辽宁金属阀门如何抉择？

  随着慢慢的变多的引进装置进入国内，API阀门已得到广泛应用，本文仅以API黑色金属阀门为分析对象。

  阀门是管道系统中的重要部件，在化工装置中应用最广泛的是金属阀门。阀门的作用主要是用于启闭、节流和保障管道及设备的安全运行。所以正确合理地选用金属阀门对工厂安全及流体控制管理系统具备极其重大的作用。

  工程上阀门种类很多，由于流体的压力、温度和物理化学性能的不同，所以对流体系统的控制要求也不相同，其中闸阀、截止阀(节流阀，针型阀)、止回阀、旋塞阀、球阀、蝶阀和隔膜阀在化工装置中应用最广泛

  一般用于控制流体的启闭，流体阻力小，密封性能好，介质的流向不受限制，开闭所需外力较小，结构长度较短。

  阀杆有明杆和暗杆之分，明杆式闸阀适用于腐蚀介质，在化工工程上基本使用明杆式闸阀。暗杆闸阀大多数都用在水道上，多用于低压、无腐蚀性介质的场合，如一些铸铁和铜阀门。闸板的结构及形式包括楔式闸板、平行式闸板。

  楔式闸板有单闸板，双闸板之分。平行式闸板多用于油气输送系统，在化工装置中不常用

  主要作切断用。截止阀流体阻力大，启闭力矩大，而且有流向要求。截止阀与闸阀相比主要有如下优点：

  截止阀和闸阀一样也有明杆和暗杆之分，在此不再赘述。根据阀体结构不同截止阀有直通式、角式和Y型。直通式应用最广泛，角式用于流体流向90°变化的场合。

  止回阀又称单向阀，用于防止流体逆向流动，所以安装止回阀时，应注意介质的流动方向应与止回阀上的箭头方向一致。止回阀的类型非常多，且各个制造商有不同的产品，但是从结构上大致上可以分为旋启式和升降式。旋启式止回阀最重要的包含单瓣型和双瓣型。

  蝶阀可用于带有悬浮固体的液体介质的启闭和节流，流体阻力较小、重量轻，结构尺寸小，启闭迅速，适用于大口径管道上。蝶阀有一定调节功能，可以运送浆体。由于以往的加工工艺落后，蝶阀一直用在水系统上，而很少用在工艺系统上，随着材料、设计及加工的改进，蝶阀已经慢慢的变多地用在工艺系统上了。

  蝶阀有软密封和硬密封两种类型。选择软密封和硬密封主要根据流体介质的温度。相对而言软密封要比硬密封的密封性能好。

  软密封有橡胶及PTFE(聚四氟乙烯)阀座两种。橡胶阀座蝶阀(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。

  硬密封的品种很多，如硬质固定密封圈，多层密封(Laminated seal)等，由于制造商的设计往往不同，其泄漏率也不一样。硬密封蝶阀的结构以三偏心为佳，解决了热胀补偿和磨损补偿的问题。双偏心或三偏心结构硬密封蝶阀亦具有双向密封功能，其逆向(低压侧至高压侧)密封压力应不低于正向(高压侧至低压侧)的80%。设计选型应与制造商协商

  旋塞阀可分为无润滑及润滑型两种。带有强制润滑的油封式旋塞阀，由于强制润滑使旋塞和旋塞的密封面间形成一层油膜。这样密封性能更好，启闭省力，防止密封面受到损伤，但是一定要考虑润滑是否对物料有污染，而且需定期维护优先选择无润滑型。

  旋塞阀的阀座(Sleeve)密封是连续的，包围了整个旋塞，所以流体不会与轴接触。另外旋塞阀还有一层金属复合材料的隔膜作为第二道密封，所以旋塞阀可以严控外部泄漏。旋塞阀一般是没有填料的，当有特别的条件时(如不允许有外部泄漏等)，则需要填料，作为第三道密封。

  旋塞阀的设计结构使得旋塞阀可以在线调节密封阀座。由于长时间的运行，密封面会有所磨损，因为旋塞是锥形的，能够最终靠阀盖的螺栓往下压紧旋塞，使其和阀座紧密配合达到密封效果。

  球阀的功能与旋塞阀类似(球阀是旋塞阀的派生产品)。球阀密封效果好，所以应用广泛。球阀启闭迅速，启闭力矩比旋塞阀小，阻力非常小，维修方便，适用于浆液、粘性流体以及对密封要求比较高的介质管道上。并且由于价格实惠公道，球阀比旋塞阀使用广泛。球阀通常能从球体结构及形式、阀体结构及形式、流道形式和阀座材料来进行分类。

  按球体结构及形式分有浮动球阀和固定球阀。前者多用于小口径，后者用于大口径，一般以DN200(CLASS 150)，DN150(CLASS 300和CLASS 600)为界。

