石油化工裝置常規(guī)手動(dòng)金屬閥門的選用

1、題題目目： 石油化工裝置常規(guī)手動(dòng)金屬閥門的選用 2012 年年 7 月月 2 單單 位：位：姓姓 名：名：申報(bào)專業(yè)：申報(bào)專業(yè)：I目目 錄錄目目 錄錄.I摘摘 要要.III1 緒論緒論 .IV2 閥門介紹閥門介紹.12.1 閘閥閘閥12.2 截止閥截止閥22.3 球閥球閥42.4 蝶閥蝶閥42.5 止回閥止回閥43 常見故障常見故障.53.1 閘閥閘閥53.3 球閥球閥53.4 蝶閥蝶閥63.5 止回閥止回閥64 選用原則選用原則.64.1 類型選定類型選定6II4.2 壓力等級(jí)選定壓力等級(jí)選定74.3 結(jié)構(gòu)選定結(jié)構(gòu)選定74.4 連接方式選定連接方式選定.104.5 操作方式選定操作方式選定.1

2、14.6 材料選定材料選定.115 結(jié)論結(jié)論.13參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .13III摘摘 要要 閥門是石油化工管道系統(tǒng)中的重要組成部分，也是管道設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。其主要功能是：接通和截?cái)嘟橘|(zhì)；防止介質(zhì)倒流；調(diào)解介質(zhì)壓力、流量；分離、混合或分配介質(zhì)；防止介質(zhì)壓力超過規(guī)定數(shù)值，保護(hù)設(shè)備或管道安全運(yùn)行等。閥門的投資約占裝置配管投資的百分之四十到五十。 因?yàn)椴涣私忾y門的相關(guān)知識(shí)，錯(cuò)誤選型造成的安全生產(chǎn)事故和經(jīng)濟(jì)損失時(shí)有出現(xiàn)。作為管道設(shè)計(jì)人員，了解基本的閥門知識(shí)，確保正確選型是十分必要的。實(shí)際應(yīng)用中，要求我們不僅要熟悉閥門的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和用途，同時(shí)應(yīng)了解相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和工程應(yīng)用環(huán)境，確保操作可靠，經(jīng)濟(jì)合理，制造

3、周期符合工期要求，時(shí)刻關(guān)注閥門新技術(shù)的發(fā)展。本文以 API 閥門為分析對(duì)象，簡(jiǎn)要介紹在石油化工裝置中經(jīng)常使用的閘閥、截止閥、球閥、蝶閥和止回閥五種閥門，從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、類型、設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)、材料等方面進(jìn)行說明，并對(duì)實(shí)際使用過程中出現(xiàn)的閥門故障進(jìn)行分析，總結(jié)出石油化工裝置常規(guī)手動(dòng)金屬閥門選用的要點(diǎn)。關(guān)鍵詞： 手動(dòng)金屬閥門 API 故障 選用要點(diǎn)IV緒緒 論論閥門是石油化工裝置及管道系統(tǒng)中廣泛使用的一種管道元件，是流體輸送系統(tǒng)中的控制部件，具有截?cái)?、調(diào)節(jié)、導(dǎo)流、防止逆流、穩(wěn)壓、分流或溢流泄壓等功能。閥門多種多樣，可以按用途、驅(qū)動(dòng)方式、公稱通徑、壓力、溫度、材質(zhì)、制造方式等進(jìn)行分類，在此僅列舉按溫度壓力所

4、分的閥門類型： 按照工作壓力分類 真空閥：小于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 低壓閥門：PN1.6MPa 中壓閥門：PN2.5 - 6.4MPa 高壓閥門：PN10.080.0MPa 超高壓閥門：PN100Mpa 按照工作溫度分類 高溫閥門：工作溫度高于 450 中溫閥門：工作溫度高于或等于 120，而低于或等于 450 常溫閥門：工作溫度高于或等于-40，而低于或等于 120 低溫閥門：工作溫度高于或等于-100，而低于或等于-40 超低溫閥門（冷凍閥）：工作溫度低于-100 本文以符合API規(guī)范的手動(dòng)鋼制閘閥、截止閥、球閥、蝶閥、止回閥5種閥門為分析對(duì)象，從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、端部連接、材料、驅(qū)動(dòng)方式等方面進(jìn)行扼要介紹

