高溫管道控制閥溫度場分析

喬冠超 蘭勇軍 占凱豐 柳雅玉

(上海亞奧閥門有限公司,上海201502)

1 概述

近年來隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高閥門在高溫和低溫環(huán)境下的應(yīng)用越來越廣泛，但是在使用過程中如何針對高溫工況閥門的受熱溫度及使用情況進(jìn)行預(yù)防和改進(jìn)是一直困擾設(shè)計(jì)人員的。

2 分析

高溫閥蓋一般采用加長的方式，其目的是為了保護(hù)填料的密封性及操作的安全性，加長閥蓋設(shè)計(jì)的溫度分布呈階梯型向上遞減傳導(dǎo)（詳見加長閥蓋圖），加長高度越高填料部位溫度越低。因此中設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)填料的使用溫度范圍，確定閥蓋的加長高度，能夠滿足閥門性能的前提下，節(jié)約成本。

3 分析實(shí)例

以閘閥為例：閘閥閥蓋溫度場分析。

模擬條件為：

（1）介質(zhì)溫度：550℃；

（2）閥蓋材料：CF8閥蓋材；

（3）熱導(dǎo)率：16W/(m.K)；

（4）比熱：500J/(kg.K)；

（5）質(zhì)量密度：8000kg/m3；

（6）模型類型：線性彈性同向性。

具體分析部位步驟如圖1-5。

圖1 閥蓋模型

現(xiàn)在以閘閥NPS 12-Class 300的閥蓋為例我們針對閥蓋加長高度100mm、200mm、300mm、400mm時(shí)溫度對閥門填料部位溫度的影響進(jìn)行了有限元分析，見圖6-9。

圖2 (分析標(biāo)記平面溫度)

圖3 加載溫度(550℃)

圖4 散熱表面

圖5 網(wǎng)格化

圖6 (加長100mm閘閥閥蓋)

圖7 (加長200mm閘閥閥蓋)

圖8 (加長300mm閘閥閥蓋)

圖9 (加長400mm閘閥閥蓋)

我們根據(jù)加長高度的閘閥閥蓋為例進(jìn)行了有限元分析具體分析結(jié)果見表1-4。

表1 閥蓋加長100mm時(shí),填料底平面溫度

表2 閥蓋加長200mm時(shí),填料底平面溫度

表3 閥蓋加長300mm時(shí),填料底平面溫度

表4 閥蓋加長400mm時(shí),填料底平面溫度

閥蓋加長不同高度時(shí)填料底部的溫度對比：

（1）閥蓋加長100mm：填料底部平均溫度為354.8 ℃；

（2）閥蓋加長200mm：填料底部平均溫度為236.8 ℃；

（3）閥蓋加長300mm：填料底部平均溫度為159.2 ℃；

（4）閥蓋加長400mm：填料底部平均溫度為109.1 ℃；隨著閥蓋高度的變化，填料底部溫度也會變化。

閥蓋加長200mm比加長100mm，填料底部溫度明顯降低（溫度差為118℃）。

閥蓋加長300mm比加長200mm，填料底部溫度降低（溫度差為77.6 ℃）。

閥蓋加長400mm比加長300mm，填料底部溫度降低（溫度差為50.1 ℃）。

4 結(jié)論

由上對比可知：閥蓋加長越高，填料部位的溫度越低；但是溫度降低的速率是遞減的。

SHELL MESC SPE 77/212里規(guī)定溫度為550℃時(shí)，NPS12-Class300的加長高度為375mm，填料部位的溫度在109℃～159℃之間；那么是不是可以認(rèn)為高溫閥門填料部位的溫度在150℃以下是比較合理的（當(dāng)然也要考慮填料的材質(zhì)）。