  按阀体结构形式分有一片式、两片式和三片式这三种。一片式又有顶装式和侧装式两种。

  按流道形式分有全通径和缩径。缩径球阀比全通径球阀用材料少，价格实惠公道，如果工艺条件允许，可优先考虑优先使用。球阀流道可分为直通、三通、四通，适用于气、液相流体多向分配。按阀座材料分有软密封和硬密封。当用于可燃介质或者外部环境有可能燃烧时，软密封球阀应具有防静电、防火设计，制造商的产品应通过防静电、防火试验，如按照API607等。这同样适用于软密封蝶阀和旋塞阀(旋塞阀仅能符合防火试验中的外部防火要求)。

  隔膜阀可以双向密封，适用于低压，有腐蚀性的浆液或悬浮粘性流体介质。并且由于操作机构和介质通道隔开，依靠弹性隔膜切断流体，非常适合于食品和医药卫生工业中的介质。隔膜阀使用温度取决于隔膜材料的耐温性能。从结构上可分为直通式和堰式。

  法兰连接有利于阀门的安装和拆卸。阀门端法兰密封面形式主要有全平面(FF)、突面(RF)、凹面(FM)、榫槽面(TG)和环连接面(RJ)等几种。API阀门采用的法兰标准是ASMEB16.5等系列。有时在法兰连接的阀门上能见到Class 125和Class 250等级，这是铸铁法兰的压力等级，与Class 150和Class 300的连接尺寸相同，只不过前两者的密封面是全平面(FF)。

  由于对焊接头强度高、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。

  一般用于公称尺寸不超过DN40的管道系统中，但不能用于有缝隙腐蚀的流体介质。

  螺纹连接不得用于剧毒、可燃介质的管道上，同时也应避开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，一定要采用螺纹连接时，此时公称尺寸不应超过DN20，在螺纹连接后再进行密封焊。

  阀门材料包括阀门的壳体、内件、垫片、填料以及紧固件材料等。因为阀门材料非常多，并且由于篇幅所限，本文仅粗略地介绍典型的阀门壳体材料。黑色金属壳体材料包括铸铁、碳钢、不锈钢、合金钢。

  灰铸铁(A1262B)通常用在低压阀门上，不推荐在工艺管道上使用。球墨铸铁(A395)的性能(强度和韧性)要比灰铸铁好。

  在阀门制造中最常见的碳钢材料有A2162WCB(铸件)和A105(锻件)。应格外的注意碳钢长时间在400℃以上工作，会影响到阀门的寿命。对于低温工况的阀门，常用的有A3522LCB(铸件)和A3502LF2(锻件)。

  通常阀门操作都采用手动方式。当阀门的公称压力较高或公称尺寸较大，手动操作阀门很难时，能够使用齿轮传动等操作方式。阀门驱动方式的选用应根据阀门的种类、公称压力和公称尺寸而确定。表1给出了不同阀门应考虑齿轮传动的条件。对于不同的制造厂，这些条件可能会稍有变化，可协商确定。

  (5)阀门公称尺寸的大小(公称尺寸很大的阀门只有在有限范围的阀型中才可以找到)。

  (1)对于小口径(DN≤40)一般都会采用锻件，大口径(DN40)一般都会采用铸件。锻件阀体的端法兰，应该优先选择整体锻制阀体，如果法兰是焊接在阀体上，则对焊缝应该进行100%射线)对焊和承插焊碳钢阀体的含碳量应不大于0.25%，并且碳当量应不大于0.45%。

  注：当奥氏体不锈钢工作时候的温度超过425℃时，含碳量不应小于0.04%，热处理状态为大于1040℃快冷(CF8)和1100℃快冷(CF8M)。

  (4)当流体腐蚀性强，普通奥氏体不锈钢不可以使用时，应考虑一些特种材料，如904L、双相钢(如S31803等)、蒙乃尔和哈氏合金等。

  (1)在DN≤50时通常用刚性单闸板;在DN50时通常用弹性单闸板。

  (3)在要求低泄漏的工况，应采用低泄漏的闸阀。低泄漏的闸阀有多种结构，其中在化工装置中通常用波纹管式闸阀，最低循环寿命见表3。

  (4)虽然闸阀是石油化学工业生产装置中用得最多的一种类型。但在下列场合不宜使用闸阀：

  ① 因为开启高度较高，操作所需空间较大，所以不适用于操作空间较小的场合。

  ④ 不宜用于流量调节。因为闸阀部分开启时，介质会在闸板背面产生涡流，易引起闸板的冲蚀和振动，阀座的密封面也易损坏。

  ⑤ 频繁操作阀门会导致阀座表面过度磨损，因此通常只适用于不频繁操作的情况

  (1)截止阀与相同规格的闸阀相比，结构长度较大，通常用于DN≤250的管道上，因为大口径的截止阀加工和制造都挺麻烦，且密封性能不如小口径的截止阀。

  (2)由于截止阀的流体阻力大，因此不宜用于悬浮固体及粘度较大的流体介质。

  (3)针形阀是带细微锥形塞子的截止阀，可用于小流量微调或用作取样阀，通常应用于小口径。如果口径大，也需要有调节功能，能够使用节流阀，此时阀瓣为抛物线)要求低泄漏的工况，应采用低泄漏的截止阀。低泄漏的截止阀有多种结构，其中在化工装置中通常用波纹管式截止阀，最低循环寿命见表4。

