阀门基础知识

1阀门基础知识简介(2005.10.28.在济南卷烟厂《将军集团》讲课材料)一．阀门简述：首先我们讲一讲什么叫阀门？阀门——是流体输送系统中的控制装置，是用来控制管道内介质流动的具有可动机械产品的总称。它具有导流、截流、调节、控制流向、分流或卸压等功能。阀门在石油、天然气、矿山开采；在石油炼制和石油、天然气管道输送系统中；在化肥、化工生产、医药和食品（包括香烟）生产系统中；在火电、水电和核电的电力生产系统中；在冶金生产系统中；在城市和工业企业的给排水、供热和供气系统中；在农田灌溉系统中；在船舶、车辆、飞机以及各种运动机械的流体系统中以及在国防和航天系统中都大量地使用阀门。因此，阀门是人类走向现代化不可缺少的重要机械产品。我国是在1958年正式生产铸钢高中压阀门的，在近半个世纪,我国阀门行业得到了迅速的发展。我国目前除了少数特殊阀门需要进口外,其余的都能自己生产,并且大量出口。我们常用的阀门主要有以下几种：1.闸阀：闸阀是启闭件(闸板)由阀杆带动,沿阀座密封面和导轨作升降运动的阀门。它主要有：阀体、阀盖、闸板、阀杆、填料、垫片和手轮等。闸阀是各种类型阀门中应用最多、最广泛的阀门。闸阀又分楔式闸阀和平板闸阀。楔式闸阀是闸阀中应用最广泛的闸阀，可用于高温、高压、低温、大口径等工况。平板闸阀主要用于输送天然气、原油、成品油及高温中低压大口径阀门中。所谓楔式闸阀是指闸板为楔式(上厚下薄)，楔式闸阀根据美国API-6D和API-600标准规定，凡口径DN≤40mm，用刚性单闸板(Z41或Z61);凡口径DN≥50mm时,应采用于弹性闸板(Z40或Z60)，所谓弹性闸板是指闸板是由中心部位连接在一体的而闸板是由中间有弹性槽的两片构成的。弹性闸板在介质压力的作用下可以随着介质压力的增高而涨开；而随着介质压力的降低而收缩;也会随着介质温度的增高而膨胀.而随着介质温度的降低而收缩。因此阀门密封可靠。需要指出的是：所有的闸阀(除了特制专用的外)均不允许用于作调节介质流量用，因此,在开启时必须将闸板全部提升到通道上方。2.截止阀：截止阀启闭件(阀瓣)由阀杆带动,沿阀座的密封面的轴线作升降运动的阀门。它主要有：阀体、阀盖、阀瓣、阀杆、填料、垫片和手轮等。截止阀按阀杆与阀体间的角度又分为T型(90°--J41或J11;J61等)及Y型(45°--J45等)。截止阀的优点是：阀瓣与阀体的密封面一脱离就没有摩擦,因而,适用于输送氧气等危险介质。其缺点是：开启和关闭时阀门的扭矩大,因此,阀杆比闸阀的要粗,阀门口径不宜过大。我厂为扬子石化加氢裂化装置生产的J541Y-160P1-DN350为目前国内压力最高口径最大的高温高压截止阀。截止阀的阀瓣若为锥形阀座为锥形时，根据开启时高度的不同而可起到调节介质流量的效果，因此,带节流锥的阀瓣的截止阀称为节流阀。3.球阀：球阀是启闭件(球体)绕垂直于通道的轴线可作90°回转的阀门。它主要有：阀体(阀体根据球阀结构的不同，其中有一件式(仅用于小口径)；两片式分2为左、右阀体；三片式分为主阀体和左、右两片副阀体)、球体、阀杆、填料、垫片和手柄等。球阀由于启闭时作90°回转，因此它开关迅速，又球体在旋转时与阀座间有自清扫功能；双重阀座(金属阀座上镶嵌聚四氟乙烯软密封阀座)还具有防火功能等。因此，球阀近年来得到了广泛的应用，它广泛用于输送天然气、油品、氧气、化工生产灰浆系统及其它要求快速启闭时等工况中。球阀根据用于工作温度的不同，分为软密封(聚四氟乙烯,对位聚苯)和硬密封(金属密封)。软密封球阀主要用于常温等工况中；硬密封球阀主要用于高温、高压和耐磨损等工况。球阀又根据球体是否有固定轴,又分为浮动球阀和固定球阀，浮动球阀是单向密封,主要用于中低压小口径时。球阀还有三通球阀，它是用来切换介质流向的。近年来又发展有用于排渣的“弓形半球阀”。4.蝶阀：蝶阀是启闭件(蝶板)绕固定轴作90°旋转的阀门。它主要有阀体、蝶板、轴及手柄等。蝶阀由于结构紧凑、重量轻、开关迅速而广泛用于输送水、蒸汽等中低压大口径管道上。