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化工設計中常用閥門的選型方法

適合爐型:單噴嘴氣化爐   時間:2015年10月07日 22:39:07  【加入收藏夾】【舉報】【關閉

在流體管道系統中,調節閥是控制元件,其投資約占管道工程費用的30%~50%。閥門的主要功能為啟閉、節流、調節流量、隔離設備和管道系統、防止介質倒流、調節和排泄壓力等。閥門也是管路中最復雜的元件,它一般由多個零部件裝配而成,技術含量高。隨著石油化工工業的迅速發展,石油化工生產裝置中的介質大多具有毒性大、可燃、易爆和腐蝕性強的特點,運行工況較復雜苛刻,操作溫度和壓力較高,開工周期長,閥門一旦出現故障,輕者導致介質泄漏,既污染環境又造成經濟損失,重者導致裝置停工停產,甚至造成惡性事故。因而,在管道設計中,科學合理地選擇閥門既能降低裝置的建設費用,又保證生產安全運行。文章主要介紹了各種常用閥門如閘閥、截止閥、節流閥、旋塞閥、球閥、隔膜調節閥等的選型方法。
1 閥門選型的要點
1.1 明確閥門在設備或裝置中的用途
確定閥門的工作條件:適用介質的性質、工作壓力、工作溫度和操縱控制方式等;
1.2 正確選擇閥門的類型
閥門型式的正確選擇是以設計者對整個生產工藝流程、操作工況的充分掌握為先決條件的,在選擇閥門類型時,設計人員應首先掌握每種閥門的結構特點和性能;
1.3 確定閥門的端部連接
在螺紋連接、法蘭連接、焊接端部連接中,前兩種最常用。螺紋連接的閥門主要是公稱通徑在50mm以下的閥門,如果通徑尺寸過大,連接部的安裝和密封十分困難。法蘭連接的閥門,其安裝和拆卸都比較方便,但是較螺紋連接的閥門笨重,價格較高,故它適用于各種通徑和壓力的管道連接。焊接連接適用于較荷刻的條件下,比法蘭連接更為可靠。但是焊接連接的閥門拆卸和重新安裝都比較困難,所以它的使用僅限于通常能長期可靠地運行,或使用條件荷刻、溫度較高的場合;
1.4 閥門材質的選擇
選擇閥門的殼體、內件和密封面的材質,除了考慮工作介質的物理性能(溫度、壓力)和化學性能(腐蝕性)外,還應掌握介質的清潔程度(有無固體顆粒),除此之外,還要參照國家和使用部門的有關規定。正確合理的選擇閥門的材質可以獲得閥門最經濟的使用壽命和最佳的使用性能。閥體材料選用順序為:鑄鐵-碳鋼-不銹鋼,密封圈材料選用順序為:橡膠-銅-合金鋼-F4;
1.5 其它
除此之外,還應確定流經閥門流體的流量及壓力等級等,利用現有的資料(如閥門產品目錄、閥門產品樣本等)選擇適當的閥門。
2 常用閥門介紹
閥門種類多、品種復雜,主要有閘閥、截止閥、節流閥、蝶閥、旋塞閥、球閥、電動閥、隔膜閥、止回閥、安全閥、減壓閥、蒸汽疏水閥和緊急切斷閥等,其中常用的有閘閥、截止閥、節流閥、旋塞閥、蝶閥、球閥、止回閥、隔膜閥。
2.1 閘閥
閘閥是指啟閉體(閥板)由閥桿帶動,沿閥座密封面作升降運動的閥門,可接通或截斷流體的通道。閘閥較截止閥密封性能好,流體阻力小,啟閉省力,具有一定的調節性能,是最常用的截斷閥門之一。缺點是尺寸大、結構較截止閥復雜,密封面易磨損,不易維修,一般不宜作節流用。按閘閥閥桿上螺紋位置分為明桿式和暗桿式兩類。按閘板的結構特點又可分為楔式和平行式兩類。
2.2 截止閥
截止閥是向下閉合式閥門,啟閉件(閥瓣)由閥桿帶動沿閥座(密封面)軸線作升降運動的閥門。與閘閥相比,其調節性能好,密封性能差,結構簡單,制造維修方便,流體阻力較大,價格便宜,是一種常用的截斷閥,一般用于中、小口徑的管道。
2.3 球閥
