关于化工设计中常用阀门的选型方法

    0引言

    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

    1.1 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；

    1.2 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；

    1.3 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；

    1.4 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；

    1.5 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。

    2.1 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。

    2.2 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。

    2.3 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。

    2.4 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。

    2.5 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。

    2.6 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。

    2.7 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。

    2.8 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

    3.1 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。

    3.2 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。

    3.3 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。

    3.4 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。

    3.5 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。

    3.6 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。

    3.7 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DN≤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。

    3.8 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 结束语

    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。

    参考文献

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