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阀门选型技巧和试压方法

来自: 黎明胜 发布于: 2017-03-14 18:35:21
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在流体管道系统中,调节阀是控制元件,其投资约占管道工程费用的30%~50%。阀门的主要功能为启闭、节流、调节流量、隔离设备和管道系统、防止介质倒流、调节和排泄压力等。阀门也是管路中最复杂的元件,它一般由多个零部件装配而成,技术含量高。随着石油化工工业的迅速发展,石油化工生产装置中的介质大多具有毒性大、可燃、易爆和腐蚀性强的特点,运行工况较复杂苛刻,操作温度和压力较高,开工周期长,阀门一旦出现故障,轻者导致介质泄漏,既污染环境又造成经济损失,重者导致装置停工停产,甚至造成恶性事故。因而,在管道设计中,科学合理地选择阀门既能降低装置的建设费用,又保证生产安全运行。文章主要介绍了各种常用阀门如闸阀、截止阀、节流阀、旋塞阀、球阀、隔膜调节阀等的选型方法。


1、阀门选型的要点

1明确阀门在设备或装置中的用途

确定阀门的工作条件:适用介质的性质、工作压力、工作温度和操纵控制方式等。

2正确选择阀门的类型

阀门型式的正确选择是以设计者对整个生产工艺流程、操作工况的充分掌握为先决条件的,在选择阀门类型时,设计人员应首先掌握每种阀门的结构特点和性能。

3确定阀门的端部连接

在螺纹连接、法兰连接、焊接端部连接中,前两种最常用。螺纹连接的阀门主要是公称通径在50mm以下的阀门,如果通径尺寸过大,连接部的安装和密封十分困难。法兰连接的阀门,其安装和拆卸都比较方便,但是较螺纹连接的阀门笨重,价格较高,故它适用于各种通径和压力的管道连接。焊接连接适用于较荷刻的条件下,比法兰连接更为可靠。但是焊接连接的阀门拆卸和重新安装都比较困难,所以它的使用仅限于通常能长期可靠地运行,或使用条件荷刻、温度较高的场合。

4阀门材质的选择

选择阀门的壳体、内件和密封面的材质,除了考虑工作介质的物理性能(温度、压力)和化学性能(腐蚀性)外,还应掌握介质的清洁程度(有无固体颗粒),除此之外,还要参照国家和使用部门的有关规定。正确合理的选择阀门的材质可以获得阀门最经济的使用寿命和最佳的使用性能。阀体材料选用顺序为:铸铁-碳钢-不锈钢,密封圈材料选用顺序为:橡胶-铜-合金钢-F4。

5其它

除此之外,还应确定流经阀门流体的流量及压力等级等,利用现有的资料(如阀门产品目录、阀门产品样本等)选择适当的阀门。


2、常用阀门介绍

阀门种类多、品种复杂,主要有闸阀、截止阀、节流阀、蝶阀、旋塞阀、球阀、电动阀、隔膜阀、止回阀、安全阀、减压阀、蒸汽疏水阀和紧急切断阀等,其中常用的有闸阀、截止阀、节流阀、旋塞阀、蝶阀、球阀、止回阀、隔膜阀。

1闸阀

闸阀是指启闭体(阀板)由阀杆带动,沿阀座密封面作升降运动的阀门,可接通或截断流体的通道。闸阀较截止阀密封性能好,流体阻力小,启闭省力,具有一定的调节性能,是最常用的截断阀门之一。缺点是尺寸大、结构较截止阀复杂,密封面易磨损,不易维修,一般不宜作节流用。按闸阀阀杆上螺纹位置分为明杆式和暗杆式两类。按闸板的结构特点又可分为楔式和平行式两类。

2截止阀

截止阀是向下闭合式阀门,启闭件(阀瓣)由阀杆带动沿阀座(密封面)轴线作升降运动的阀门。与闸阀相比,其调节性能好,密封性能差,结构简单,制造维修方便,流体阻力较大,价格便宜,是一种常用的截断阀,一般用于中、小口径的管道。