蝶阀根据用于介质温度的不同,又分为软密封(橡胶、聚四氟乙烯)和金属硬密封。蝶阀通过调整蝶板的角度，可以起到调节介质流量的作用。近年来开发的三偏心金属硬密封蝶阀是蝶阀设计上的一项重大革命。三偏心金属硬密封蝶阀是：在蝶阀结构设计时将阀门的轴心偏离密封面一个偏心C,形成第一个偏心；同时轴又偏离管道的中心形成第二个偏心h;三偏心又在上述双偏心的基础上,增加了第三个偏心，即锥面密封座中心线倾斜于通道中心线θ角,这一结构形式既实现了凸轮效应,又消除了阀门启闭过程中密封圈与阀座间大约20°的摩擦和摩损,因而大大地提高了阀门的使用寿命及密封的可靠性。它使蝶阀有了更广泛的市场。特别是在中低压大口径,在用于输送水和蒸汽时大量地起代闸阀。5.止回阀：止回阀是启闭件(阀瓣)借介质的作用力,自动地阻止介质逆流的阀门。它主要有阀体、阀盖、阀瓣等。止回阀根据其结构的不同又分为：旋启式止回阀、升降式止回阀、立式止回阀、多瓣式止回阀及缓闭式止回阀等。6.旋塞阀：旋塞阀是启闭件(塞子)绕其轴线作90°旋转的阀门。它主要有：阀体、旋塞、阀盖和手柄等。旋塞阀中的软密封是通过塞子的园锥面与衬套、衬套的园锥面与阀体内腔锥面进行严密的密封的，因此，旋塞阀是加工工艺要求最高的,密封是最可靠的阀门。所以，它多用于输送强腐蚀性介质,如氢氟酸、氯气、熔融尿素等。旋塞阀还有三通旋塞阀，它是用来切换介质流向的我厂在上世纪七十年代开发了用于兰化乙烯砂子炉输送高温重油和砂子的工作温度为580℃的高温硬密封旋塞。7.安全阀：安全阀是一种自动阀门，它不借助任何外力,而是利用介质本身的力来排出额定数量的流体,以防止系统内压力超过预定的安全值。当压力恢复正常后,阀门再次关闭并阻止介质继续流出。因此，安全阀是保护管道安全的重要装置。8.疏水阀(疏水器)：3疏水阀是用于输送蒸汽管道中,自动排放冷凝水并阻止蒸汽泄漏的自控阀门。9.减压阀：减压阀是通过启闭件的节流，将介质的压力降低,并利用本身介质的能量,使阀后的压力自动满足预定要求的阀门。二．阀门其它几种常用的分类：阀门其它常见的分类的方式大致有以下几大类：1.按阀门的用途和作用分类:1.1.截断阀类：主要用于截断或接通介质流,它包括闸阀、截止阀、球阀、旋塞阀、蝶阀等。1.2.调节阀类：主要用于调节介质流量、压力等,它包括：调节蝶阀、节流阀、减压阀等。1.3.止回阀类：是用于阻止介质倒流的阀门,它包括各种结构的止回阀门。1.4.分流阀类：是用于分配,分离或混合介质的阀门，它包括各种结构的分配阀和疏水阀。1.5.安全阀类：是用于超压保护的阀门，它包括各种结构的安全阀等。2.按压力分类：2.1.真空阀：凡工作压力低于1个标准大气压的阀门；2.2.低压阀：公称压力PN≤1.6MPa或Class≤150Lb的阀门2.3.中压阀：公称压力PN2.5MPa～6.4MPa或Class150Lb～400Lb的阀门2.4.高压阀：公称压力PN10.0MPa～80.0MPa或Class600Lb～4500Lb的阀门2.5.超高压阀：公称压力≥100.0MPa的阀门，目前国内仅我厂能生产100.0MPa～600.0MPa的超高压阀门3.按阀体材料分类：按阀体材料分类,主要有：3.1.非金属阀门：主要有陶瓷阀、塑料阀等；3.2金属阀：主要有铜合金阀、铝合金阀、铸铁阀(包括灰铸铁，球墨铸铁、可锻铸铁阀)、碳钢阀、合金钢阀、不锈钢阀(包括低碳级不锈钢304,316等和超低碳级不锈钢304L,316L等);钛阀;镍基耐热耐蚀合金(包括Monel;CZ-100;Inconel及哈氏合金B;哈氏合金C等)。4.按阀门的工作温度分类：我本人对阀门的工作温度分类提出了如下建议,此建议被《阀门》杂志2004年第5期上刊登发表了。简要介绍如下：4.1.-254℃～-101℃,为“超低温阀门”；4.2.-100℃～-30℃,为“低温阀门”；4.3.-29℃～200℃,为“常温阀门”；4.4.