球閥的啟閉件是帶圓形通孔的球體,球體隨閥桿轉動以實現啟閉的閥門。球閥的結構簡單,開關迅速,操作方便,體積小,重量輕,零部件少,流體阻力小,密封性好,維修方便。
2.4 節流閥
節流閥除閥瓣以外與截止閥結構基本相同,其閥瓣是節流部件,不同形狀具有不同的特性,閥座的通徑不宜過大,因其開啟高度較小介質流速增大,從而加速對閥瓣的沖蝕。節流閥外形尺寸小、重量輕、調節性能好,但調節精度不高。
2.5 旋塞閥
旋塞閥是以帶通孔的塞體作為啟閉件,塞體隨閥桿轉動,以實現啟閉的閥門。旋塞閥結構簡單、開關迅速、操作方便、流體阻力小,部件少、重量輕。旋塞閥有直通式、三通式和四通式。直通式旋塞閥用于截斷介質,三通式和四通式旋塞閥用于改變介質方向或進行介質分流。
2.6 蝶閥
蝶閥是蝶板在閥體內繞固定軸旋轉90°即可完成啟閉作用。蝶閥體積小、重量輕、結構簡單,只由少數幾個零件組成。
而且只需旋轉90°即可快速啟閉,操作簡單。蝶閥處于完全開啟位置時,蝶板厚度是介質流經閥體時唯一的阻力,因此通過該閥門所產生的壓力降很小,故具有較好的流量控制特性。蝶閥分彈性軟密封和金屬硬密封兩種密封型式。彈性密封閥門,密封圈可以鑲嵌在閥體上或附在蝶板周邊,密封性能好,既可用于節流,又可用于中等真空管道和腐蝕性介質。采用金屬密封的閥門一般較彈性密封的閥門壽命長,但很難做到完全密封,通常用于流量和壓降變化大、要求節流性能好的場合。金屬密封能適應于較高的工作溫度,彈性密封則具有受溫度限制的缺陷。
2.7 止回閥
止回閥是能自動阻止流體倒流的閥門,止回閥的閥瓣在流體壓力作用下開啟,流體從進口側流向出口側。當進口側壓力低于出口側時,閥瓣在流體壓差、本身重力等因素作用下,自動關閉,以防止流體倒流。按結構形式分升降式止回閥和旋啟式止回閥。升降式較旋啟式密封性好,流體阻力大。對于泵吸入管的吸入口處,宜選用底閥,其作用是:開泵前灌注水使泵的入口管充滿水;停泵后保持入口管和泵體充滿水,以備再次啟動。底閥一般只安裝在泵進口的垂直管道上,并且介質自下而上流動。
2.8 隔膜閥
隔膜閥的啟閉件是一塊橡膠隔膜,夾于閥體與閥蓋之間。
隔膜中間突出部分固定在閥桿上,閥體內襯有橡膠,由于介質不進入閥蓋內腔,因此閥桿無需填料箱。隔膜閥結構簡單、密封性能好,便于維修,流體阻力小。隔膜閥分為堰式、直通式、直角式和直流式。
3 常用閥門選型說明
3.1 閘閥的選型說明
一般情況下,應首選閘閥。閘閥除適用于蒸汽、油品等介質外,還適用于含有粒狀固體及粘度較大的介質,并適用于放空和低真空系統的閥門。對帶有固體顆粒的介質,閘閥閥體上應帶有一個或兩個吹掃孔。對低溫介質,應選用低溫專用閘閥。
3.2 截止閥選型說明
截止閥適用于對流體阻力要求不嚴的管路上,即對壓力損失考慮不大,以及高溫、高壓介質的管路或裝置,適用于DN<200mm的蒸汽等介質管道上;小型閥門可選用截止閥,如針形閥、儀表閥、取樣閥、壓力計閥等;截止閥有流量調節或壓力調節,但對調節精度要求不高,而且管路直徑又比較小時,宜選用截止閥或節流閥;對于劇毒介質,宜選用波紋管密封的截止閥;但截止閥不宜用于粘度較大的介質和含有顆粒易沉淀的介質,也不宜作放空閥及低真空系統的閥門。
3.3 球閥選型說明