  波纹管式截止阀应用比波纹管式闸阀广泛，因为波纹管式截止阀的波纹管比较短，循环寿命比较长。但波纹管式阀门价格昂贵，并且波纹管的质量(如材料，循环次数要求等)及焊接直接影响到阀门的常规使用的寿命及性能，选用时应尤其注意。

  (1)水平升降式止回阀通常用于DN≤50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DN≤100的场合，安装在垂直管道上。

  (2)升降式止回阀能选用带弹簧的形式，此时的密封性能要比不带弹簧的好。

  (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，是止回阀中最节约空间的，便于管道布置，在大口径上尤其使用广泛。由于普通旋启式止回阀(单瓣型)的阀瓣不能完全开启到90°，有一定流阻，所以当工艺有要求时，可以提出特别的条件(要求阀瓣全启)或采用Y型升降式止回阀。

  (4)在有可能产生水锤现象的情况下，可优先考虑采用带缓闭装置和阻尼机构的止回阀。这种阀门利用管路内介质进行缓冲，在止回阀关闭的瞬间，达到消除或减小水锤的作用，保护管路和防止泵倒流。

  (4)对于有些工况气温变化频繁，则普通旋塞阀不可以使用。因为气温变化造成阀门部件和密封元件不同的膨胀和收缩，在热循环过程中，填料长期收缩会导致沿着阀杆处泄漏。此时就要考虑特殊的旋塞阀，如XOMOX的Severe service系列，这种旋塞阀国内尚不能生产。

  (3)软密封比硬密封的密封效果好，但不能用在高温(各种非金属密封材料的耐温性能不完全一样)。

  (2)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。

  (1)系统允许的压力降较小时，应选用流体阻力较小的阀型，如闸阀、直通的球阀等。

  (2)要求迅速切断时，宜选用旋塞阀、球阀、蝶阀。对于小口径，应该优选球阀。

  (3)就地操作的阀门绝大多数用手轮，与操作点有一定距离的，可采用链轮或加长杆。

  (4)对于粘性流体，浆液及带有固体颗粒的介质宜选用旋塞阀、球阀或蝶阀等。

  (5)对于洁净系统，一般都会采用旋塞阀、球阀、隔膜阀和蝶阀(需另外提要求，如抛光要求、密封件要求等)。

  (6)正常的情况下，压力等级超过(含有)Class 900，且DN≥50的阀门采用压力自紧密封阀盖(Pressure Seal Bonnet);压力等级低于(含有)Class 600的阀门采用螺栓连接阀盖(Bolted Bonnet)，对有些要求严格防止泄漏的工况，可优先考虑采用焊接型阀盖。在一些低压常温的公用工程上，能够正常的使用螺纹接头阀盖(Union Bonnet)，但是此结构一般不常使用。

  (7)如果阀门需要保温或保冷时，球阀和旋塞阀的手柄在与阀杆连接处需要相应加长以避开阀门的绝热层，一般不超过150mm。

  (8)当口径较小时，如果焊接及热处理过程中阀座会发生变形时，应选用长阀体型或端部带短管的阀门。

  (9)低温系统(低于-46℃)的阀门(止回阀除外)应选用加长阀盖颈部结构。阀杆应当经相应的表面处理，提高表面硬度，防止阀杆与填料、填料压套擦伤，影响密封。

  选型时除了考虑以上因素外，还应考虑工艺技术要求、安全及经济等因素，做出阀门形式的最后选择。并且需要编写阀门数据表，一般阀门数据表应包含以下内容：

  (5)阀门壳体材料、阀座及阀板密封面材料、阀杆等内件材料、填料、阀盖垫片及紧固件材料等。

  阀门在化工系统中占有重要的地位。管道用阀门的选择应根据管道内被输送流体的相态(液、汽)、含固量、压力大小、温度高低、腐蚀性质等诸多方面做考虑。此外，操作上可靠无故障，费用上经济合理和制造周期也是重要的考虑因素。

  在以往工程设计中选择阀门材料时一般只考虑壳体材料，而忽略内件等材料的选用。内件材料选用不当往往会导致阀门内部密封处、阀杆填料处以及阀盖垫片处的密封失效，影响寿命，从而不能够达到原先预计的使用效果，会造成事故。

  从目前的情况看，API阀门没有统一的标识代号，而国标阀门虽然有一套标识方法，但不能够非常明确地显示内件和其他材料，以及其他特别的条件。所以在工程建设项目中应当对所需要的阀门通过编制阀门数据表来进行详细的描述。这样对阀门的选用、采购、安装、调试以及备品备件都提供了方便，提高了工作效率，并减少了错误的发生概率。