化工設(shè)計中常用閥門的選型方法

1、廣 東 化 工 2009年 第8期 · 244 · 第36卷 總第196期化工設(shè)計中常用閥門的選型方法程宇，劉敏(安徽省化工設(shè)計院，安徽 合肥 230009摘 要閥門的選型在化工管路設(shè)計中占有重要的地位，科學合理地選擇閥門既能保證生產(chǎn)安全運行，又能降低裝置的建設(shè)費用。文章介紹了閘閥、截止閥、節(jié)流閥、旋塞閥、蝶閥、球閥、止回閥、隔膜閥等常用閥門的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用范圍，并對化工設(shè)計中常用閥門的選型進行了介紹與說明。關(guān)鍵詞閥門；化工設(shè)計；選型中圖分類號TH 文獻標識碼A 文章編號1007-1865(200908-0244-02Selection of Common Valves in

2、Chemical Engineering DesignCheng Yu, Liu Min(Anhui Province Chemical Industry Design Institute, Hefei 230009, ChinaAbstract: Selection of valves was very important in chemical engineering design. If valves are selected scientifically, the production safety could be insured effectively and the constr

3、uction expense could also be reduced to a considerable extent. This paper introduced the structure and application of various common valves including gate valve, globe valve, ball valve, throttle valve, butterfly valve, diaphragm valve, plug valve and check valve. The selection of the common valves

4、was also introduced and commented.Keywords: valve ；chemical engineering design；selection在流體管道系統(tǒng)中，閥門是控制元件，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(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雜的元件，它一般由多個零部件裝配而成，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(xiàn)故障，輕者導致介質(zhì)泄漏，既污染

5、環(huán)境又造成經(jīng)濟損失，重者導致裝置停工停產(chǎn)，甚至造成惡性事故。因而，在管道設(shè)計中，科學合理地選擇閥門既能降低裝置的建設(shè)費用，又保證生產(chǎn)安全運行。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、隔膜閥等的選型方法。1 閥門選型的要點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)計者對整個生產(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，設(shè)計人員應(yīng)首先掌握每種閥門的結(jié)構(gòu)特點和性能；1.3 確定閥門的端部連接1在螺紋連接、法蘭連接、焊接端部連接中，前兩種最常用

6、。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(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

7、閥門的材質(zhì)可以獲得閥門最經(jīng)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(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?shù)拈y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(jié)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(jié)流閥、旋塞閥、蝶閥、球閥、止回閥、隔膜閥。 2.1 閘閥2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

8、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，是最常用的截斷閥門之一。缺點是尺寸大、結(jié)構(gòu)較截止閥復雜，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(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(zhuǎn)動以實現(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

9、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，收稿日期 2009-04-15作者簡介 程宇(1971-，女，浙江杭州人，工程師，主要從事化工工藝設(shè)計。2009年 第8期 廣 東 化 工 第36卷 總第196期 · 245 ·以實現(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

10、、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(zhì)，三通式和四通式旋塞閥用于改變介質(zhì)方向或進行介質(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，蝶板厚度是介質(zhì)流經(jīng)閥體時唯一的阻力，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

11、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(cè)流向出口側(cè)。當進口側(cè)壓力低于出口側(cè)時，閥瓣在流體壓差、本身重力等因素作用下，自動關(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。底閥一般只安裝在泵進口的垂直管道上，并且介質(zhì)自下而上

12、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(nèi)襯有橡膠，由于介質(zhì)不進入閥蓋內(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3。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)帶有一個或兩個吹掃孔。對低溫介質(zhì)，應(yīng)選用低溫專用閘閥2。 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

13、高溫、高壓介質(zhì)的管路或裝置，適用于DN 200 mm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，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，便于實現(xiàn)事故緊急切斷；通常在密封性能嚴格、磨損

14、、縮口通道、啟閉動作迅速、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；選用浮動球球閥時其閥座材料應(yīng)承接球體和工作介質(zhì)的載荷，大口徑的球閥在操作時需要較大的力，DN 200 mm的球閥應(yīng)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(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

15、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 600 mm及結(jié)構(gòu)長度要求短，以及需要進行流量調(diào)節(jié)及啟閉要求快速的場合，一般用于溫度80 、壓力1.0 MPa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DN 40 mm時，宜采用升降止回閥(僅允許安裝在水平管道上 ；當D