5、，對(duì)閥門的選用進(jìn)行探討。11 1 閥門介紹閥門介紹1.1 閘閥閘閥閘閥是石化行業(yè)中應(yīng)用最廣的閥門，用于連通或切斷管路，全開時(shí)整個(gè)流通直通，此時(shí)介質(zhì)運(yùn)行的壓力損失最小。閘閥適用于不需要經(jīng)常啟閉，而且保持閘板全開或全閉的工況，沒有流向限制。不作調(diào)節(jié)或節(jié)流使用。對(duì)于高速流動(dòng)的介質(zhì)，閘板在局部開啟狀況下可以引起閘門的振動(dòng)，而振動(dòng)又可能損傷閘板和閥座的密封面，而節(jié)流會(huì)使閘板遭受介質(zhì)的沖蝕。此外，閘閥加工較為復(fù)雜，密封面損傷之后不易修理，外形尺寸大，啟閉時(shí)間較長。1.1.1 閘板閘閥的開啟和關(guān)閉，密封性能和壽命，主要取決于閘板，是閘閥的關(guān)鍵零件，常見的有楔形閘板和平行閘板兩種。楔形閘板分為剛性閘板、彈性閘

6、板和雙閘板三種 剛性閘板 彈性閘板 雙閘板剛性閘板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，使用可靠，但對(duì)密封面的楔角加工精度要求高，加工和維修較為困難，易產(chǎn)生擦傷。彈性閘板在閘板中部開環(huán)狀槽或由兩塊閘板組焊而成，中間為空心，可以自行補(bǔ)償異常載荷引起的閥體變形。雙閘2板是兩塊閘板通過球面頂心鉸接而成，楔角可以靠頂心自動(dòng)調(diào)整，不易被卡住，也不易被擦傷，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件較多、閘板容易脫落。平行式閘板多用于油氣輸送系統(tǒng)，在化工裝置中已不常使用。1.1.2 閥桿閥桿分為明桿與暗桿。明桿閥門的閥桿螺紋在閥體外，螺紋不與輸送介質(zhì)接觸，不會(huì)受到腐蝕，也便于從外部進(jìn)行潤滑維護(hù)，閥桿上升而手輪不升，閥體上通常有門架結(jié)構(gòu)，即我們通常

7、所說的“OS&Y, Rising stem, Un-rising Hand wheel”。暗桿閥門在手輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，閥桿轉(zhuǎn)而不升降，閥板在閥桿螺紋上升降完成啟閉動(dòng)作，多用于空間受限且低壓、無腐蝕的場(chǎng)合，如一些鑄鐵和銅閥，通常不用于工藝生產(chǎn)裝置。 明桿式閥門 暗桿式閥門1.1.3 閥蓋最為常見的閥蓋連接為栓接閥蓋，此外還有焊接閥蓋和螺紋連接閥蓋。1.2 截止閥截止閥截止閥的啟閉件是塞形閥瓣，密封面呈平面或錐面，閥座垂直于流體流向，流體流經(jīng)閥門時(shí)方向改變，阻力較大，且座上易沉積固體而影響密封性能，一般不用于帶懸浮顆粒的液體。其閥瓣動(dòng)作時(shí)與閥座的摩擦很小或基本沒有，密3封能力很強(qiáng)。截止閥適用于要