3球阀

球阀的启闭件是带圆形通孔的球体,球体随阀杆转动以实现启闭的阀门。球阀的结构简单,开关迅速,操作方便,体积小,重量轻,零部件少,流体阻力小,密封性好,维修方便。

4节流阀

节流阀除阀瓣以外与截止阀结构基本相同,其阀瓣是节流部件,不同形状具有不同的特性,阀座的通径不宜过大,因其开启高度较小介质流速增大,从而加速对阀瓣的冲蚀。节流阀外形尺寸小、重量轻、调节性能好,但调节精度不高。

5旋塞阀

旋塞阀是以带通孔的塞体作为启闭件,塞体随阀杆转动,以实现启闭的阀门。旋塞阀结构简单、开关迅速、操作方便、流体阻力小,部件少、重量轻。旋塞阀有直通式、三通式和四通式。直通式旋塞阀用于截断介质,三通式和四通式旋塞阀用于改变介质方向或进行介质分流。

6蝶阀

蝶阀是蝶板在阀体内绕固定轴旋转90°即可完成启闭作用。蝶阀体积小、重量轻、结构简单,只由少数几个零件组成。


而且只需旋转90°;即可快速启闭,操作简单。蝶阀处于完全开启位置时,蝶板厚度是介质流经阀体时唯一的阻力,因此通过该阀门所产生的压力降很小,故具有较好的流量控制特性。蝶阀分弹性软密封和金属硬密封两种密封型式。弹性密封阀门,密封圈可以镶嵌在阀体上或附在蝶板周边,密封性能好,既可用于节流,又可用于中等真空管道和腐蚀性介质。采用金属密封的阀门一般较弹性密封的阀门寿命长,但很难做到完全密封,通常用于流量和压降变化大、要求节流性能好的场合。金属密封能适应于较高的工作温度,弹性密封则具有受温度限制的缺陷。

7止回阀

止回阀是能自动阻止流体倒流的阀门,止回阀的阀瓣在流体压力作用下开启,流体从进口侧流向出口侧。当进口侧压力低于出口侧时,阀瓣在流体压差、本身重力等因素作用下,自动关闭,以防止流体倒流。按结构形式分升降式止回阀和旋启式止回阀。升降式较旋启式密封性好,流体阻力大。对于泵吸入管的吸入口处,宜选用底阀,其作用是:开泵前灌注水使泵的入口管充满水;停泵后保持入口管和泵体充满水,以备再次启动。底阀一般只安装在泵进口的垂直管道上,并且介质自下而上流动。

8隔膜阀

隔膜阀的启闭件是一块橡胶隔膜,夹于阀体与阀盖之间。


隔膜中间突出部分固定在阀杆上,阀体内衬有橡胶,由于介质不进入阀盖内腔,因此阀杆无需填料箱。隔膜阀结构简单、密封性能好,便于维修,流体阻力小。隔膜阀分为堰式、直通式、直角式和直流式。


3、常用阀门选型说明

1闸阀的选型说明

一般情况下,应首选闸阀。闸阀除适用于蒸汽、油品等介质外,还适用于含有粒状固体及粘度较大的介质,并适用于放空和低真空系统的阀门。对带有固体颗粒的介质,闸阀阀体上应带有一个或两个吹扫孔。对低温介质,应选用低温专用闸阀。

2截止阀选型说明

截止阀适用于对流体阻力要求不严的管路上,即对压力损失考虑不大,以及高温、高压介质的管路或装置,适用于DN<200mm的蒸汽等介质管道上;小型阀门可选用截止阀,如针形阀、仪表阀、取样阀、压力计阀等;截止阀有流量调节或压力调节,但对调节精度要求不高,而且管路直径又比较小时,宜选用截止阀或节流阀;对于剧毒介质,宜选用波纹管密封的截止阀;但截止阀不宜用于粘度较大的介质和含有颗粒易沉淀的介质,也不宜作放空阀及低真空系统的阀门。