球閥適用于低溫、高壓、粘度大的介質。大多數球閥可用于帶懸浮固體顆粒的介質中,依據密封的材料要求也可用于粉狀和顆粒狀的介質;全通道球閥不適用于流量調節,但適用于要求快速啟閉的場合,便于實現事故緊急切斷;通常在密封性能嚴格、磨損、縮口通道、啟閉動作迅速、高壓截止(壓差大)、低噪音、有氣化現象、操作力矩小、流體阻力小的管路中,推薦使用球閥;球閥適用于輕型結構、低壓截止、腐蝕性介質中;球閥還是低溫、深冷介質的最理想閥門,低溫介質的管路系統和裝置上,宜選用加上閥蓋的低溫球閥;選用浮動球球閥時其閥座材料應承接球體和工作介質的載荷,大口徑的球閥在操作時需要較大的力,DN≥200mm的球閥應選用蝸輪傳動形式;固定球球閥適用于較大口徑及壓力較高的場合;另外,用于工藝劇毒物料、可燃介質管道的球閥,應具有防火、防靜電結構。
3.4 節流閥選型說明
節流閥適用于介質溫度較低、壓力較高的場合,適用于需要調節流量和壓力的部位,不適用于粘度大和含有固體顆粒的介質,不宜作隔斷閥。
3.5 旋塞閥選型說明
旋塞閥適用于要求快速啟閉的場合,一般不適用于蒸汽及溫度較高的介質,用于溫度較低、粘度大的介質,也適用于帶懸浮顆粒的介質。
3.6 蝶閥選型說明
蝶閥適用于口徑較大(如DN﹥600mm)及結構長度要求短,以及需要進行流量調節及啟閉要求快速的場合,一般用于溫度≤80℃、壓力≤1.0MPa的水、油品和壓縮空氣等介質;由于蝶閥相對于閘閥、球閥壓力損失比較大,故蝶閥適用于壓力損失要求不嚴的管路系統中。
3.7 止回閥選型說明
止回閥一般適用于清凈介質,不宜用于含有固體顆粒和粘度較大的介質。當DN≤40mm時,宜采用升降止回閥(僅允許安裝在水平管道上);當DN=50~400mm時,宜采用旋啟式升降止回閥(在水平和垂直管道上都可安裝,如安裝在垂直管道上,介質流向要由下而上);當DN≥450mm時,宜采用緩沖型止回閥;當DN=100~400mm也可選用對夾式止回閥;旋啟式止回閥可以做成很高的工作壓力,PN可以達到42MPa,根據殼體及密封件的材質不同可適用于任何工作介質和任何工作溫度范圍。介質為水、蒸汽、氣體、腐蝕性介質、油品、藥品等。介質工作溫度范圍在-196~800℃之間。
3.8 隔膜閥選型說明
隔膜閥適用于工作溫度小于200℃、壓力小于1.0MPa的油品、水、酸性介質和含懸浮物的介質,不適用于有機溶劑和強氧化劑介質;研磨顆粒性介質宜選堰式隔膜閥,選用堰式隔膜閥要參照它的流量特性表;粘性流體、水泥漿以及沉淀性介質宜選用直通式隔膜閥;除特定要求,隔膜閥不宜用于真空管路和真空設備上。
4 結束語
通過以上分析可知,一般情況下,應首選閘閥。截止閥適用于對流體阻力要求不嚴的管路上,以及高溫、高壓介質的管路或裝置,不宜用于粘度較大和含有顆粒的介質,也不宜作放空閥及低真空系統的閥門。球閥適用于低溫、高壓、粘度大的介質,通常用在密封性能嚴格、磨損、縮口通道、啟閉動作迅速、壓差大、低噪音、有氣化現象、操作力矩小、流體阻力小的管路中。節流閥適用于介質溫度較低、壓力較高的場合,不適用于粘度大和含有固體顆粒的介質,不宜作隔斷閥。旋塞閥適用于要求快速啟閉的場合,一般不適用于蒸汽及溫度較高的介質,用于溫度較低、粘度大的介質,也適用于帶懸浮顆粒的介質。蝶閥一般用于溫度≤80℃、壓力≤1.0MPa的水、油品和壓縮空氣等介質;由于蝶閥相對于閘閥、球閥壓力損失比較大,故蝶閥適用于壓力損失要求不嚴的管路系統中。止回閥一般適用于清凈介質,不宜用于含有固體顆粒和粘度較大的介質。隔膜閥適用于工作溫度小于200℃、壓力小于1.0MPa的油品、水、酸性介質和含懸浮物的介質,不適用于有機溶劑和強氧化劑介質。在石油、化工及其它行業的管道系統,閥門應用、操作頻率和服務千變萬化,要控制或杜絕低微的泄漏,最重要、最關鍵的設備是閥門。合理的選擇閥門能夠降低裝置的建設費用、保證生產安全運行。

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