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化工裝置常用金屬閥門類型及選用分析

閥門是管道系統中的重要部件,在化工裝置中應用*廣泛的是金屬閥門。閥門的作用主要是用于啟閉、節流和保障管道及設備的運行。所以正確合理地選用金屬閥門對工廠及流體控制系統具有重要的作用。隨著越來越多的引進裝置進入國內,API閥門已經得到廣泛應用,本文僅以API黑色金屬閥門為分析對象。
 
一、閥門的類型及用途
 
工程上閥門種類很多,由于流體的壓力、溫度和物理化學性能的不同,所以對流體系統的控制要求也不相同,其中閘閥截止閥(節流閥,針型閥)、止回閥、旋塞閥、im体育官网、蝶閥和隔膜閥在化工裝置中應用*廣泛。
 
1.1 閘閥
一般用于控制流體的啟閉,流體阻力小,密封性能好,介質的流向不受限制,開閉所需外力較小,結構長度較短。
閥桿有明桿和暗桿之分,明桿式閘閥適用于腐蝕介質,在化工工程上基本使用明桿式閘閥。暗桿閘閥主要用于水道上,多用于低壓、無腐蝕性介質的場合,如一些鑄鐵和銅閥門。閘板的結構形式包括楔式閘板、平行式閘板。
楔式閘板有單閘板,雙閘板之分。平行式閘板多用于油氣輸送系統,在化工裝置中不常用。
 
1.2 截止閥
主要作切斷用。截止閥流體阻力大,啟閉力矩大,而且有流向要求。截止閥與閘閥相比主要有如下優點:
(1)在開閉過程中密封面的摩擦力比閘閥小,耐磨。
(2)開啟高度比閘閥小。
(3)截止閥通常只有一個密封面,制造工藝好,便于維修。
截止閥和閘閥一樣也有明桿和暗桿之分,在此不再贅述。根據閥體結構不同截止閥有直通式、角式和Y型。直通式應用*廣泛,角式用于流體流向90°變化的場合。
另外節流閥和針形閥也屬截止閥一類,比普通截止閥調節功能強。
 
1.3 止回閥
止回閥又稱單向閥,用于防止流體逆向流動,所以安裝止回閥時,應注意介質的流動方向應與止回閥上的箭頭方向一致。止回閥的類型非常多,且各個制造商有不同的產品,但是從結構上主要分為旋啟式和升降式。旋啟式止回閥主要包括單瓣型和雙瓣型。
 
1.4 蝶閥
蝶閥可用于帶有懸浮固體的液體介質的啟閉和節流,流體阻力較小、重量輕,結構尺寸小,啟閉迅速,適用于大口徑管道上。蝶閥有一定調節功能,可以運送漿體。由于以往的加工工藝落后,蝶閥一直用在水系統上,而很少用在工藝系統上,隨著材料、設計及加工的改進,蝶閥已經越來越多地用在工藝系統上了。
蝶閥有軟密封和硬密封兩種類型。選擇軟密封和硬密封主要取決于流體介質的溫度。相對而言軟密封要比硬密封的密封性能好。
軟密封有橡膠及PTFE(聚四氟乙烯)閥座兩種。橡膠閥座蝶閥(橡膠襯里閥體)多用在水系統上,為中線型結構,這種蝶閥在管道安裝時可以不使用墊片,因為其橡膠襯里的翻邊可以充當墊片的功能。PTFE閥座蝶閥多用在工藝系統上,一般為單偏心或雙偏心結構。
硬密封的品種很多,如硬質固定密封圈,多層密封等,由于制造商的設計往往不同,其泄漏率也不一樣。硬密封蝶閥的結構以三偏心為佳,解決了熱脹補償和磨損補償的問題。雙偏心或三偏心結構硬密封蝶閥亦具有雙向密封功能,其逆向(低壓側至高壓側)密封壓力應不低于正向(高壓側至低壓側)的80%。設計選型應與廠家協商。
 
1.5 旋塞閥
旋塞閥流體阻力小,密封性能好,使用壽命長,可以雙向密封,所以往往用在高度或極度危害的物料上,但是啟閉力矩比較大,價格也比較高。旋塞閥腔體內不積液,特別是對間歇裝置的物料不會造成污染,所以在有些場合必須使用旋塞閥。
旋塞閥和im体育官网關閉時腔體內積液情況,旋塞閥流道可分為直通、三通、四通,適用于氣、液相流體多向分配。
旋塞閥可分為無潤滑及潤滑型兩種。帶有強制潤滑的油封式旋塞閥,由于強制潤滑使旋塞和旋塞的密封面間形成一層油膜。這樣密封性能更好,啟閉省力,防止密封面受到損傷,但是必須考慮潤滑是否對物料有污染,而且需定期維護優先選擇無潤滑型。
旋塞閥的閥座(Sleeve)密封是連續的,包圍了整個旋塞,所以流體不會與軸接觸。另外旋塞閥還有一層金屬復合材料的隔膜作為第二道密封,所以旋塞閥可以嚴格控制外部泄漏。旋塞閥一般是沒有填料的,當有特殊要求時(如不允許有外部泄漏等),則需要填料,作為第三道密封。
旋塞閥的設計結構使得旋塞閥可以在線調節密封閥座。由于長時間的運行,密封面會有所磨損,因為旋塞是錐形的,可以通過閥蓋的螺栓往下壓緊旋塞,使其和閥座緊密配合達到密封效果。
 
