石油化工装置常规手动金属阀门的选用

1、题题目目： 石油化工装置常规手动金属阀门的选用 2012 年年 7 月月 2 单单 位：位： 姓姓 名：名： 申报专业：申报专业： I 目目 录录 目目 录录.I 摘摘 要要.III 1 绪论绪论 .IV 2 阀门介绍阀门介绍.1 2.1 闸阀闸阀1 2.2 截止阀截止阀2 2.3 球阀球阀4 2.4 蝶阀蝶阀4 2.5 止回阀止回阀4 3 常见故障常见故障.5 3.1 闸阀闸阀5 3.3 球阀球阀5 3.4 蝶阀蝶阀6 3.5 止回阀止回阀6 4 选用原则选用原则.6 4.1 类型选定类型选定6 II 4.2 压力等级选定压力等级选定7 4.3 结构选定结构选定7 4.4 连接方式选定连接方

2、式选定.10 4.5 操作方式选定操作方式选定.11 4.6 材料选定材料选定.11 5 结论结论.13 参考文献参考文献 .13 III 摘摘 要要 阀门是石油化工管道系统中的重要组成部分，也是管道设计中的重要内容。 其主要功能是：接通和截断介质；防止介质倒流；调解介质压力、流量；分离、 混合或分配介质；防止介质压力超过规定数值，保护设备或管道安全运行等。 阀门的投资约占装置配管投资的百分之四十到五十。 因为不了解阀门的相关知识，错误选型造成的安全生产事故和经济损失时 有出现。作为管道设计人员，了解基本的阀门知识，确保正确选型是十分必要 的。实际应用中，要求我们不仅要熟悉阀门的结构、材质和用

3、途，同时应了解 相关法规标准和工程应用环境，确保操作可靠，经济合理，制造周期符合工期 要求，时刻关注阀门新技术的发展。 本文以 API 阀门为分析对象，简要介绍在石油化工装置中经常使用的闸阀、 截止阀、球阀、蝶阀和止回阀五种阀门，从结构特点、类型、设计制造标准、 材料等方面进行说明，并对实际使用过程中出现的阀门故障进行分析，总结出 石油化工装置常规手动金属阀门选用的要点。 关键词： 手动金属阀门 API 故障 选用要点 IV 绪绪 论论 阀门是石油化工装置及管道系统中广泛使用的一种管道元件，是流体输送 系统中的控制部件，具有截断、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄 压等功能。阀门多种多样

4、，可以按用途、驱动方式、公称通径、压力、温度、 材质、制造方式等进行分类，在此仅列举按温度压力所分的阀门类型： 按照工作压力分类 真空阀：小于标准大气压 低压阀门：PN1.6MPa 中压阀门：PN2.5 - 6.4MPa 高压阀门：PN10.080.0MPa 超高压阀门：PN100Mpa 按照工作温度分类 高温阀门：工作温度高于 450 中温阀门：工作温度高于或等于 120，而低于或等于 450 常温阀门：工作温度高于或等于-40，而低于或等于 120 低温阀门：工作温度高于或等于-100，而低于或等于-40 超低温阀门（冷冻阀）：工作温度低于-100 本文以符合API规范的手动钢制闸阀、截止

5、阀、球阀、蝶阀、止回阀5种阀 门为分析对象，从结构特点、端部连接、材料、驱动方式等方面进行扼要介绍， 对阀门的选用进行探讨。 1 1 1 阀门介绍阀门介绍 1.1 闸阀闸阀 闸阀是石化行业中应用最广的阀门，用于连通或切断管路，全开时整个流 通直通，此时介质运行的压力损失最小。闸阀适用于不需要经常启闭，而且保 持闸板全开或全闭的工况，没有流向限制。不作调节或节流使用。对于高速流 动的介质，闸板在局部开启状况下可以引起闸门的振动，而振动又可能损伤闸 板和阀座的密封面，而节流会使闸板遭受介质的冲蚀。此外，闸阀加工较为复 杂，密封面损伤之后不易修理，外形尺寸大，启闭时间较长。 1.1.1 闸板 闸阀的

