化工設(shè)計中的常用閥門選型策略

林 夢

（常州海鷗化工設(shè)計研究院有限公司，江蘇常州 213000）

流體管道系統(tǒng)中，閥門屬于不可或缺的重要控制元件，在管道成本中占比可達(dá)30%～50%。通過合理選用閥門，可完成啟閉、調(diào)節(jié)流量和節(jié)流，以及防止介質(zhì)倒流、調(diào)整管道壓力等操作。閥門作為復(fù)雜程度較高的元件，是通過不同零部件共同轉(zhuǎn)配構(gòu)成，技術(shù)含量明顯較高?；ば袠I(yè)快速發(fā)展，化工生產(chǎn)裝置所儲存運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)存在毒性、腐蝕性與易燃易爆等危險，運(yùn)行工況相對復(fù)雜苛刻，且溫度、壓力等相對較高，閥門若發(fā)生故障問題，可能引起介質(zhì)泄漏，嚴(yán)重則可引起重大危險事故，對環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等帶來嚴(yán)重影響。所以，化工設(shè)計中，有必要對常用閥門采取合理選型，節(jié)省成本費(fèi)用的同時，充分保障化工安全生產(chǎn)。

1 化工設(shè)計中常用閥門選型的重要性

化工設(shè)計中，常用閥門選型屬于重中之重，為化工安全生產(chǎn)提供可靠保障，同樣有利于成本控制，充分保證經(jīng)濟(jì)效益。化工管道中，閥門功能作用強(qiáng)大，可完成啟閉、調(diào)節(jié)流量和節(jié)流，以及防止介質(zhì)倒流與調(diào)整管道壓力等操作。同時在化工系統(tǒng)運(yùn)行中，還可通過閥門完成有效控制。所以，化工設(shè)計期間，需基于選用原則和要點(diǎn)，對具體情況加以綜合考慮，以對常用閥門完成合理選型，保證化工生產(chǎn)安全的同時，有效節(jié)省成本費(fèi)用。化工設(shè)計過程中，常用閥門的品種與規(guī)格相對較多，如截止閥、蝶閥和閘閥等。為充分保證化工設(shè)計質(zhì)量，需對常用閥門類型、用途和特點(diǎn)等有充分了解，合理選擇相應(yīng)的閥門類型，以保證化工系統(tǒng)質(zhì)量，促使設(shè)計使用年限能夠得以真正提高[1]。

2 化工設(shè)計中常用閥門選型的基本原則

2.1 明確閥門功能，定位閥門用途

化工設(shè)計中，常用閥門選用期間，需對其具體功能加以充分明確，并對閥門用途進(jìn)行準(zhǔn)確定位。在此基礎(chǔ)上，明確閥門所起到的關(guān)鍵作用，充分了解閥門對應(yīng)的控制方式和工作壓力等基本參數(shù)，并掌握閥門功能作用，綜合考慮具體情況，以此對常用閥門完成合理選型[2]。

2.2 熟悉閥門特點(diǎn)

閥門品種各不相同，閥門類型也有明顯差異，其功能作用也同樣存在差別。針對類型各不相同的閥門，不論特點(diǎn)、生產(chǎn)或應(yīng)用，同樣也表現(xiàn)出相應(yīng)的區(qū)別差異。所以，化工設(shè)計期間，設(shè)計人員需對閥門特點(diǎn)加以重點(diǎn)考慮，充分了解閥門特點(diǎn)和類型，保證所選用閥門符合場所要求，為化工生產(chǎn)提供安全保障。

2.3 確定閥門端部連接

閥門端部連接涉及螺紋、法蘭和焊接連接形式，其中以螺紋、法蘭連接形式使用較多。通過螺紋連接，對閥門公稱通徑有著一定的標(biāo)準(zhǔn)要求，需控制DN≤50mm，若通徑明顯超出標(biāo)準(zhǔn)，連接部位安裝、密封難度勢必明顯提高。在法蘭連接中，安裝、拆卸操作相對簡便，適用范圍相對廣泛，各不相同通徑、壓力情況下的管道連接均可使用。焊接連接就對條件有著較為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求，連接可靠性更高。但在焊接連接中，閥門拆卸以及重新安裝比較困難，這也對其適用范圍產(chǎn)生制約，在長期可靠運(yùn)行或條件嚴(yán)格、溫度較高等情況下，可適用焊接連接形式。