8、求頻繁操作的場(chǎng)合，有流向要求。按結(jié)構(gòu)形式，有直通式、角式和Y形三種形式。節(jié)流閥和針形閥也是截止閥的一種。應(yīng)該注意的是，根據(jù)截止閥閥瓣形式的不同，其作用也略有不同：a. 平面閥座最簡(jiǎn)單，最經(jīng)濟(jì)的閥瓣類型。作切斷用，可作不精確流量調(diào)節(jié)，適于現(xiàn)場(chǎng)維修。b. V形端口閥瓣閥瓣底部由閥體閥座環(huán)引導(dǎo)，最大限度提高閥瓣在節(jié)流應(yīng)用中的穩(wěn)定性。V形端口閥內(nèi)件的閥門配置不旋轉(zhuǎn)閥桿，在軛架上安裝位置指示器。特別適用于應(yīng)用環(huán)境不太嚴(yán)酷，但是要求具有近似線性流量調(diào)節(jié)特性的場(chǎng)合。c. 球型閥瓣球形閥瓣和錐體閥座之間線接觸。這種結(jié)構(gòu)將未硬化不銹鋼閥座的磨損可能性降到最小程度，也降低了卡在閥體閥座上的可能性。d. 軟密封閥瓣

9、特氟隆環(huán)粘合在閥瓣的槽內(nèi)，最大限度延長使用壽命。這種結(jié)構(gòu)對(duì)于較低溫度，并且要求緊密關(guān)閉的應(yīng)用環(huán)境非常理想。 a b c d4截止閥的閥體結(jié)構(gòu)與閘閥類似，在此不再贅述。1.3 球閥球閥 球閥具有啟閉迅速、阻力小、維修方便的特點(diǎn)，廣泛適用于漿液、粘性流體以及對(duì)密封要求較高的介質(zhì)管道。按照球體的結(jié)構(gòu)形式，球閥分為浮動(dòng)球閥和固定球閥。前者的球體是可以浮動(dòng)的，在介質(zhì)壓力的作用下球體被壓緊到密封圈上，實(shí)現(xiàn)密封。后者的球體被上下兩端的軸承固定，只能轉(zhuǎn)動(dòng)，不能產(chǎn)生水平位移。為保證密封，必須有能產(chǎn)生推力的浮動(dòng)閥座，使密封圈壓緊到閥體上。按閥體形式，分為整體式（頂裝式和側(cè)裝式），兩片式和三片式，三片式常用于螺紋和

10、焊接球閥。按流道形式分為全通徑和縮徑球閥。按閥座材料，分成軟密封和硬密封球閥。1.4 蝶閥蝶閥相比于其他閥門，蝶閥尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開關(guān)迅速，開啟力小，具有良好的流量調(diào)節(jié)性能和關(guān)閉密封性能，可以用于帶懸浮固體顆粒的介質(zhì)。最初，蝶閥一直是用在水系統(tǒng)上，隨著加工工藝的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是三偏心蝶閥出現(xiàn)之后，蝶閥正日益廣泛的使用于工藝系統(tǒng)之上。蝶閥以閥桿和閥板的位置來劃分，可以分為中線型、單偏心、雙偏心（又稱高性能蝶閥）和三偏心四種，按連接形式分成對(duì)夾型、凸耳型和法蘭型。1.5 止回閥止回閥止回閥又名單向閥，用于防止流體倒流，安裝止回閥時(shí)必須注意閥體上的方向箭頭。常用的止回閥又兩種：

11、升降式和旋啟式（單瓣和雙瓣）。升降式止5回閥常用于小口徑管道（DN40及以下），旋啟式止回閥用于垂直管上時(shí)，流向必須自下而上。2 常見故障常見故障2.1 閘閥閘閥在閘閥的使用過程中，常常會(huì)遇到以下故障：1.剛性閘板閘閥冷態(tài)開啟、熱態(tài)關(guān)閉，由于高溫?zé)崤蛎浽斐傻拈y座變形，會(huì)出現(xiàn)“卡死”現(xiàn)象。2.在LNG、LPG介質(zhì)管線，閘閥關(guān)閉后，一部分介質(zhì)會(huì)被封閉在底部空腔，如上游流體溫度升高，腔內(nèi)流體會(huì)因?yàn)閭鳠嵝?yīng)溫度升高，液體可能迅速氣化，導(dǎo)致壓力急劇升高，十分危險(xiǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)必須予以考慮。2.2 球閥球閥1.球閥也存在著中腔和通道內(nèi)低溫流體氣化導(dǎo)致的“異常升壓?jiǎn)栴}”。 2.有的項(xiàng)目，出于經(jīng)濟(jì)性的考慮，會(huì)采用碳