6、开启和关闭，密封性能和寿命，主要取决于闸板，是闸阀的关键零 件，常见的有楔形闸板和平行闸板两种。 楔形闸板分为刚性闸板、弹性闸板和双闸板三种 刚性闸板 弹性闸板 双闸板 刚性闸板结构简单，尺寸小，使用可靠，但对密封面的楔角加工精度要求 高，加工和维修较为困难，易产生擦伤。弹性闸板在闸板中部开环状槽或由两 块闸板组焊而成，中间为空心，可以自行补偿异常载荷引起的阀体变形。双闸 2 板是两块闸板通过球面顶心铰接而成，楔角可以靠顶心自动调整，不易被卡住， 也不易被擦伤，缺点是结构复杂，零件较多、闸板容易脱落。 平行式闸板多用于油气输送系统，在化工装置中已不常使用。 1.1.2 阀杆 阀杆分为明杆与暗杆

7、。明杆阀门的阀杆螺纹在阀体外，螺纹不与输送介质 接触，不会受到腐蚀，也便于从外部进行润滑维护，阀杆上升而手轮不升，阀 体上通常有门架结构，即我们通常所说的“OS&Y, Rising stem, Un-rising Hand wheel”。暗杆阀门在手轮旋转时，阀杆转而不升降，阀板在阀杆螺纹上 升降完成启闭动作，多用于空间受限且低压、无腐蚀的场合，如一些铸铁和铜 阀，通常不用于工艺生产装置。 明杆式阀门 暗杆式阀门 1.1.3 阀盖 最为常见的阀盖连接为栓接阀盖，此外还有焊接阀盖和螺纹连接阀盖。 1.2 截止阀截止阀 截止阀的启闭件是塞形阀瓣，密封面呈平面或锥面，阀座垂直于流体流向， 流体流经阀

8、门时方向改变，阻力较大，且座上易沉积固体而影响密封性能，一 般不用于带悬浮颗粒的液体。其阀瓣动作时与阀座的摩擦很小或基本没有，密 3 封能力很强。截止阀适用于要求频繁操作的场合，有流向要求。按结构形式， 有直通式、角式和Y形三种形式。节流阀和针形阀也是截止阀的一种。 应该注意的是，根据截止阀阀瓣形式的不同，其作用也略有不同： a. 平面阀座 最简单，最经济的阀瓣类型。作切断用，可作不精确流量调节，适于现场 维修。 b. V形端口阀瓣 阀瓣底部由阀体阀座环引导，最大限度提高阀瓣在节流应用中的稳定性。 V 形端口阀内件的阀门配置不旋转阀杆，在轭架上安装位置指示器。特别适 用于应用环境不太严酷，但是

9、要求具有近似线性流量调节特性的场合。 c. 球型阀瓣 球形阀瓣和锥体阀座之间线接触。这种结构将未硬化不锈钢阀座的磨损可 能性降到最小程度，也降低了卡在阀体阀座上的可能性。 d. 软密封阀瓣 特氟隆环粘合在阀瓣的槽内，最大限度延长使用寿命。这种结构对于较低 温度，并且要求紧密关闭的应用环境非常理想。 a b c d 4 截止阀的阀体结构与闸阀类似，在此不再赘述。 1.3 球阀球阀 球阀具有启闭迅速、阻力小、维修方便的特点，广泛适用于浆液、粘性流 体以及对密封要求较高的介质管道。 按照球体的结构形式，球阀分为浮动球阀和固定球阀。前者的球体是可以 浮动的，在介质压力的作用下球体被压紧到密封圈上，实现