1.6 im体育官网
im体育官网的功能與旋塞閥類似(im体育官网是旋塞閥的派生產品)。im体育官网密封效果好,所以應用廣泛。im体育官网啟閉迅速,啟閉力矩比旋塞閥小,阻力非常小,維修方便,適用于漿液、粘性流體以及對密封要求較高的介質管道上。并且由于價格便宜,im体育官网比旋塞閥使用廣泛。im体育官网一般可以從球體結構形式、閥體結構形式、流道形式和閥座材料來進行分類。
按球體結構形式分有浮動im体育官网和固定im体育官网。前者多用于小口徑,后者用于大口徑,一般以DN200(CLASS 150),DN150(CLASS 300和CLASS 600)為界。
按閥體結構形式分有一片式、兩片式和三片式這三種。一片式又有頂裝式和側裝式兩種。  按流道形式分有全通徑和縮徑。縮徑im体育官网比全通徑im体育官网用材料少,價格便宜,如果工藝條件允許,可以考慮優先使用。im体育官网流道可分為直通、三通、四通,適用于氣、液相流體多向分配。按閥座材料分有軟密封和硬密封。當用于可燃介質或者外部環境有可能燃燒時,軟密封im体育官网應具有防靜電、防火設計,制造商的產品應通過防靜電、防火試驗,如按照API607等。這同樣適用于軟密封蝶閥和旋塞閥(旋塞閥僅能符合防火試驗中的外部防火要求)。
 
1.7 隔膜閥
隔膜閥可以雙向密封,適用于低壓,有腐蝕性的漿液或懸浮粘性流體介質。并且由于操作機構和介質通道隔開,依靠彈性隔膜切斷流體,特別適用于食品和醫藥衛生工業中的介質。隔膜閥使用溫度取決于隔膜材料的耐溫性能。從結構上可分為直通式和堰式。
 
二、端部連接形式的選用
閥門端部常用的連接形式包括法蘭連接、螺紋連接、對焊連接和承插焊連接。
 
2.1 法蘭連接
法蘭連接有利于閥門的安裝和拆卸。閥門端法蘭密封面形式主要有全平面(FF)、突面(RF)、凹面(FM)、榫槽面(TG)和環連接面(RJ)等幾種。API閥門采用的法蘭標準是ASMEB16.5等系列。有時在法蘭連接的閥門上可以見到Class 125和Class 250等級,這是鑄鐵法蘭的壓力等級,與Class 150和Class 300的連接尺寸相同,只不過前兩者的密封面是全平面(FF)。
對夾式(Wafer)和支耳式(Lug)閥門也是用法蘭連接的。
 
2.2 對焊連接
由于對焊接頭強度高、密封性好,所以在化工系統中對焊連接的閥門大多應用在一些高溫、高壓、有劇毒介質、易燃易爆的場合。
 
2.3 承插焊和螺紋連接
一般用于公稱尺寸不超過DN40的管道系統中,但不能用于有縫隙腐蝕的流體介質。
螺紋連接不得用于劇毒、可燃介質的管道上,同時也應避免使用在循環載荷的工況上。目前工程中使用在壓力不高的場合。管道上的螺紋形式主要是錐管螺紋,錐管螺紋有兩種規格,其錐頂角分別為55°和60°,兩者無法互換通用。在可燃或高度危害介質的管道上,如果安裝需要,必須采用螺紋連接時,此時公稱尺寸不應超過DN20,在螺紋連接后再進行密封焊。
 
三、閥門材料
 
閥門材料包括閥門的殼體、內件、墊片、填料以及緊固件材料等。因為閥門材料非常多,并且由于篇幅所限,本文僅簡單介紹典型的閥門殼體材料。黑色金屬殼體材料包括鑄鐵、碳鋼、不銹鋼、合金鋼。
 
3.1 鑄鐵
灰鑄鐵(A1262B)一般使用在低壓閥門上,不推薦在工藝管道上使用。球墨鑄鐵(A395)的性能(強度和韌性)要比灰鑄鐵好。
 
3.2 碳鋼
在閥門制造中*常見的碳鋼材料有A2162WCB(鑄件)和A105(鍛件)。應特別注意碳鋼長時間在400℃以上工作,會影響到閥門的壽命。對于低溫工況的閥門,常用的有A3522LCB(鑄件)和A3502LF2(鍛件)。
 
3.3 奧氏體不銹鋼
奧氏體不銹鋼材料通常應用在具有腐蝕性工況或超低溫工況。其中常用的鑄件有A351-CF8、A351-CF8M、A351-CF3和A351-CF3M;常用的鍛件有A182-F304、A182-F316、A182-F304L和A182-F316L。
 
3.4 合金鋼材料
對于低溫工況的閥門,常用的有A352-LC3(鑄件)、A350-LF3(鍛件)。  對于高溫工況的閥門,常用的有A217-WC6(鑄件)、A182-F11(鍛件)和A217-WC9(鑄件)、A182-F22(鍛件)。由于WC9、F22屬于2-1/4Cr-1Mo系列,相比屬于1-1/4Cr-1/2Mo系列的WC6、F11含有更高的Cr、Mo,所以具有更好的抗高溫蠕變性能。
 
四、驅動方式
 
通常閥門操作都采用手動方式。當閥門的公稱壓力較高或公稱尺寸較大,手動操作閥門比較困難時,可以采用齒輪傳動等操作方式。閥門驅動方式的選用應根據閥門的種類、公稱壓力和公稱尺寸而確定。
 
五、閥門選用原則
 
5.1 閥門選擇要考慮的主要參數
(1)所輸送的流體性質,這將影響閥型和閥結構材料的選擇。
(2)功能要求(調節還是切斷),這主要影響閥型選擇。
(3)操作條件(是否頻繁),這將影響閥型和閥門材料選擇。
(4)流動特性和摩擦損失。
(5)閥門公稱尺寸的大小(公稱尺寸很大的閥門只有在有限范圍的閥型中才能找到)。

(6)其他特殊要求,如自動關閉、平衡壓力等。

上海IM体育防腐閥門制造有限公司

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