12、鋼閥球鍍鉻、鍍鎳（ENP）來節(jié)約成本。但是基材和鍍層的熱膨脹系數(shù)不同，鍍層容易脫落，損傷閥座，剝落物隨介質(zhì)流到下游，會(huì)造成不良影響。63.絕熱管線上使用的球閥，施工完畢，閥桿被埋在絕熱層里面，難以操作。不得不切掉部分絕熱層，以犧牲絕熱性能為代價(jià)來保證操作。4.三片式焊接球閥，管道施工時(shí)，高溫會(huì)破壞軟密封閥座，使密封失效。2.3 蝶閥蝶閥1.對(duì)夾式蝶閥連接螺栓較長，高溫時(shí)膨脹，法蘭密封面容易松弛，致連接處泄露。對(duì)夾式的止回閥也會(huì)有同樣的問題。2.蝶閥的長度很短，閥板打開時(shí)容易碰到管子內(nèi)壁，水處理裝置常常會(huì)用到襯膠管子，這使得管子內(nèi)徑近一步變小，造成蝶閥無法正常工作。2.4 止回閥止回閥1.旋啟式

13、止回閥在低壓、低流速的情況下使用，閥瓣易產(chǎn)生顫動(dòng)，此時(shí)閥門只能部分打開，閥瓣不斷開關(guān)持續(xù)顫動(dòng)。2.工程上有這樣的情況：止回閥的壓力等級(jí)和口徑與所連法蘭、管子一致，而止回閥不能打開，這時(shí)候就應(yīng)該考慮是否因?yàn)榱黧w的實(shí)際壓力遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)壓力，即遠(yuǎn)低于選用止回閥的壓力等級(jí)，而使閥瓣不能開啟或者全開。3 選用原則選用原則根據(jù)前面介紹的閥門特點(diǎn)和分析實(shí)際應(yīng)用中的常見故障，閥門的選用需要從類型、壓力等級(jí)、結(jié)構(gòu)型式、端部連接、材料和操作方式等6個(gè)方面入手，原則概括如下：3.1 類型選定類型選定選擇閥門類型時(shí)，必須考慮的因素有： 介質(zhì)特性（帶懸浮固體顆粒流體、黏性流體、漿料） 用途（切斷、分流、調(diào)節(jié)或防止逆流）7

14、 操作條件（是否頻繁） 快速啟閉 尺寸（尺寸很大的閥門只能在有限的閥型中才能找到） 經(jīng)濟(jì)性因素 操作空間3.2 壓力等級(jí)選定壓力等級(jí)選定壓力等級(jí)應(yīng)該依據(jù)介質(zhì)的設(shè)計(jì)溫度和壓力，按ASME B16.34的相關(guān)要求進(jìn)行選擇。3.3 結(jié)構(gòu)選定結(jié)構(gòu)選定這5種閥門各不相同，在此分別予以介紹3.3.1 閘閥（不宜用于有固體沉降的流體）a.在DN50時(shí)一般使用剛性單閘板；在DN50時(shí)一般使用彈性單閘板。b.要求低泄露的工況，采用波紋管密封閘閥c.壓力超過Class 900,口徑超過DN50的，選用壓力自緊密封閥蓋；壓力等級(jí)低于或者等于Class 600的，應(yīng)選用螺栓連接閥蓋；嚴(yán)格防止泄露的工況，可以考慮采用焊