3球阀选型说明

球阀适用于低温、高压、粘度大的介质。大多数球阀可用于带悬浮固体颗粒的介质中,依据密封的材料要求也可用于粉状和颗粒状的介质;全通道球阀不适用于流量调节,但适用于要求快速启闭的场合,便于实现事故紧急切断;通常在密封性能严格、磨损、缩口通道、启闭动作迅速、高压截止(压差大)、低噪音、有气化现象、操作力矩小、流体阻力小的管路中,推荐使用球阀。


球阀适用于轻型结构、低压截止、腐蚀性介质中;球阀还是低温、深冷介质的最理想阀门,低温介质的管路系统和装置上,宜选用加上阀盖的低温球阀;选用浮动球球阀时其阀座材料应承接球体和工作介质的载荷,大口径的球阀在操作时需要较大的力,DN≥200mm的球阀应选用蜗轮传动形式;固定球球阀适用于较大口径及压力较高的场合;另外,用于工艺剧毒物料、可燃介质管道的球阀,应具有防火、防静电结构。

4节流阀选型说明

节流阀适用于介质温度较低、压力较高的场合,适用于需要调节流量和压力的部位,不适用于粘度大和含有固体颗粒的介质,不宜作隔断阀。

5旋塞阀选型说明

旋塞阀适用于要求快速启闭的场合,一般不适用于蒸汽及温度较高的介质,用于温度较低、粘度大的介质,也适用于带悬浮颗粒的介质。

6蝶阀选型说明

蝶阀适用于口径较大(如DN﹥600mm)及结构长度要求短,以及需要进行流量调节及启闭要求快速的场合,一般用于温度≤80℃、压力≤1.0MPa的水、油品和压缩空气等介质;由于蝶阀相对于闸阀、球阀压力损失比较大,故蝶阀适用于压力损失要求不严的管路系统中。

7止回阀选型说明

止回阀一般适用于清净介质,不宜用于含有固体颗粒和粘度较大的介质。当≤40mm时,宜采用升降止回阀(仅允许安装在水平管道上);当DN=50~400mm时,宜采用旋启式升降止回阀(在水平和垂直管道上都可安装,如安装在垂直管道上,介质流向要由下而上);当DN≥450mm时,宜采用缓冲型止回阀;当DN=100~400mm也可选用对夹式止回阀;旋启式止回阀可以做成很高的工作压力,PN可以达到42MPa,根据壳体及密封件的材质不同可适用于任何工作介质和任何工作温度范围。介质为水、蒸汽、气体、腐蚀性介质、油品、药品等。介质工作温度范围在-196~800℃之间。

8隔膜阀选型说明

隔膜阀适用于工作温度小于200℃、压力小于1.0MPa的油品、水、酸性介质和含悬浮物的介质,不适用于有机溶剂和强氧化剂介质;研磨颗粒性介质宜选堰式隔膜阀,选用堰式隔膜阀要参照它的流量特性表;粘性流体、水泥浆以及沉淀性介质宜选用直通式隔膜阀;除特定要求,隔膜阀不宜用于真空管路和真空设备上。


4、各种阀门试压方法

一般情况下,工业阀门在使用时不做强度试验,但修补过后阀体和阀盖或腐蚀损伤的阀体和阀盖应做强度试验。对于安全阀,其整定压和回座压力及其他试验应符合其说明书和有关规程的规定。阀门安装之彰应作强度和密封性试验。低压阀门抽查20%,如不合格应100%的检查;中、高压阀门应100%的检查。阀门试压常用的介质有水、油、空气、蒸汽、氮气等,各类工业阀门含气动阀门的试压方法如下:

1球阀的试压方法

气动球阀的强度试验应在球体半开状态下进行。


①浮动式球阀密封性试验:将阀处于半开状态,一端引入试验介质,另一端封闭;将球体转动几次,阀门处于关闭状态时打开封闭端检查,同时检查填料和垫片处密封性能,不得有渗漏现象。然后从另一端引入试验介质,重复上述试验。


