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金属阀门的类型及用途工程上阀门种类有哪些?

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随着越来越多的进口设备进入中国,API阀门得到了广泛的应用。本文仅以API黑色金属阀门为分析对象。

阀门是管道系统中的重要组成部分,金属阀门在化工厂中应用最为广泛。阀门的功能主要用于启闭、节流和保证管道和设备的安全运行。因此,正确合理选用金属阀门对工厂安全和流体控制系统具有重要作用。

01丨阀门的种类和用途

工程中有许多类型的阀门。由于流体的压力、温度和物理化学性质不同,对流体系统的控制要求也不同。其中闸阀、截止阀(节流阀、针型阀)、止回阀、旋塞阀、球阀、蝶阀和隔膜阀在化工厂中应用最为广泛。

1.1个闸阀

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一般用于控制流体的启闭,流体阻力小,密封性能好,介质流向不受限制,启闭所需外力小,结构长度短。

阀杆分为开式阀杆和暗式阀杆。开式阀杆闸阀适用于腐蚀性介质,开式阀杆闸阀基本用于化工。暗杆闸阀主要用于水路,多用于低压、无腐蚀性介质的场合,如一些铸铁和铜阀门。闸门的结构形式有楔形闸门和平行闸门。

楔形闸门分为单闸门和双闸门。平行闸板多用于油气输送系统,化工厂不常用。

1.2个截止阀

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主要用于切断。截止阀流体阻力大,启闭力矩大,有流向要求。与闸阀相比,截止阀具有以下优点:

(1)启闭过程中密封面摩擦力小于闸阀,耐磨。

(2)开启高度小于闸阀。

(3)截止阀通常只有一个密封面,制造工艺好,维修方便。

截止阀和闸阀一样,也有明杆和暗杆之分,这里不再赘述。按阀体结构分直通式、角式和Y型截止阀。直通式应用最为广泛,当流体流向改变90°时采用角式。

此外,节流阀和针阀也是截止阀的一种,调节功能比普通截止阀强。

1.3 止回阀

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止回阀又称单向阀,是用来防止流体倒流的,所以在安装止回阀时要注意介质的流向要与介质的流向一致。止回阀上的箭头方向。止回阀的种类很多,每个厂家的产品都不一样,但从结构上主要分为旋启式和升降式。旋启式止回阀主要有单瓣式和双瓣式。

1.4蝶阀

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蝶阀可用于含有悬浮物的液体介质的启闭和节流,流体阻力小,重量轻,结构尺寸小,启闭迅速,适用于大口径管道。蝶阀具有一定的调节功能,可以输送浆液。由于过去工艺技术落后,蝶阀一直用于水系统,但很少用于工艺系统。随着材料、设计和加工的改进,蝶阀在工艺系统中的应用越来越多。

蝶阀有软密封和硬密封两种。软密封和硬密封的选择主要取决于流体介质的温度。相对而言,软密封比硬密封具有更好的密封性能。

有两种类型的软密封:橡胶和 PTFE(聚四氟乙烯)阀座。橡胶密封蝶阀(衬胶阀体)多用于水系统,具有中心线结构。这种蝶阀可以不用垫片安装三片式球阀,因为衬胶法兰可以起到垫片的作用。聚四氟乙烯阀座蝶阀多用于工艺系统,一般采用单偏心或双偏心结构。

硬密封的品种很多,有硬固定密封、多层密封等,由于厂家设计不同阀门厂家,其泄漏率也不同。硬密封蝶阀的结构最好是三偏心,解决了热膨胀补偿和磨损补偿的问题。双偏心或三偏心结构硬密封蝶阀还具有双向密封功能,其反向(低压侧至高压侧)密封压力不应低于正向(高压侧至低压侧)的80%边)。设计选择应与制造商协商。

1.5旋塞阀

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旋塞阀流体阻力小,密封性能好,使用寿命长,可双向密封,故常用于高度或极度危险的物料,但启闭力矩较大,价格比较高。旋塞阀的腔内没有积液,尤其是间歇装置的材质不会造成污染,所以在某些场合必须使用旋塞阀。图1显示了旋塞阀和球阀关闭时型腔内的积液情况。

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图1 旋塞阀和球阀关闭时腔内积液

旋塞阀的流道可分为直通、三通和四通,适用于气体和液体流体的多向分配。

旋塞阀可分为非润滑型和润滑型两种。对于强制润滑的油封旋塞阀,由于强制润滑,在旋塞与旋塞密封面之间形成油膜。这样密封性能较好,启闭省力,防止损坏密封面,但必须考虑润滑是否会污染材料,非润滑型必须定期维护的首选。

旋塞阀的座 () 密封是连续的,并围绕整个旋塞,因此流体不会与轴接触。此外,旋塞阀还有一层金属复合膜片作为第二密封,因此旋塞阀可以严格控制外漏。旋塞阀一般没有填料。当有特殊要求(如不允许外漏等)时,需要填料作为第三密封。