15、接閥蓋；常溫低壓的公用工程閥門，可以使用螺紋連接閥蓋。低溫（低于-46）閘閥閥蓋應(yīng)延長。3.3.2 截止閥（口徑一般在DN200以下，不宜用于懸浮固體和粘度較大的流體）a.對(duì)阻力降要求比較嚴(yán)格的管線上，可以選用8b.希望做到較為精確流量調(diào)節(jié)的管線上，其閥瓣形式可以選用下圖所示的幾種類型： c.要求低泄露的工況，采用波紋管密封截止閥d.截止閥閥蓋要求與閘閥相同。3.3.3 球閥a.固定球適用于較大口徑和壓力較高的場(chǎng)合,一般以DN200(CLASS150)，DN150 (CLASS300和CLASS600)為界，之下宜采用浮動(dòng)球。b.整體式（頂裝式）應(yīng)用于危險(xiǎn)性較高的介質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)在線維修，三片式常

16、用于螺紋和焊接球閥。c.按流道形式分為全通徑和縮徑球閥，除非工藝上有要求或者必須使用全通徑球閥的場(chǎng)合（通球管線），首選縮徑球閥。d.軟密封球閥需要考慮防靜電設(shè)置，用于可燃介質(zhì)時(shí)，還要考慮防火設(shè)計(jì)。9103.3.4 蝶閥橡膠閥座蝶閥(橡膠襯里閥體)多用在水系統(tǒng)上，為中線型結(jié)構(gòu)，這種蝶閥在管道安裝時(shí)可以不使用墊片，因?yàn)槠湎鹉z襯里的翻邊可以充當(dāng)墊片的功能。PTFE閥座蝶閥多用在工藝系統(tǒng)上，一般為單偏心或雙偏心結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)y安裝于管端或兩端需要拆卸時(shí)，應(yīng)選擇帶螺紋的支耳式或法蘭蝶閥。中線蝶閥的最小口徑一般為DN50；偏心蝶閥的最小口徑一般為DN80。3.3.5 止回閥(1)水平升降式止回閥一般用于DN4

17、0的場(chǎng)合，只能安裝在水平管道上。立式升降式止回閥通常用于DN100的場(chǎng)合，安裝在垂直管道上。(2)升降式止回閥推薦選用帶彈簧的形式，密封性能好。(3)旋啟式止回閥最小口徑一般為DN50，可以用在水平管道上，也可用在垂直管道上(流體必須是自下而上)，但易引起水錘現(xiàn)象。雙瓣止回閥(Double Disc)往往是對(duì)夾式的，節(jié)省空間，便于管道布置，在大口徑上尤其使用廣泛。(4)在有可能產(chǎn)生水錘現(xiàn)象的情況下，可以考慮采用帶緩閉裝置和阻尼機(jī)構(gòu)的止回閥。113.4 連接方式選定連接方式選定閥門端部常用的連接形式包括法蘭連接、螺紋連接、對(duì)焊連接和承插焊連接。法蘭連接有利于閥門的安裝和拆卸，對(duì)夾式(Wafer)

18、和支耳式(Lug)閥門連接也是用法蘭實(shí)現(xiàn)的，對(duì)夾連接方式只能用于溫度較低的場(chǎng)合。用于管端和需要拆卸的地方，可以選用法蘭連接或帶螺紋的支耳連接。對(duì)焊接頭強(qiáng)度高、密封性好，所以在化工系統(tǒng)中對(duì)焊連接的閥門大多應(yīng)用在一些高溫、高壓、有劇毒介質(zhì)、易燃易爆的場(chǎng)合。螺紋連接一般用于公稱尺寸不超過DN 40的管道系統(tǒng)中，但不能用于有縫隙腐蝕的流體介質(zhì) 。不得用于劇毒、可燃介質(zhì)的管道上，同時(shí)也應(yīng)避免使用在循環(huán)載荷的工況上。目前工程中使用在壓力不高的場(chǎng)合。管道上的螺紋形式主要是錐管螺紋，錐管螺紋有兩種規(guī)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(zhì)的管道上，如果安裝需要，必須采用螺紋連接時(shí)，此時(shí)公稱尺寸不應(yīng)超過DN20，在螺紋連接后再進(jìn)行密封焊。3.5 操作方式選定操作方式選定依據(jù)閥門的類型、口徑和壓力等級(jí)不同，