＞200℃～325℃,为“中温阀门”;4.5.＞325℃～425℃,为“亚高温阀门”;4.6.＞425℃～550℃,为“高温Ⅰ级阀门”,简称PⅠ级;4.7.＞550℃～650℃,为“高温Ⅱ级阀门”,简称PⅡ级;4.8.＞650℃～730℃,为“高温Ⅲ级阀门”,简称PⅢ级;4.9.＞730℃～816℃,为“高温Ⅳ级阀门”,简称PⅣ级;4.10.＞816℃为“高温Ⅴ级阀门”,简称PⅤ级。我们把阀门的工作温度分为了以上10级,有了这样明确的分级为阀门的设计制造选4择材料提供了较科学的根据。三．阀门主体材料及工作温度：1.铸铁阀门：由于铸铁导热性差又属脆性材料，因此，铸铁阀门除在大型供水管道中使用外，在石化行业已较少使用。国家已明令禁止家用水龙头用铸铁阀门。2.碳钢阀门：碳钢阀门:包括铸造碳钢ASTMA216WCB和锻造碳钢ASTMA105,其工作温度为：-29℃～425℃。3.低温阀门：低温阀门材料品种较多,例如有LCB;LCC;LF2;LF3和铜合金、铝合金及奥氏体不锈钢CF8;CF3;CF8M;CF3M;304;304L;316;316L等。但在实际生产中考虑到生产时冶炼炉次的安排和热处理的成本和安全可靠性及交货期等因素,我们主要用奥氏体不锈钢CF8;CF8M等。其中CF8、CF8M工作温度可用于-196℃；CF3M可用于-254℃。4.不锈耐蚀钢阀门不锈耐蚀钢是指用于各种腐蚀性的酸中的阀门，在阀门生产中把腐蚀性的酸分为3大类：第1类是氧化性的酸,以硝酸(HNO3)作代表,用于该类酸的不锈耐蚀钢是CF8;CF3;304;304L。第2类是还原性的酸,以醋酸(CH3COOH)为代表,用于该类酸的不锈耐蚀钢是CF8M;CF3;316;316L。第3类是卤族元素的酸,以氢氟酸(HF)为代表,用于该类酸只能是镍基耐蚀合金蒙乃尔合金(ASTMA494M35-1;Monel400;MonelK500)等.用于耐蚀不锈钢阀门的不锈钢要求含碳量尽可能地低,其工作温度为≤200℃。5.不锈耐热钢阀门：不锈钢是极优异的材料,它不仅可用于低温阀门和耐酸钢阀门,还可用于耐热钢阀门。但用于耐热钢时其含碳量尽可能的提高，低碳级的不锈钢不能用于高温阀门。我厂自己冶炼的耐热不锈钢及耐热合金可用于425℃～900℃高温阀门中。四.阀门的检查及检验：阀门的检查及检验主要执行GB/T13927标准和美国API-598标准。API-598标准规定：闸阀、截止阀压力试验时必须作上密封检验。我在这里要强调一点：API-598标准中4.3.1条规定：“阀门制造厂不应把阀门上密封试验的成功通过,作为推荐阀门在带压时可装入或更换填料。”API-598标准规定：对钢制阀门的强度试验的压力是阀门的公称压力的1.5倍；密封试验的压力是阀门公称压力的1.1倍。压力试验的时间见该标准的表4.附：“表4试验压力的持续时间”阀门规格(NPS)最短试验持续时间(秒)壳体上密封密封止回阀(API594)其它阀门止回阀(API594)其它阀门≤2601515601521/2～660606060608～12601206060120≥14120300601201205API-598标准中表5规定了阀门密封试验的最大允许泄漏率(附表5)表5.密封试验的最大允许泄漏率阀门规格(NPS)所有弹性密封阀门除止回阀外的所有金属密封阀门金属密封止回阀门液体试验a(滴/分)气体试验（气泡/分）液体试验气体试验≤200b0bcd21/2～601224cd8～1202040cd≥14e02856cd注：a.对于液体试验,1毫升(cm3)相当于16滴;b.在规定的最短试验持续时间内(见表4)无泄漏。对于液体试验,“0”滴表示在每个规定的最短试验持续时间内无可见泄漏。对于气体试验,“0”气泡表示在每个规定的最短试验持续时间见泄漏量小于1个气泡。c.最大允许泄漏率应是公称通径每英寸每分钟0.18立方英寸(3cm3);d.最大允许泄漏率应是公称通径每英寸每小时1.5标准立方英尺(0.042m3);e