管线球阀自泄式阀座与双活塞效应阀座的分析

 1 概述

 在管线球阀中，通常采用两种型式的软密封阀座结构，一种是自泄式阀座，另一种是双活塞效应阀座。传统的固定式球阀一般采用自泄式阀座。近年来，双活塞效应阀座也越来越多地应用于管线固定球阀中。

 2 自泄式阀座

 自泄式阀座（图1）又称为上游密封自动泄压式阀座。上游密封是指阀门使用时靠上游阀座起密封作用，当管道内为低压力或无压力时，通过阀座背面设置的弹簧提供初始密封预紧力从而保证在此状态下的密封性能。当管道内为正常压力时，通过介质压力将上游阀座推向球面而形成密封。自动泄压（图2）是指阀门中腔压力升高（按API6D规定，通常为高于公称压力的1.33倍） 时，中腔压力反推阀座，压缩预紧弹簧，使阀座脱离球面形成泄放通道，从而保证中腔压力顺利泄放至管道内，避免了中腔异常升压带来的安全隐患。自泄式阀座可用于任何状态的介质，不会出现不稳定介质在阀腔内发生化学变化或相态变化而引起的异常升压。因为正常工作时只有一侧阀座起密封作用，故阀门的操作力矩相对较低。此结构技术成熟，制造简单。由于自泄式阀座只有上游阀座起密封作用，因此当上游阀座损坏时，阀门密封性能就会受到影响，此时必须将阀门安装方向调转180°才能继续使用。

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图1 自泄式阀座

图2 阀座泄压

 3 双活塞效应阀座

 双活塞效应阀座（图3）又称为双密封阀座，通常用于天然气和城市燃气等领域，其特点在于无论球阀前后的压差大小，阀门每一端或者阀门中腔都能独立承担全压差密封，而且能保证上下游同时密封，确保连续无泄漏。

图3 关闭状态的双活塞效应阀座

 当球体前压力（管道内压力）为P1，球体后压力（中腔压力）为P2，则阀座组件受贴紧球面的正推力TZ和脱离球面的反推力TF为

 式中

    P₁———球体前压力（ 管道压力） ，MPa

    P₂———球体后压力（ 中腔压力） ，MPa

    T₃———弹簧力，N

    D_M———阀座密封面直径，mm

 当D_M＞D₂，T₂作用面积＞T_F作用面积，则T₂＞T_F，再加上T₁及T₃，所以正向总推力大于反向推力，故阀门无论在何种状态下，即使无管道压力（下游） 该结构都能保证阀座紧贴球面达到密封。由于管道作用力D₁与D_M的面积差和中腔作用力的DM与D2的面积差使阀座产生的运动类似于活塞运动，故此种阀座结构称为双活塞效应阀座。

 双活塞效应阀座在工作时上下游阀座同时起密封作用，可以保证在任何一端阀座损坏时，另一侧阀座同样能单独起到密封作用。所以，若采用双密封阀座，可大大延长阀门的使用寿命。通常情况下，上游端阀座的损坏几率远大于下游阀座。由于双活塞效应阀座的上游阀座存在一定泄漏时，下游阀座可以将此部分泄漏的介质完全阻断，因此，密封性能更加可靠。

 双活塞效应阀座不具备自动泄压功能，所以在不增加额外泄放装置时，如果中腔压力异常升高，其压力得不到泄放，对阀门的安全性会造成一定的影响。因此双活塞效应阀座通常只能使用于稳定的气态介质（天然气、空气、氮气、惰性气体等）中，液态介质、冷凝介质及不稳定的气态介质输送时，必须在阀腔上设置压力泄放装置。由于双活塞效应阀座在工作时是两侧阀座同时压紧球体，因此操作力矩大于采用自泄式阀座的球阀。

 4 结语

 自泄式阀座与双活塞效应阀座通过合理设计都能保证其密封性，且每一侧均都承受管道全压差。由于两种阀座的工作原理及受力状态不同，可以根据不同的需要选择。对于输送油品的管线，建议采用自泄式阀座结构。