旋塞阀的设计允许旋塞阀在线调节密封座。由于长期运行,密封面会磨损,因为旋塞是锥形的,通过阀盖的螺栓可以将旋塞压下,使其与阀座紧密贴合,达到密封效果。

1.6球阀

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球阀的作用与旋塞阀类似(球阀是旋塞阀的衍生产品)。球阀具有良好的密封效果,因此被广泛使用。球阀启闭迅速,启闭力矩比旋塞阀小,阻力很小,维修方便。适用于对密封要求较高的浆液、粘性流体和介质管道。并且由于价格便宜,球阀比旋塞阀应用更广泛。球阀一般可按球体结构、阀体结构、流道形式和阀座材料分类。

按球形结构,有浮动球阀和固定球阀。前者多用于小口径,后者多用于大口径,一般以DN200(CLASS 150)、DN150(CLASS 300和CLASS 600))为界。

根据阀体的结构,有一体式、二片式和三片式三种。一体式有两种:顶装式和侧装式。

根据流道的形式,有全径和缩径之分。缩径球阀比全通径球阀使用更少的材料并且更便宜。如果工艺条件允许,可以优先考虑。球阀的流道可分为直通式、三通式和四通式,适用于气体和液体流体的多向分配。根据阀座材料,有软密封和硬密封。用于易燃介质或有可能燃烧的外部环境时,软密封球阀应具有防静电和防火设计,制造商的产品应通过防静电和防火测试,如根据等. 软密封蝶阀和旋塞阀也一样(旋塞阀在防火试验中只能满足外部防火要求)。

1.7隔膜阀

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隔膜阀可双向密封,适用于低压、腐蚀性浆液或悬浮粘性流体介质。并且由于操作机构和介质通道是分开的,流体被弹性隔膜隔断,特别适用于食品和医疗卫生行业的介质。隔膜阀的工作温度取决于隔膜材料的耐温性。从结构上可分为直通式和堰式。

02丨端接形式的选择

阀端常见的连接形式有法兰连接、螺纹连接、对焊连接和承插焊连接。

2.1个法兰连接

法兰连接方便阀门安装和拆卸。阀端法兰密封面形式主要有全平面(FF)、凸面(RF)、凹面(FM)、榫槽面(TG)和环形连接面(RJ)。 API阀门使用的法兰标准是0.5系列。有时在法兰阀门上可以看到 125 级和 250 级等级。这是铸铁法兰的压力等级。法)。

对夹阀和凸耳阀也是法兰连接的。

2.2对焊

由于对焊接头强度高、密封性能好,化工系统中采用对焊连接的阀门大多用于一些高温、高压、剧毒介质、易燃易爆场合。

2.3 个承插焊和螺纹连接

一般用于公称尺寸不超过DN40的管道系统,但不适用于有缝隙腐蚀的流体介质。

螺纹连接不宜用在有剧毒和易燃介质的管道上,在循环载荷条件下也应避免使用。目前用于压力不高的场合。管子上的螺纹形式主要是锥形管螺纹。锥形管螺纹有两种规格。锥顶角分别为55°和60°,两者不能互换。在易燃或高危介质的管道上,如需螺纹连接安装,公称尺寸不应超过DN20,螺纹连接后应进行密封焊接。

03丨材料

阀门材料包括阀壳、阀内件、垫圈、填料和紧固件材料。由于阀门材料较多,且限于篇幅,本文仅简单介绍典型的阀门外壳材料。黑色金属外壳材料包括铸铁、碳钢、不锈钢和合金钢。

3.1 个铸铁

灰口铸铁 ( ) 通常用于低压阀门,不推荐用于工艺管道。球墨铸铁(A395))的性能(强度和韧性)优于灰口铸铁。

3.2碳钢

阀门制造中最常见的碳钢材料是(铸造)和A105(锻造)。特别要注意碳钢在400℃以上长期工作,会影响阀门的寿命。对于低温条件下的阀门,常用的是(铸件)和(锻件)。

3.3奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢材料通常用于腐蚀性或超低温条件下。常用的铸件有A351-CF8、A351-CF8M、A351-CF3和A351-CF3M;常用的锻件有A182-F304、A182-F316、A182-F304L和A182-F316L。

3.4合金钢材料

低温阀门常用A352-LC3(铸造)和A350-LF3(锻造)。

对于高温条件下的阀门,常用的有A217-WC6(铸件)、A182-F11(锻件)、A217-WC9(铸件)、A182-F22(锻件)。由于WC9、F22属于2-1/4Cr-1Mo系列,其Cr和Mo含量高于WC6、F11属于1-1/4Cr-1/2Mo系列,因此具有更高的良好的高温抗蠕变性。

