高压大型快速开关盲板.pdf

张玉明等:高压大型快速开关盲板
高压大型快速开关盲板
张玉明雒定明施明刘文彭宛
中国石油築团工程设计有服责任公司西南分公司
摘要:高压大型快升富板因安全可靠性要求高,结构设计和强度计算复杂,809%需要从国外引进。为此自主研
发了高压卡箍型快开官板和高压大型压力环式快开盲板,通过分析传统快开育板的缺点,优化了材料选择、结构设计
与工艺,在大尺す球面机械加エ、关键零部件婷接变形控制、大件小直径深孔钻、长距离同心扎削加工、“锁环”
机槭加エ方面形成关键技术;装备性能可靠、先进,达到国际领先水平,可节约造价20%30%,满足了我国大型
特大型油气工程的需要。
关键词:快开亩板;高压;大型;结构设计;工艺
DO:10.3969/jiss02~302x.2015:21.026
中图分类号:TE96;TE97文献标识码:A
快开盲板是一种用于压力管道或压力容器园形开
压力环快开盲板的连接环为“C”形整体结构,“C
口上实现快速打开或关闭的承压部件和机械装置",是缺口处有一组特殊连杆组成的开闭机构,正反方向旋
油气行业集输、长输和天然气处理厂的关键设备,也
转其中手柄,使“C”形锁环收缩和张开,控制头盖与
泛应用到化工、建材、竣工、医疗、造纸等领域以。快筒体法兰的连接,实现头盖的快速开启和关闭。与其
开盲板受国家法规 TSG RO(004《固定式压力容器安全他盲板相比、这种快开盲板开闭速度快,操作最为轻便。
技术监察规程》的管辖、其设计计算复杂,国内一般1.2传统怏开盲板缺点
制造厂很难自主研发。近年来,在西气东输等国家大
卡箍型快开盲板的结构设计及制造工艺都非常复杂。
型工程运用的高压、大口径快开盲板,有80%以上需首先,开闭机构的设计既要照顾转臂机构的结构尺寸及大
要从国外引进,噬需自主研发大型快开育板,以满足小,又要配合好卡箍开闭时的活动范;其次,主要承压
国内天然气能源工业迅猛发展和实际工程的需要。
部件焊接以后,需进行校形及热处理,热处理后还要二
次精加工,加工中需要大型带锯床、落地镗、立车及各种
1结构及工作原理
工装,加工难度、复杂程度超过了所有其他类型育板。因
快开盲板一般由筒体法兰、头盖、勾圈或卡箍、此制造成本高,卡箍型快开盲板需要3个大型锻件。
短节、安全连锁机构、开闭机构、转臂等部件构成。
压力环快开盲板的主要问题:一是头盖的平板结构受
按主要受压元件之间的连接形式和应用情况,可分牙力情况非常不好,也很难进行精确强度计算;二是若为立
嵌型快开盲板、卡箍型快开盲板、插口型快开盲板和式结构,育板上面头盖处容易沉积风沙、灰尘、雨水,使
锁环型(压力环)快开盲板等经典结构。
盲板不易开启;三是不适宜小规格盲板,外观不是很协调
1.1工作原理
卡箍型快开育板通过卡箍的松开或箍紧,控制头2高压卡箍型快开盲板和高压大型压力
盖与筒体法兰的连接,从而实现盲板快速开启或关闭
环式快开盲板研究
卡箍的收缩与扩张通过铰链、丝杠、丝母完成。密封2.1材料选择
结构为强制性平面密封。
快开盲板有头盖、筒体法兰、卡箍(头盖与筒体
基金项目:中国石油集团工程设计有限责任公司科学研究与技术开发项目“高压大型快速开关盲板技术研究”(编号
KY-20)11-21)。
获奖情况:“高压大型快速开关盲板技术研究”2014年分别获中国施工企业管理协会科技创新成果一等奖、中国石油和化
学工业联合会科技进步二等奖。
获专利情况:“快开盲板液压开机构及开闭方法”(专利号:ZL20131013703)、“一种新型固定压力环式快开官板