②固定式球阀密封性试验:在试验前将球体空载转动几次,固定式球阀处于关闭状态,从一端引人试验介质至规定值;用压力表检查引入端密封性能,使用压力表精度0.5~1级,量程为试验压力的1.5倍。在规定时问内,没有降压现象为合格;再从另一端引入试验介质,重复上述试验。然后,将阀门处于半开状态,两端封闭,内腔充满介质,在试验压力下检查填料和垫片处,不得有渗漏。


③三通球阀应在各个位置上进行密封性试验。

2止回阀的试压方法

止回阀试验状态:升降式止回阀阀瓣轴线处于与水平垂直的位置;旋启式止回阀通道轴线和阀瓣轴线处于与水平线近似平行的位置。


强度试验时,从进口端引入试验介质至规定值,另一端封闭,看阀体和阀盖无渗漏为合格。


密封性试验从出口端引入试验介质,在进口端检查密封面处,填料和垫片处无渗漏为合格。

3减压阀的试压方法

①减压阀的强度试验一般以单件试验后组装,亦可组装后试验。强度试验持续时间:DN<50mm的lmin;DN65~150mm的大于2min;DN>150mm的大于3min。波纹管与组件焊接后,应用减压阀后最高压力的1.5倍、用空气进行强度试验。


②密封性试验时按实际工作介质进行。用空气或水试验时,以公称压力的1.1倍进行试验;用蒸汽试验时,以工作温度下允许的最高工作压力进行。进口压力与出口压力之差要求不小于0.2MPa。试验方法为:进口压力调定后,逐渐调节该阀的调节螺钉,使出口压力在最大与最小值范围内能灵敏地、连续地变化,不得有停滞、卡阻现象。对蒸汽减压阀,当进口压力调走后,关闭阀后截断阀,出口压力为最高和最低值,在2min内,其出口压力的升值应符合表4.176—22中规定,同时,阀后管道容积符合表4.18中规定为合格;对水、空气减压阀,当进口压力调定后,出口压力为零时,关闭减压阀进行密封性试验,在2min内无泄漏为合格。

4蝶阀的试压方法

气动蝶阀的强度试验与截止阀一样。蝶阀的密封性能试验应从介质流人端引入试验介质,蝶板应开启,另一端封闭,注入压力至规定值;检查填料和其他密封处无渗漏后,关闭蝶板,打开另一端,检查蝶板密封处无渗漏为合格。作为调节流量用的蝶阀可不做密封性能试验。

5旋塞阀的试压方法

①旋塞阀进行强度试验时,介质从一端引入,封闭其余通路,将塞子依次旋转到全开的各工作位置进行试验,阀体未发现渗漏为合格。


②密封性试验时,直通式旋塞应保持腔内与通路压力相等,将塞子旋转到关闭位置,从另一端进行检查,然后将塞子旋转180°重复上述试验;三通式或四通式旋塞阀应保持腔内与通路一端压力相等,将塞子依次旋转到关闭位置,压力从直角端引入,从其他端同时进行检查。


旋塞阀试验前允许在密封面上涂一层非酸性稀润滑油,在规定时间内未发现渗漏和扩大的水滴为合格。旋塞阀试验时间可短一些,一般按公称通径规定为l~3min。


煤气用的旋塞阀应以1.25倍工作压力进行空气密封性试验。

6隔膜阀的试压方法

隔膜阀强度试验从任一端引入介质,开启阀瓣,另一端封闭,试验压力升至规定值后,看阀体和阀盖无渗漏为合格。然后降压至密封性试验压力,关闭阀瓣,打开另一端进行检查,无渗漏为合格。

