在流體管道系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是控制元件，其投資約占管道工程費(fèi)用的30%～50%。閥門的主要功能為啟閉、節(jié)流、調(diào)節(jié)流量、隔離設(shè)備和管道系統(tǒng)、防止介質(zhì)倒流、調(diào)節(jié)和排泄壓力等。閥門也是管路中最復(fù)雜的元件，它一般由多個(gè)零部件裝配而成，技術(shù)含量高。隨著石油化工工業(yè)的迅速發(fā)展，石油化工生產(chǎn)裝置中的介質(zhì)大多具有毒性大、可燃、易爆和腐蝕性強(qiáng)的特點(diǎn)，運(yùn)行工況較復(fù)雜苛刻，操作溫度和壓力較高，開工周期長，閥門一旦出現(xiàn)故障，輕者導(dǎo)致介質(zhì)泄漏，既污染環(huán)境又造成經(jīng)濟(jì)損失，重者導(dǎo)致裝置停工停產(chǎn)，甚至造成惡性事故。因而，在管道設(shè)計(jì)中，科學(xué)合理地選擇閥門既能降低裝置的建設(shè)費(fèi)用，又保證生產(chǎn)安全運(yùn)行。文章主要介紹了各種常用閥門如閘閥、截止閥、節(jié)流閥、旋塞閥、球閥、隔膜調(diào)節(jié)閥等的選型方法。
1 閥門選型的要點(diǎn)
1.1 明確閥門在設(shè)備或裝置中的用途
確定閥門的工作條件：適用介質(zhì)的性質(zhì)、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(shè)計(jì)者對整個(gè)生產(chǎn)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(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)首先掌握每種閥門的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(jià)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(yùn)行，或使用條件荷刻、溫度較高的場合;
1.4 閥門材質(zhì)的選擇
選擇閥門的殼體、內(nèi)件和密封面的材質(zhì)，除了考慮工作介質(zhì)的物理性能(溫度、壓力)和化學(xué)性能(腐蝕性)外，還應(yīng)掌握介質(zhì)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(guān)規(guī)定。正確合理的選擇閥門的材質(zhì)可以獲得閥門最經(jīng)濟(jì)的使用壽命和最佳的使用性能。閥體材料選用順序?yàn)椋鸿T鐵-碳鋼-不銹鋼，密封圈材料選用順序?yàn)椋合鹉z-銅-合金鋼-F4;
1.5 其它
除此之外，還應(yīng)確定流經(jīng)閥門流體的流量及壓力等級等，利用現(xiàn)有的資料(如閥門產(chǎn)品目錄、閥門產(chǎn)品樣本等)選擇適當(dāng)?shù)拈y門。
2 常用閥門介紹
閥門種類多、品種復(fù)雜，主要有閘閥、截止閥、節(jié)流閥、蝶閥、旋塞閥、球閥、電動(dòng)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(jié)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(dòng)，沿閥座密封面作升降運(yùn)動(dòng)的閥門，可接通或截?cái)嗔黧w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(diào)節(jié)性能，是最常用的截?cái)嚅y門之一。缺點(diǎn)是尺寸大、結(jié)構(gòu)較截止閥復(fù)雜，密封面易磨損，不易維修，一般不宜作節(jié)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(dòng)沿閥座(密封面)軸線作升降運(yùn)動(dòng)的閥門。與閘閥相比，其調(diào)節(jié)性能好，密封性能差，結(jié)構(gòu)簡單，制造維修方便，流體阻力較大，價(jià)格便宜，是一種常用的截?cái)嚅y，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(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)啟閉的閥門。球閥的結(jié)構(gòu)簡單，開關(guān)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(jié)流閥
節(jié)流閥除閥瓣以外與截止閥結(jié)構(gòu)基本相同，其閥瓣是節(jié)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(zhì)流速增大，從而加速對閥瓣的沖蝕。節(jié)流閥外形尺寸小、重量輕、調(diào)節(jié)性能好，但調(diào)節(jié)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(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)啟閉的閥門。旋塞閥結(jié)構(gòu)簡單、開關(guān)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?cái)嘟橘|(zhì)，三通式和四通式旋塞閥用于改變介質(zhì)方向或進(jìn)行介質(zhì)分流。
2.6 蝶閥
蝶閥是蝶板在閥體內(nèi)繞固定軸旋轉(zhuǎn)90°即可完成啟閉作用。蝶閥體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單，只由少數(shù)幾個(gè)零件組成。
而且只需旋轉(zhuǎn)90°即可快速啟閉，操作簡單。蝶閥處于完全開啟位置時(shí)，蝶板厚度是介質(zhì)流經(jīng)閥體時(shí)唯一的阻力，因此通過該閥門所產(chǎn)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(jié)流，又可用于中等真空管道和腐蝕性介質(zhì)。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(jié)流性能好的場合。金屬密封能適應(yīng)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(dòng)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(jìn)口側(cè)流向出口側(cè)。當(dāng)進(jìn)口側(cè)壓力低于出口側(cè)時(shí)，閥瓣在流體壓差、本身重力等因素作用下，自動(dòng)關(guān)閉，以防止流體倒流。按結(jié)構(gòu)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(dòng)。底閥一般只安裝在泵進(jìn)口的垂直管道上，并且介質(zhì)自下而上流動(dòng)。