及其开闭方法”(专利号:ZL201310131854.9)获国家发明专利
第一作者简介:张玉明,1985年生,工程师,硕士,从事石油天然气化工设备设计和应カ分析工作。电话:028-8297
mail:zhangyumsw(@cnpc.com.cn
sはなははには5はンは22015年增刊?石油科技论坛89
自主创新重要产品
法兰之间的连接件,不同型式的盲板其结构也不同)开启时,摘下橡胶圈,向上提拉挤斥环,然后操作开闭机构
3个主要承压件,高压快开官板主要承压件材料选择一使锁环收紧,即可打开快开育板。此方案最大优点是锁环
般应考虑国内钢材现有水平、常见的高压工况、成熟完全被限制,头盖在关闭状态下,锁环无法移动,强行隊
的常用材料、较高的性价比等因素,综合分析后,
止失稳,保证了快开盲板在承压状态下绝对安全可靠:优
別考虑以16Mn锻件和A694-F70(ASTM标准中低合点之二是保证了快开盲板头盖周边的密封,可防止风沙
金高强钢)作为卡箍型和压力环式快开自板的材料。
尘土、雨水等垃圾侵入;优点之三是头盖内外均为球面,
2.2结构设计
头盖受力状态良好,且造型美观;优点之四是安全连锁与
2.2.1PN3 OMPADN300高压卡箍型式开盲板
声光报警联动装置可进行压力报警。
(1)主体结构设计。设计要点:①必须保证卡箍
与头盖及筒体法兰之间的啮合面斜角B≤自锁角;2
橡胶封
经计算确定啮合齿厚度后,选择啮合齿深度十分重要,
挤压环
适宜的宽度可降低啮合齿根处的弯曲应力;③因快开
锁环
盲板主要失效形式为“刚度失效”而非“强度失效
所以保证啮合齿强度的同时,还必须进行刚度校核。
2)开闭机构结构设计。开闭机构结构关系到快
图2P12 Mpa DN1200快开盲板结构优化
开育板的使用性能,好的开闭机构可使肓板开闭灵活、
安全连锁机构
像声光报警器
使用简单、操作顺畅、省力省时等。如图1所示,支
座的上下卡板通过连接螺栓,将丝母两側短轴夹在中闭机构组供
女架底饭
问,上下卡板之间有“Z”形止口,可以横向精确定位
图
该结构的优点之一是可靠性好,在头盖开启过程中
卡箍的质量由16个螺栓(4个支座,每个支座4个螺栓
小直径深孔
承担,十分安全可靠;优点之二是轴孔公差加工时容
易控制,不存在装配超误差问题,盲板开闭过程中(转
图3PN2 MPADN1200快开盲板设计方案
动丝杠时)没有拖延现象(松动现象),也没有卡箍2.3结构计算
下沉情况出现;优点之三是定位准确,可以精确控制
PN30 MPA N300高压卡箍型式开育板分别通过自
轴的二维装配公差;优点之四是便于加工
锁角计算、转臂尺寸计算、丝杠支持板间距计算、对
文架上膜
Z"”形止「门
外连接尺寸计算等强度计算得到总体尺寸,再利用有
限元分析校核和优化相关参数,最后得到最终规格。
P12 MPA DN1200快开盲板分别通过转臂相关尺寸
计算、锁环尺寸计算、对外接口尺寸计算等强度计算
义架下膜
得到总体尺寸,并同样利用有限元分析校核和优化相
关参数得到最终规格。
图1开闭机构结构图
2.4工艺要点
3)转臂机构结构设计。①尽量缩短转横向尺2.4.1PN3 OMPADN300高压卡箍型式开盲板
寸和和纵向尺寸,降低头盖开启时因头盖重力而使转
(1)在严格控制头盖、筒体法兰及卡箍的啮合齿
产生的较大扭矩和弯矩;②可采用箱体结构増大转臂刚轴向尺寸精度的基础之上,对卡箍实行先焊接、后分割
度,避免头盖开启过程中因重心偏离而产生过渡的头盖的工艺,即先焊接卡箍的铰接接