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化工設計常用閥門的特點及用途
[摘要]閥門的選型在化工管路設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費用。在化工設計中常用閥門的品種多、功能不同，為管路系統(tǒng)選擇合適的閥門須了解常用閥門的特點、用途。
[關鍵詞]化工設計;閥門;管道系統(tǒng)
1概述
閥門是壓力管道系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能是：接通和截斷介質(zhì);防止介質(zhì)倒流;調(diào)節(jié)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，以保證管道或設備安全運行等[1]。只有了解常用閥門的特點及用途，才能在設計中給管道系統(tǒng)選定最適合的閥門。
2常用閥門的特點及用途
工程上閥門種類很多，由于流體的壓力、溫度和物理化學性能的不同，所以對流體系統(tǒng)的控制要求也不相同，其中閘閥、截止閥、止回閥、旋塞閥、球閥、蝶閥和隔膜閥在化工裝置中應用最廣泛。
21閘閥
閘閥是化工生產(chǎn)裝置中用得最多的一種類型，流體流經(jīng)閘閥時不改變流向，當閘閥全開時阻力系數(shù)小，適用的口徑圍、壓力溫度范圍都很寬。與同口徑的截止閥相比，其安裝尺寸較小。在一般情況下，設計中首選閘閥。
閘閥的缺點：高度大;啟閉時間長;在啟閉過程中，密封面容易被沖蝕;修理比截止閥困難;不適用于含懸浮物和析出結晶的介質(zhì);也難于用非金屬耐腐蝕材料來制造。
當閘閥部分開啟時，介質(zhì)會在閘板背面產(chǎn)生渦流，易引起閘板的沖蝕和振動，閥座的密封面也容易損壞，因此閘閥不適用于需要調(diào)節(jié)流量的場合，只適用于全開或全閉的情況，即一般用于控制流體的啟閉。
閘閥按閥桿上螺紋位置分明桿式和暗桿式[2]，明桿式閘閥適用于腐蝕介質(zhì)，在化工工程上基本使用明桿式閘閥。暗桿閘閥主要用于水道上，多用于低壓、無腐蝕性介質(zhì)的場合，如一些鑄鐵和銅閥門。按閘板的結構形式分楔式閘板、平行式閘板。楔式閘板有單閘板，雙閘板之分。平行式閘板多用于油氣輸送系統(tǒng)，在化工裝置中不常用。
閘閥的應用：適用于蒸汽、高溫油品及油氣等介質(zhì)及開關頻繁的部位，不宜用于易結焦的介質(zhì)。楔式單閘板閘閥適用于易結焦的高溫介質(zhì)。楔式雙閘板閘閥適用于蒸汽、油品和對密封面磨損較大的介質(zhì)，或開關頻繁部位，不宜用于易結焦的介質(zhì)。
22截止閥
截止閥是化工裝置廣泛應用的閥型。一般多裝在泵出口、調(diào)節(jié)閥旁路流量計上游等需調(diào)節(jié)流量之處。
截止閥的缺點：只允許介質(zhì)單向流動，安裝時有方向性;容易在閥座上沉積固形物，不適用于懸浮液;與同口徑的閘閥相比，體積較大，關閉時需要克服介質(zhì)的阻力，其最大直徑僅用到DN200;流體阻力較大，長期運行時，其密封可靠性不強。
截止閥的動作特性是關閉件(閥瓣)沿閥座中心線移動。其主要作用是切斷，也可粗略調(diào)節(jié)流量，但不能作為節(jié)流閥使用。截止閥與閘閥相比主要有如下優(yōu)點： 在開閉過程中密封面的摩擦力比閘閥小，耐磨;開啟高度比閘閥小;截止閥通常只有一個密封面，制造工藝好，便于維修。
截止閥和閘閥一樣也有明桿和暗桿之分，在此不再贅述。根據(jù)閥體結構不同截止閥有直通式、角式和Y型。直通式應用最廣泛，Y型截止閥和角式截止閥壓力降較小，角式用于流體流向90°變化的場合。
截止閥的應用：適用于蒸汽等介質(zhì)，不宜用于黏度大、含有顆粒、易結焦、易沉淀的介質(zhì)，也不易作放空閥及真空系統(tǒng)的閥門。
23止回閥
止回閥又稱單向閥，其特點：只允許介質(zhì)向一個方向流動，當介質(zhì)順流時閥瓣會自動打開，當介質(zhì)反向流動時能自動關閉。
止回閥用于防止流體逆向流動，防止由于流體倒流造成的污染、溫升或機械損壞。但只能用以防止突然倒流但密封性能欠佳，因此對嚴格禁止混合的物料，還應采取其他措施。安裝止回閥時，應注意介質(zhì)的流動方向應與止回閥上的箭頭方向一致。
常用的止回閥有旋啟式、升降式和球式三類。旋啟式直徑比后兩種較大，可安裝在水平管或垂直管上，安裝在垂直管上時流體應自下而上流動，升降式和球式口徑較小，且只能安裝在水平管路上。
離心泵進口為吸上狀態(tài)時，為保持泵內(nèi)液體在進口管端裝設的底閥也是一種止回閥。當容器為敞口時，底閥可帶濾網(wǎng)[3]。
止回閥的應用：適用于清凈介質(zhì)，不宜用于含固體顆粒和黏度較大的介質(zhì)。