10、密封。后者的球体 被上下两端的轴承固定，只能转动，不能产生水平位移。为保证密封，必须有 能产生推力的浮动阀座，使密封圈压紧到阀体上。 按阀体形式，分为整体式（顶装式和侧装式），两片式和三片式，三片式 常用于螺纹和焊接球阀。 按流道形式分为全通径和缩径球阀。 按阀座材料，分成软密封和硬密封球阀。 1.4 蝶阀蝶阀 相比于其他阀门，蝶阀尺寸小、重量轻、结构简单，开关迅速，开启力小， 具有良好的流量调节性能和关闭密封性能，可以用于带悬浮固体颗粒的介质。 最初，蝶阀一直是用在水系统上，随着加工工艺的进步和科学技术的发展，尤 其是三偏心蝶阀出现之后，蝶阀正日益广泛的使用于工艺系统之上。 蝶阀以阀杆和阀板

11、的位置来划分，可以分为中线型、单偏心、双偏心（又 称高性能蝶阀）和三偏心四种，按连接形式分成对夹型、凸耳型和法兰型。 1.5 止回阀止回阀 止回阀又名单向阀，用于防止流体倒流，安装止回阀时必须注意阀体上的 方向箭头。常用的止回阀又两种：升降式和旋启式（单瓣和双瓣）。升降式止 5 回阀常用于小口径管道（DN40及以下），旋启式止回阀用于垂直管上时，流向 必须自下而上。 2 常见故障常见故障 2.1 闸阀闸阀 在闸阀的使用过程中，常常会遇到以下故障： 1.刚性闸板闸阀冷态开启、热态关闭，由于高温热膨胀造成的阀座变形，会出 现“卡死”现象。 2.在LNG、LPG介质管线，闸阀关闭后，一部分介质会被封

12、闭在底部空腔，如上 游流体温度升高，腔内流体会因为传热效应温度升高，液体可能迅速气化，导 致压力急剧升高，十分危险，设计时必须予以考虑。 2.2 球阀球阀 1.球阀也存在着中腔和通道内低温流体气化导致的“异常升压问题”。 2.有的项目，出于经济性的考虑，会采用碳钢阀球镀铬、镀镍（ENP）来节约 成本。但是基材和镀层的热膨胀系数不同，镀层容易脱落，损伤阀座，剥落物 随介质流到下游，会造成不良影响。 6 3.绝热管线上使用的球阀，施工完毕，阀杆被埋在绝热层里面，难以操作。不 得不切掉部分绝热层，以牺牲绝热性能为代价来保证操作。 4.三片式焊接球阀，管道施工时，高温会破坏软密封阀座，使密封失效。 2

13、.3 蝶阀蝶阀 1.对夹式蝶阀连接螺栓较长，高温时膨胀，法兰密封面容易松弛，致连接处泄 露。对夹式的止回阀也会有同样的问题。 2.蝶阀的长度很短，阀板打开时容易碰到管子内壁，水处理装置常常会用到衬 胶管子，这使得管子内径近一步变小，造成蝶阀无法正常工作。 2.4 止回阀止回阀 1.旋启式止回阀在低压、低流速的情况下使用，阀瓣易产生颤动，此时阀门只 能部分打开，阀瓣不断开关持续颤动。 2.工程上有这样的情况：止回阀的压力等级和口径与所连法兰、管子一致，而 止回阀不能打开，这时候就应该考虑是否因为流体的实际压力远小于设计压力， 即远低于选用止回阀的压力等级，而使阀瓣不能开启或者全开。 3 选用原则

14、选用原则 根据前面介绍的阀门特点和分析实际应用中的常见故障，阀门的选用需要从类 型、压力等级、结构型式、端部连接、材料和操作方式等6个方面入手，原则 概括如下： 3.1 类型选定类型选定 选择阀门类型时，必须考虑的因素有： 介质特性（带悬浮固体颗粒流体、黏性流体、浆料） 用途（切断、分流、调节或防止逆流） 7 操作条件（是否频繁） 快速启闭 尺寸（尺寸很大的阀门只能在有限的阀型中才能找到） 经济性因素 操作空间 3.2 压力等级选定压力等级选定 压力等级应该依据介质的设计温度和压力，按ASME B16.34的相关要求进行选 择。 3.3 结构选定结构选定 这5种阀门各不相同，在此分别予以介绍

