高温管道控制阀温度场分析

乔冠超 兰勇军 占凯丰 柳雅玉

(上海亚奥阀门有限公司,上海201502)

1 概述

近年来随着科学技术水平的不断提高阀门在高温和低温环境下的应用越来越广泛，但是在使用过程中如何针对高温工况阀门的受热温度及使用情况进行预防和改进是一直困扰设计人员的。

2 分析

高温阀盖一般采用加长的方式，其目的是为了保护填料的密封性及操作的安全性，加长阀盖设计的温度分布呈阶梯型向上递减传导（详见加长阀盖图），加长高度越高填料部位温度越低。因此中设计时可以根据填料的使用温度范围，确定阀盖的加长高度，能够满足阀门性能的前提下，节约成本。

3 分析实例

以闸阀为例：闸阀阀盖温度场分析。

模拟条件为：

（1）介质温度：550℃；

（2）阀盖材料：CF8阀盖材；

（3）热导率：16W/(m.K)；

（4）比热：500J/(kg.K)；

（5）质量密度：8000kg/m3；

（6）模型类型：线性弹性同向性。

具体分析部位步骤如图1-5。

图1 阀盖模型

现在以闸阀NPS 12-Class 300的阀盖为例我们针对阀盖加长高度100mm、200mm、300mm、400mm时温度对阀门填料部位温度的影响进行了有限元分析，见图6-9。

图2 (分析标记平面温度)

图3 加载温度(550℃)

图4 散热表面

图5 网格化

图6 (加长100mm闸阀阀盖)

图7 (加长200mm闸阀阀盖)

图8 (加长300mm闸阀阀盖)

图9 (加长400mm闸阀阀盖)

我们根据加长高度的闸阀阀盖为例进行了有限元分析具体分析结果见表1-4。

表1 阀盖加长100mm时,填料底平面温度

表2 阀盖加长200mm时,填料底平面温度

表3 阀盖加长300mm时,填料底平面温度

表4 阀盖加长400mm时,填料底平面温度

阀盖加长不同高度时填料底部的温度对比：

（1）阀盖加长100mm：填料底部平均温度为354.8 ℃；

（2）阀盖加长200mm：填料底部平均温度为236.8 ℃；

（3）阀盖加长300mm：填料底部平均温度为159.2 ℃；

（4）阀盖加长400mm：填料底部平均温度为109.1 ℃；随着阀盖高度的变化，填料底部温度也会变化。

阀盖加长200mm比加长100mm，填料底部温度明显降低（温度差为118℃）。

阀盖加长300mm比加长200mm，填料底部温度降低（温度差为77.6 ℃）。

阀盖加长400mm比加长300mm，填料底部温度降低（温度差为50.1 ℃）。

4 结论

由上对比可知：阀盖加长越高，填料部位的温度越低；但是温度降低的速率是递减的。

SHELL MESC SPE 77/212里规定温度为550℃时，NPS12-Class300的加长高度为375mm，填料部位的温度在109℃～159℃之间；那么是不是可以认为高温阀门填料部位的温度在150℃以下是比较合理的（当然也要考虑填料的材质）。