7截止阀和节流阀的试压方法

截止阀和节流阀的强度试验,通常将组装好的阀门放在试压架中,打开阀瓣,注入介质至规定值,检查阀体和阀盖是否冒汗和渗漏。也可单件进行强度试验。密封性试验只做截止阀。试验时截止阀的阀杆成垂直状态,阀瓣开启,介质从阀瓣底下一端引入至规定值,检查填料和垫片处;待合格后关闭阀瓣,打开另一端检查是否有渗漏。如果阀门强度和密封性试验都要做时,可先做强度试验,然后降压至密封性试验规定值,检查填料和垫片处;再关闭阀瓣,打开出口端检查密封面是否渗漏。

8闸阀的试压方法

闸阀的强度试验与截止阀一样。闸阀的密封性试验有两种方法。


①闸板开启,使阀内压力升至规定值;然后关闭闸板,立即取出闸阀,检查闸板两侧密封处有否渗漏或者直接往阀盖上的堵头内注入试验介质至规定值,检查闸板两侧密封处。以上方法叫做中间试压。这种方法不宜在公称通径DN32mm以下的闸阀做密封试验。


②另一种方法是将闸板开启,使阀门试验压力升至规定值;然后关闸板,打开一端盲板,检查密封面是否渗漏。再倒头,作以上重复试验至合格为止。


气动闸阀填料和垫片处密封性试验应在闸板密封性试验之前进行。

9安全阀的试压方法

①安全阀的强度试验与其他阀门一样,是用水作试验的。试验阀体下部时,压力从进I=I端引入,密封面封闭;试验阀体上部和阀盖时,压力从出El端引入,其他端封闭。在规定时间内阀体和阀盖无渗漏现象为合格。


②密封性试验和定压试验,一般使用介质是:蒸汽用安全阀以饱和蒸汽为试验介质;氨或其他气体用阀以空气为试验介质;水和其他非腐蚀性液体用阀以水为试验介质。对于一些重要位置的安全阀常用氮气为试验介质。


密封试验以公称压力值为试验压力进行试验,其次数不少于两次,在规定时间内无渗漏为合格。验漏方法有两种:一是将安全阀各连接处密封,用黄油把薄纸封贴在出El法兰上,薄纸鼓起为漏,不鼓起为合格;二是用黄油把薄塑料板或其他板封贴在出口法兰下部,灌水封住阀瓣,检验水中不冒泡为合格。安全阀定压和回座压力试验次数不少于3次,符合规定为合格。安全阀的各项性能试验见GB/T12242–1989安全阀性能试验方法》。


阀门选型总结

通过以上分析可知,一般情况下,应首选闸阀。

截止阀适用于对流体阻力要求不严的管路上,以及高温、高压介质的管路或装置,不宜用于粘度较大和含有颗粒的介质,也不宜作放空阀及低真空系统的阀门。

球阀适用于低温、高压、粘度大的介质,通常用在密封性能严格、磨损、缩口通道、启闭动作迅速、压差大、低噪音、有气化现象、操作力矩小、流体阻力小的管路中。

节流阀适用于介质温度较低、压力较高的场合,不适用于粘度大和含有固体颗粒的介质,不宜作隔断阀。

旋塞阀适用于要求快速启闭的场合,一般不适用于蒸汽及温度较高的介质,用于温度较低、粘度大的介质,也适用于带悬浮颗粒的介质。

蝶阀一般用于温度≤80℃、压力≤1.0MPa的水、油品和压缩空气等介质;由于蝶阀相对于闸阀、球阀压力损失比较大,故蝶阀适用于压力损失要求不严的管路系统中。

止回阀一般适用于清净介质,不宜用于含有固体颗粒和粘度较大的介质。

隔膜阀适用于工作温度小于200℃、压力小于1.0MPa的油品、水、酸性介质和含悬浮物的介质,不适用于有机溶剂和强氧化剂介质。

在石油、化工及其它行业的管道系统,阀门应用、操作频率和服务千变万化,要控制或杜绝低微的泄漏,最重要、最关键的设备是阀门。合理的选择阀门能够降低装置的建设费用、保证生产安全运行。


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