04丨驱动方式

通常阀门操作是手动的。当阀门公称压力较高或公称尺寸较大,手动操作阀门有困难时,可采用齿轮传动等操作方式。阀门驱动方式的选择应根据阀门的类型、公称压力和公称尺寸来确定。表 1 给出了不同阀门应考虑齿轮传动的条件。这些条件可能因制造商而略有不同,可以协商。

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表1 不同阀门齿轮传动条件的考虑

05丨阀门选型原则

5.1 阀门选型需要考虑的主要参数

(1)输送流体的性质,这将影响阀门类型和阀门结构材料的选择。

(2)功能要求(调节或截止),主要影响阀门选型。

(3)工作条件(频繁与否),会影响阀门类型和阀门材料选择。

(4)流动特性和摩擦损失。

(5)阀门公称尺寸(标称尺寸非常大的阀门仅在有限的阀门类型中找到)。

(6)其他特殊要求,如自动关机、平衡压力等。

5.2材质选择

(1)小口径(DN≤40)一般选用锻造,大口径(DN>40)一般选用铸造。锻造阀体端法兰应为首选。选择整体锻造的阀体,如果法兰与阀体焊接在一起,则焊缝应100%进行射线检测。

(2)对焊和承插焊碳钢阀体的含碳量不得超过0.25%,碳当量不得超过0.45%。

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(3)常用材料推荐工作温度见表2。

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表2常用材料推荐工作温度

注意:奥氏体不锈钢工作温度超过425℃时,含碳量应不低于0.04%,热处理状态大于1040℃快冷(CF< @8) 和 1100°C 快速冷却)冷(CF8M)。

(4)流体腐蚀性强,不能使用普通奥氏体不锈钢时,应考虑一些特殊材料,如904L、双相钢(如等)、蒙乃尔合金和哈氏合金,等等

5.3个闸阀的选择

(1)DN≤50时一般采用刚性单闸板;DN>50时一般采用弹性单闸板。

(2)低温系统的弹性单闸板闸阀,高压侧闸板应开有通气孔。

(3)在要求低泄漏的情况下,应使用低泄漏闸阀。低泄漏闸阀有多种结构,其中波纹管闸阀一般用于化工厂。显示最小循环寿命3.

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表3 波纹管闸阀的最小循环寿命

注:1 英寸=0.0254m

(4)虽然闸阀是石化生产设备中使用最多的类型,但不适合在以下情况下使用闸阀:

①由于开启高度高,操作所需空间大,不适合操作空间狭小的场合。

②开闭时间长,不适合快速开闭的场合。

③ 不适用于有固体沉淀的流体。因为密封面会磨损,所以闸门不会关闭。

④ 不适合流量调节。因为闸阀在部分开启时,介质会在闸板背面产生涡流,容易造成闸板的冲蚀和振动,也容易损坏阀座的密封面。

⑤阀门频繁操作会造成阀座表面过度磨损,所以通常只适用于不频繁操作

5.4个截止阀的选择

(1)截止阀与同规格的闸阀相比,结构长度较大,一般用于DN≤250的管道,因为大口径截止阀的加工制造是比较麻烦,而且密封性能不如小口径截止阀。

(2)由于截止阀流体阻力大,不适用于悬浮物和高粘度流体介质。

(3)针阀是一种带细锥形塞子的截止阀,可用于小流量微调或作为取样阀,通常用于小口径。使用节流阀,和阀瓣呈抛物线形。

(4)如果要求低泄漏,则应使用低泄漏截止阀。低泄漏截止阀有多种结构。其中,波纹管式截止阀一般用于化工厂。最小循环寿命见表 4。

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表4 波纹管式截止阀的最小循环寿命

波纹管截止阀比波纹管闸阀应用更广泛,因为波纹管截止阀的波纹管较短,循环寿命较长。但波纹管式阀门价格昂贵,波纹管的质量(如材料、循环次数等)和焊接的好坏直接影响阀门的使用寿命和性能,在选用时应特别注意。

5.5止回阀选择

(1)卧式升降式止回阀一般用在DN≤50的场合,只能安装在水平管道上。立式升降式止回阀通常用在DN≤100和安装在垂直管道中。

(2)升降式止回阀可以采用弹簧的形式,此时的密封性能比没有弹簧的要好。

(3)旋启式止回阀的最小口径一般为DN>50,可用于水平管道和垂直管道(流体必须自下而上),但容易造成进水锤击现象。双蝶板止回阀(Disc)常为对夹式三片式球阀,是止回阀中最节省空间的一种,便于管路布置,尤其广泛用于大口径。由于普通旋启式止回阀(单止回阀)碟片式的阀瓣)不能完全打开到90°江苏阀门厂家,并且有一定的流动阻力,所以当工艺需要时,可以提出特殊要求(要求阀瓣完全打开)打开)或使用Y型升降式止回阀。