16、N 50400 mm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(zhì)流向要由下而上 ；當DN 450 mm時，宜采用緩沖型止回閥；當DN 100400 mm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42 MPa，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-196800 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1.0 MPa的油品、水、酸性介質(zhì)和含懸浮物的介質(zhì)，不適用于有機溶劑和強氧化劑介質(zhì)4；研磨顆粒性介質(zhì)宜選堰式

17、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格、磨損、縮口通道、啟閉動作迅速、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

18、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1.0 MPa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1.0 MPa的油品、水、酸性介質(zhì)和含懸浮物的介質(zhì)，不適用于有機溶劑和強氧化劑介質(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)費用、保證生

19、產(chǎn)安全運行。參考文獻1王懷義石油化工管道安裝設(shè)計便查手冊(第二版M北京：中國石化出版社，20072中國石化集團上海工程有限公司化工工藝設(shè)計手冊(第三版 下冊M北京：化學工業(yè)出版社，20073張德姜，趙勇石油化工工藝管道設(shè)計與安裝M北京：中國石化出版社，20014張德姜，王懷義，劉紹葉，等石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計手冊(第(下轉(zhuǎn)第263頁2009年 第8期 廣 東 化 工 第36卷 總第196期 · 263 ·(本文文獻格式：劉升大型焦爐的長時間空爐保溫J廣東化工，2009，36(8：243(上接第245頁三篇 閥門M北京：中石化出版社，2005(本文文獻格式：程宇，劉敏化

20、工設(shè)計中常用閥門的選型方法J廣東化工，2009，36(8：244-245(上接第247頁造完畢投入使用。改造前、后的加酸量和加酸時間分別見表2和表3。對比表2和表3可以看出：攪拌釜改造后，加酸量由原來的每釜672 mL減為136 mL，加酸時間由原來的每釜3.36 h縮短為0.3 h，大大提高了生產(chǎn)效率。3 加酸技術(shù)改進后2-ME 裝置的運行情況2004年2月兩項加酸技術(shù)改進應(yīng)用后，產(chǎn)品質(zhì)量達到國內(nèi)一流水平。2004年3月經(jīng)美國有機物種化學品有限公司測定后得出的結(jié)論是：“檢驗已通過，質(zhì)量達到歐美水平”。2004年6月12日，第一批2-ME 產(chǎn)品正式出口美國，同時國內(nèi)銷量亦穩(wěn)步上升，現(xiàn)在國內(nèi)市場

21、占有率達80 %以上，產(chǎn)品遠銷世界各地，取得了可觀的經(jīng)濟效益。2-ME 裝置自投產(chǎn)以來產(chǎn)品的產(chǎn)銷情況見表4。表4 2-ME 產(chǎn)品各年度產(chǎn)銷情況Tab.4 The situation of 2-ME products annual production sale銷量/t年度產(chǎn)量/t國內(nèi)銷量出口銷量利潤/萬元2003年512月 273 1300 50 2004年 1272 1257 440 251 2005年 1527 1589 352 318 2006年 1593 1623 440 325 2007年 1919 1713 475 335 2008年 2359 2575922352從表4可以看出，

22、2-ME 產(chǎn)品的產(chǎn)量和出口量逐年增加，效益逐年增長。4 結(jié)論2-ME 生產(chǎn)裝置的加酸工藝技術(shù)改進經(jīng)過工業(yè)應(yīng)用后，解決了產(chǎn)品出現(xiàn)懸浮物和混濁的問題，色度達到5，pH 穩(wěn)定在5.0左右，加酸量由原來的每釜的672 mL減為136 mL，加酸時間由原來的3.36 h縮短為0.3 h。通過加酸技術(shù)改進，產(chǎn)品質(zhì)量達到世界先進水平，遠銷世界各地，取得了顯著的經(jīng)濟效益。參考文獻1呂楠2-ME 的合成技術(shù)進展與市場需求，科技與開發(fā)，2003，(21：23-262上?；W院基礎(chǔ)化學工程上海：上?？茖W技術(shù)出版社，1978：39-41 3王凱，虞軍化工設(shè)備設(shè)計全書編輯委員會，攪拌設(shè)備北京：化學工業(yè)出版社，2003(本文文獻格式：梁坤2-巰基乙醇裝置工藝技術(shù)改進J廣東化工，2009，36(8：246-247(上接第249頁的概念是測控系統(tǒng)的抽象，不管是傳統(tǒng)的還是虛擬的儀器，它們的功能都是相同