠性。

2 结论

（1）设计研制的固定式高压钛球阀，满足了石化工业的需要，使用情况良好。

（2）固定式高压钛球阀具有高压使用可靠、密封良好等特点。

（3）设计研制的固定式高压钛球阀，在技术水平上属国内领先，且达到了国际同类产品水平。