(4)在可能出现水锤的情况下,可以考虑带缓闭装置和阻尼机构的止回阀。这种阀门利用管道中的介质进行缓冲,止回阀关闭瞬间可消除或减少水锤,保护管道,防止泵倒流。

5.6旋塞阀的选择

(1)由于制造问题,DN>250的无润滑旋塞阀不适合使用。

(2)当要求阀腔不积液时,应选用旋塞阀。

(3)当软密封球阀的密封性不能满足要求时,如内漏,可用旋塞阀代替。

(4)在某些工况下,温度变化频繁,不能使用普通旋塞阀。由于温度变化导致阀门零件和密封元件的膨胀和收缩不同,在热循环过程中,填料长期收缩会导致阀杆泄漏。此时,XOMOX系列等特殊旋塞阀在中国无法生产。

5.7球阀选型

(1)上装球阀可在线维修。三片式球阀一般用于螺纹和承插焊连接。

(2)管道有球通系统时,只能使用全通径球阀。

(3)软密封的密封效果比硬密封好,但不能在高温下使用(各种非金属密封材料的耐温性不一样)。

(4)请勿在阀腔内不允许积液的应用中使用。

5.8蝶阀选型

(1)当蝶阀两端需要拆卸时,应选择带螺纹的凸耳或法兰蝶阀。

(2)中线蝶阀最小通径一般为DN50;偏心蝶阀最小通径一般为DN80。

(3)三偏心聚四氟乙烯座蝶阀推荐使用U型阀座。

5.9 隔膜阀选择

(1)直通式流体阻力小,膜片启闭行程长,膜片寿命不如堰式。

(2)堰式流体阻力大,膜片启闭行程短,膜片寿命优于直通式。

5.10 其他因素对阀门选择的影响

(1)当系统允许压降较小时,应选择流体阻力小的阀型,如闸阀、直通球阀等。

(2)当需要快速切断时,应使用旋塞阀、球阀和蝶阀。对于小口径,应首选球阀。

(3)现场操作的阀门多为手轮,如果离操作点有一定距离,可以使用链轮或加长杆。

(4)对于粘性流体、浆液和带有固体颗粒的介质,应使用旋塞阀、球阀或蝶阀。

(5)对于洁净系统,一般使用旋塞阀、球阀、隔膜阀和蝶阀(有附加要求,如抛光要求、密封要求等)。

(6)一般情况下压力等级超过(含)900级,DN≥50的阀门采用压力自紧式密封阀盖(Seal);压力等级低于(含) 600级阀门采用螺栓式阀盖( )。对于一些要求严格防止泄漏的工况,可以考虑焊接阀盖。在一些低压常温的公共工程中,可以使用螺纹接头阀盖(Union),但这种结构一般不常用。

(7)如果阀门需要保温或保冷,则球阀和旋塞阀的手柄在与阀杆连接处需要相应加长,避免阀门的保温层阀门,一般不超过150mm。

(<@8)直径较小时,如果在焊接和热处理过程中阀座变形,应选择阀体较长或末端管子较短的阀门。

(9)低温系统(-46℃以下)的阀门(止回阀除外)宜选用加长阀盖颈结构。密封。

除上述因素外,在选型时还应考虑工艺要求、安全性和经济性等因素,做出最终阀门形式的选择。并且需要写阀门数据表。一般阀门数据表应包含以下内容:

(1)阀门的名称、公称压力、公称尺寸。

(2)设计和检验标准。

(3)阀门代码。

(4)阀门结构、阀盖结构及阀门端接。

(5)阀壳材料、阀座和阀板密封面材料、阀杆等内部零件材料、填料、阀盖垫片和紧固件材料等。

(6)驱动方式。

(7)包装和运输要求。

(<@8)内外防腐要求。

(9)质量要求和备件要求。

(10)业主要求及其他特殊要求(如标记等)。

06丨结束语

阀门在化学系统中发挥着重要作用。管道阀门的选择应根据管道中输送的流体的相态(液体、蒸汽)、固体含量、压力、温度和腐蚀性等因素来考虑。此外,可靠无故障运行、经济成本和制造周期也是重要的考虑因素。

过去的工程设计中,在选择阀门材料时,一般只考虑外壳材料,而忽略了内部零件等材料的选择。内部材料选择不当,往往会导致阀门内密封、阀杆填料和阀盖垫片处的密封失效,影响使用寿命,达不到原来的预期使用效果,很容易引发事故。

从目前的情况来看,API阀门没有统一的标识代码,国标阀门虽然有一套标识方法,但不能清楚地显示内件和其他材料,以及其他特殊要求。因此,在项目中,应通过编制阀门数据表详细说明所需阀门。这为阀门选型、采购、安装、调试和备件提供了便利,提高了工作效率,降低了出错的概率。

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