24蝶閥
蝶閥也稱蝴蝶閥，其特點：流體阻力較小、重量輕、結構簡單、結構尺寸小，啟閉迅速，制造較其他閥門節(jié)省材料。
蝶閥可適用于切斷和節(jié)流，特別適用于大流量調(diào)節(jié)，使用溫度受密封材料的限制。可用于帶有懸浮固體的液體介質(zhì)，適用于大口徑管道。由于以往的加工工藝落后，蝶閥一直用在水系統(tǒng)上，而很少用在工藝系統(tǒng)上，隨著材料、設計及加工的改進，蝶閥已經(jīng)越來越多地用在工藝系統(tǒng)上了。
因蝶閥比閘閥經(jīng)濟、調(diào)節(jié)流量性能好，故能夠使用蝶閥的地方最好不要使用閘閥。對于設計壓力較低、管道直徑較大，要求快速啟閉的場合一般選用蝶閥。
蝶閥有軟密封和硬密封兩種類型。選擇軟密封和硬密封主要取決于流體介質(zhì)的溫度。相對而言軟密封要比硬密封的密封性能好。
蝶閥的應用：適合制成大孔徑閥門，用于溫度小于300℃、壓力小于10MPa的原油、油品、水等介質(zhì)。隨著蝶閥的性能不斷改進，目前使用范圍在不斷擴大。
25旋塞閥
旋塞閥是歷史上最早被人們采用的閥件。其特點：密封性可靠、啟閉省力、使用壽命長，可雙向密封，往往用在高度或極度危害的物料上，但是啟閉力矩比較大，價格也比較高;旋塞閥腔體內(nèi)不積液，特別是對間歇裝置的物料不會造成污染，所以在有些場合必須使用旋塞閥。
旋塞閥在管道中主要用于切斷、分配和改變介質(zhì)流向。它使用于多通道結構，以致一個閥門可以獲得兩個、三個甚至四個不同的流道，這樣可以簡化管道系統(tǒng)的設計，減少閥門用量以及設備中需要的一些連接配件。
旋塞閥可分為無潤滑及潤滑型兩種。帶有強制潤滑的油封式旋塞閥，由于強制潤滑使旋塞和旋塞的密封面間形成一層油膜。這樣密封性能更好，啟閉省力，防止密封面受到損傷，但是必須考慮潤滑是否對物料有污染，而且需定期維護[4]。在工程上應優(yōu)先選擇無潤滑型。
旋塞閥的應用：適用于溫度較低、黏度較大的介質(zhì)和要求開關快速的部位，一般不適用于蒸汽和溫度較高的介質(zhì)。
26球閥
球閥的功能與旋塞閥類似(球閥是旋塞閥的派生產(chǎn)品)，由于價格便宜，球閥比旋塞閥使用廣泛。球閥特點：在眾多閥門中其流體阻力最小，流動性最好，密封效果較好、啟閉迅速、維修方便。
球閥一般可以從球體結構形式、閥體結構形式、流道形式和閥座材料來進行分類。按球體結構形式分有浮動球閥和固定球閥。前者多用于小口徑，后者用于大口徑;按閥體結構形式分有一片式、兩片式和三片式三種。一片式又有頂裝式和側裝式兩種;按流道形式分有全通徑和縮徑。縮徑球閥比全通徑球閥用料少，價格便宜，如果工藝條件允許，可以考慮優(yōu)先使用;球閥流道可分為直通、三通、四通，適用于氣、液相流體多向分配;按閥座材料分有軟密封和硬密封。當用于可燃介質(zhì)或者外部環(huán)境有可能燃燒時，軟密封球閥應具有防靜電、防火設計，制造商的產(chǎn)品應通過防靜電、防火試驗。
球閥的應用：一般適用于低溫、高壓、漿液、黏性流體以及對密封要求較高的介質(zhì)管道上。對于要求快速啟閉的場合一般選用球閥，不能用作調(diào)節(jié)流量。
27隔膜閥
隔膜閥的結構形式與一般閥門不同，它是依靠柔軟的橡膠模或塑料膜來控制流體運動。
隔膜閥流體阻力小、可以雙向密封，適用于低壓、有腐蝕性的漿液或懸浮黏性流體介質(zhì)。并且由于操作機構和介質(zhì)通道隔開，依靠彈性隔膜切斷流體，特別適用于食品和醫(yī)藥衛(wèi)生工業(yè)中的介質(zhì)。隔膜閥使用溫度取決于隔膜材料的耐溫性能。從結構上可分為直通式和堰式。
隔膜閥的應用：適用于溫度小于200℃、壓力小于10MPa的油品、水、酸性介質(zhì)和懸浮物的介質(zhì)，不適用于有機溶劑和強氧化劑的介質(zhì)。
3結論
閥門在化工系統(tǒng)中占有重要的地位。只有熟練掌握閥門的特點和用途，才能在設計中給管道系統(tǒng)選擇合適的閥門，提高化工設計過程的工作效率，減少錯誤率的發(fā)生。
參考文獻：
[1]婁愛娟，吳志泉，吳敘美化工設計[M].上海：華東理工大學出版社，2002
[2]中國石化集團上海工程有限公司化工工藝設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003
[3]HG/T 20570-95，工藝系統(tǒng)工程設計技術規(guī)定[S].
[4]蔡爾輔石油化工管道設計[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002
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