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(nèi)襯有橡膠，由于介質(zhì)不進(jìn)入閥蓋內(nèi)腔，因此閥桿無需填料箱。隔膜閥結(jié)構(gòu)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(yīng)首選閘閥。閘閥除適用于蒸汽、油品等介質(zhì)外，還適用于含有粒狀固體及粘度較大的介質(zhì)，并適用于放空和低真空系統(tǒng)的閥門。對帶有固體顆粒的介質(zhì)，閘閥閥體上應(yīng)帶有一個(gè)或兩個(gè)吹掃孔。對低溫介質(zhì)，應(yīng)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(yán)的管路上，即對壓力損失考慮不大，以及高溫、高壓介質(zhì)的管路或裝置，適用于DN<200mm的蒸汽等介質(zhì)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(jì)閥等;截止閥有流量調(diào)節(jié)或壓力調(diào)節(jié)，但對調(diào)節(jié)精度要求不高，而且管路直徑又比較小時(shí)，宜選用截止閥或節(jié)流閥;對于劇毒介質(zhì)，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(zhì)和含有顆粒易沉淀的介質(zhì)，也不宜作放空閥及低真空系統(tǒng)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(zhì)。大多數(shù)球閥可用于帶懸浮固體顆粒的介質(zhì)中，依據(jù)密封的材料要求也可用于粉狀和顆粒狀的介質(zhì);全通道球閥不適用于流量調(diào)節(jié)，但適用于要求快速啟閉的場合，便于實(shí)現(xiàn)事故緊急切斷;通常在密封性能嚴(yán)格、磨損、縮口通道、啟閉動(dòng)作迅速、高壓截止(壓差大)、低噪音、有氣化現(xiàn)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(jié)構(gòu)、低壓截止、腐蝕性介質(zhì)中;球閥還是低溫、深冷介質(zhì)的最理想閥門，低溫介質(zhì)的管路系統(tǒng)和裝置上，宜選用加上閥蓋的低溫球閥;選用浮動(dòng)球球閥時(shí)其閥座材料應(yīng)承接球體和工作介質(zhì)的載荷，大口徑的球閥在操作時(shí)需要較大的力，DN≥200mm的球閥應(yīng)選用蝸輪傳動(dòng)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(zhì)管道的球閥，應(yīng)具有防火、防靜電結(jié)構(gòu)。
3.4 節(jié)流閥選型說明
節(jié)流閥適用于介質(zhì)溫度較低、壓力較高的場合，適用于需要調(diào)節(jié)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(zhì)，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(zhì)，用于溫度較低、粘度大的介質(zhì)，也適用于帶懸浮顆粒的介質(zhì)。
3.6 蝶閥選型說明
蝶閥適用于口徑較大(如DN﹥600mm)及結(jié)構(gòu)長度要求短，以及需要進(jìn)行流量調(diào)節(jié)及啟閉要求快速的場合，一般用于溫度≤80℃、壓力≤的水、油品和壓縮空氣等介質(zhì);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(yán)的管路系統(tǒng)中。
3.7 止回閥選型說明
止回閥一般適用于清凈介質(zhì)，不宜用于含有固體顆粒和粘度較大的介質(zhì)。當(dāng)DN≤40mm時(shí)，宜采用升降止回閥(僅允許安裝在水平管道上);當(dāng)DN=50～400mm時(shí)，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(zhì)流向要由下而上);當(dāng)DN≥450mm時(shí)，宜采用緩沖型止回閥;當(dāng)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(dá)到42MPa，根據(jù)殼體及密封件的材質(zhì)不同可適用于任何工作介質(zhì)和任何工作溫度范圍。介質(zhì)為水、蒸汽、氣體、腐蝕性介質(zhì)、油品、藥品等。介質(zhì)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℃、壓力小于的油品、水、酸性介質(zhì)和含懸浮物的介質(zhì)，不適用于有機(jī)溶劑和強(qiáng)氧化劑介質(zhì);研磨顆粒性介質(zhì)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(zhì)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(shè)備上。
4 結(jié)束語
通過以上分析可知，一般情況下，應(yīng)首選閘閥。截止閥適用于對流體阻力要求不嚴(yán)的管路上，以及高溫、高壓介質(zhì)的管路或裝置，不宜用于粘度較大和含有顆粒的介質(zhì)，也不宜作放空閥及低真空系統(tǒng)的閥門。球閥適用于低溫、高壓、粘度大的介質(zhì)，通常用在密封性能嚴(yán)格、磨損、縮口通道、啟閉動(dòng)作迅速、壓差大、低噪音、有氣化現(xiàn)象、操作力矩小、流體阻力小的管路中。節(jié)流閥適用于介質(zhì)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(zhì)，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(zhì)，用于溫度較低、粘度大的介質(zhì)，也適用于帶懸浮顆粒的介質(zhì)。蝶閥一般用于溫度≤80℃、壓力≤的水、油品和壓縮空氣等介質(zhì);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(yán)的管路系統(tǒng)中。止回閥一般適用于清凈介質(zhì)，不宜用于含有固體顆粒和粘度較大的介質(zhì)。隔膜閥適用于工作溫度小于200℃、壓力小于的油品、水、酸性介質(zhì)和含懸浮物的介質(zhì)，不適用于有機(jī)溶劑和強(qiáng)氧化劑介質(zhì)。在石油、化工及其它行業(yè)的管道系統(tǒng)，閥門應(yīng)用、操作頻率和服務(wù)千變?nèi)f化，要控制或杜絕低微的泄漏，最重要、最關(guān)鍵的設(shè)備是閥門。合理的選擇閥門能夠降低裝置的建設(shè)費(fèi)用、保證生產(chǎn)安全運(yùn)行。