15、3.3.1 闸阀（不宜用于有固体沉降的流体） a.在DN50时一般使用刚性单闸板；在DN50时一般使用弹性单闸板。 b.要求低泄露的工况，采用波纹管密封闸阀 c.压力超过Class 900,口径超过DN50的，选用压力自紧密封阀盖；压力等级低 于或者等于Class 600的，应选用螺栓连接阀盖；严格防止泄露的工况，可以 考虑采用焊接阀盖；常温低压的公用工程阀门，可以使用螺纹连接阀盖。低温 （低于-46）闸阀阀盖应延长。 3.3.2 截止阀（口径一般在DN200以下，不宜用于悬浮固体和粘度较大的流体） a.对阻力降要求比较严格的管线上，可以选用 8 b.希望做到较为精确流量调节的管线上，其阀瓣形

16、式可以选用下图所示的几种 类型： c.要求低泄露的工况，采用波纹管密封截止阀 d.截止阀阀盖要求与闸阀相同。 3.3.3 球阀 a.固定球适用于较大口径和压力较高的场合,一般以DN200(CLASS150)，DN150 (CLASS300和CLASS600)为界，之下宜采用浮动球。 b.整体式（顶装式）应用于危险性较高的介质，可实现在线维修，三片式常用 于螺纹和焊接球阀。 c.按流道形式分为全通径和缩径球阀，除非工艺上有要求或者必须使用全通径 球阀的场合（通球管线），首选缩径球阀。 d.软密封球阀需要考虑防静电设置，用于可燃介质时，还要考虑防火设计。 9 10 3.3.4 蝶阀 橡胶阀座蝶阀(

17、橡胶衬里阀体)多用在水系统上，为中线型结构，这种蝶阀在管 道安装时可以不使用垫片，因为其橡胶衬里的翻边可以充当垫片的功能。PTFE 阀座蝶阀多用在工艺系统上，一般为单偏心或双偏心结构。当蝶阀安装于管端 或两端需要拆卸时，应选择带螺纹的支耳式或法兰蝶阀。中线蝶阀的最小口径 一般为DN50；偏心蝶阀的最小口径一般为DN80。 3.3.5 止回阀 (1)水平升降式止回阀一般用于DN40的场合，只能安装在水平管道上。立式 升降式止回阀通常用于DN100的场合，安装在垂直管道上。 (2)升降式止回阀推荐选用带弹簧的形式，密封性能好。 (3)旋启式止回阀最小口径一般为DN50，可以用在水平管道上，也可用在

18、垂 直管道上(流体必须是自下而上)，但易引起水锤现象。双瓣止回阀(Double Disc)往往是对夹式的，节省空间，便于管道布置，在大口径上尤其使用广泛。 (4)在有可能产生水锤现象的情况下，可以考虑采用带缓闭装置和阻尼机构的 止回阀。 11 3.4 连接方式选定连接方式选定 阀门端部常用的连接形式包括法兰连接、螺纹连接、对焊连接和承插焊连 接。 法兰连接有利于阀门的安装和拆卸，对夹式(Wafer)和支耳式(Lug)阀门连 接也是用法兰实现的，对夹连接方式只能用于温度较低的场合。用于管端和需 要拆卸的地方，可以选用法兰连接或带螺纹的支耳连接。 对焊接头强度高、密封性好，所以在化工系统中对焊连接的阀门大多应用 在一些高温、高压、有剧毒介质、易燃易爆的场合。 螺纹连接一般用于公称尺寸不超过DN 40的管道系统中，但不能用于有缝 隙腐蚀的流体介质 。不得用于剧毒、可燃介质的管道上，同时也应避免使用 在循环载荷的工况上。目前工程中使用在压力不高的场合。管道上的螺纹形式 主要是锥管螺纹，锥管螺纹有两种规格，其锥顶角分别为55。和60。，两者无 法互换通用。在可燃或高度危害介质的管道上，如果安装需要，必须采用螺纹 连接时，此时公称尺寸不应超过DN20，在螺纹连接后再进行密封焊。 3.5 操作方式选定操作方式选定 依据阀门的类型、口径和压力等级不同，需考虑