2.4 閥門材質(zhì)選擇

閥門選型期間，在材質(zhì)選擇方面，需對工作介質(zhì)加以重點(diǎn)考慮，尤其是物理、化學(xué)性能。在此基礎(chǔ)上，還需對介質(zhì)清潔程度加以充分掌握。并對有關(guān)規(guī)范規(guī)定加以綜合參考。對閥門材質(zhì)的合理選擇，可充分保證閥門質(zhì)量、性能和使用年限。有關(guān)閥體材料選用，鑄鐵優(yōu)先，碳鋼和不銹鋼按順序依次合理選用，有關(guān)密封圈材料選用，橡膠優(yōu)先，銅、合金鋼和F4按順序依次合理選用[3]。

3 化工設(shè)計中常用閥門型號選擇策略

3.1 閘閥選型

化工生產(chǎn)裝置中，閘閥屬于較為常見的閥門類型，不會使液體流經(jīng)方向發(fā)生改變。閘閥全開狀態(tài)下，阻力系數(shù)相對較小，所使用口徑、壓力和溫度范圍等相對廣泛。在口徑相同的情況下，與截止閥相比，可節(jié)省安裝尺寸空間，因此它的選擇使用范圍更為廣泛。但閘閥同樣也存在部分缺點(diǎn)，如高度較大，且啟閉所需時間較長；在啟閉過程中，密封面就有被沖蝕影響的可能；對介質(zhì)清潔程度有著一定的標(biāo)準(zhǔn)要求；在生產(chǎn)中采用非金屬耐腐蝕材料進(jìn)行制造的難度大。在閘閥開啟狀態(tài)下，位于閘板背面位置，介質(zhì)可形成渦流現(xiàn)象，導(dǎo)致閘門受到?jīng)_蝕和振動影響，閥座密封面較易發(fā)生相應(yīng)的損壞。所以，在需要調(diào)節(jié)流量的情況下，并不適合選用閘閥，在全開、圈閉狀態(tài)下，對流體啟閉進(jìn)行有效控制時，適宜選用閘閥。

按照閥桿的螺紋位置來進(jìn)行劃分，閘閥有明、暗桿兩種形式。在腐蝕介質(zhì)環(huán)境中，優(yōu)先考慮明桿式閘閥，而面對低壓和無腐蝕性介質(zhì)環(huán)境時，可選用暗桿式閘閥。以閘板結(jié)構(gòu)劃分，閘閥可劃分成楔式、平行式閘閥。而楔式閘閥又可分為單、雙閘板兩種類型。針對平行式閘閥，在油氣輸送系統(tǒng)中重點(diǎn)使用，化工裝置中使用相對較少。

有關(guān)閘閥應(yīng)用方面，介質(zhì)為蒸汽、油氣或高溫油品等，或開關(guān)頻繁位置，可合理選用閘閥，但在介質(zhì)易結(jié)焦情況下就不太適用。易結(jié)焦高溫介質(zhì)條件下，可合理選用楔式單間板閘閥，蒸汽、油品等介質(zhì)可合理選用楔式雙閘板閘閥。

3.2 球閥選型

低溫、高溫和黏度大等介質(zhì)，可合理選用球閥。介質(zhì)中存在懸浮固體顆粒的情況下，大部分球閥均表現(xiàn)出良好的適用性，以密封材料為標(biāo)準(zhǔn)，同樣可在顆粒狀、粉狀等介質(zhì)中，對球閥加以合理選用。針對全通道球閥，其在流量調(diào)節(jié)中使用較少，在快速啟閉情況下則使用較多，可快速完成事故緊急切斷操作?；す艿乐校鐚γ芊?、磨損等有著嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，或高壓截止、啟閉動作迅速和縮口通道中，可合理應(yīng)用球閥。有關(guān)介質(zhì)方面，如腐蝕性、輕型結(jié)構(gòu)以及低壓截止等情況下，同樣適用于使用球閥。在低溫、深冷介質(zhì)，球閥也能發(fā)揮重要作用。在低溫介質(zhì)的管路系統(tǒng)和裝置中，需使用低溫球閥，并設(shè)置有相應(yīng)的閥蓋。浮動球閥的使用，對閥座材料有著相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，需能夠有效承載球體以及工作介質(zhì)產(chǎn)生的荷載。當(dāng)使用大口徑球閥時，由于操作所需力較大，所以在DN≥200mm情況下，需以渦輪傳動形式為主。在口徑、壓力標(biāo)準(zhǔn)均較大時，需采用固定球球閥。此外，可燃、毒性介質(zhì)管道中，球閥需設(shè)置相應(yīng)的防火和防靜電結(jié)構(gòu)，充分保證安全性。

3.3 止回閥選型

清潔介質(zhì)條件下，多選擇使用止回閥。止回閥對介質(zhì)清潔程度有一定要求。DN≤40mm情況下，適合采用升降止回閥，需位于水平管道完成合理設(shè)計安裝。DN介于50～400mm情況下，適合選用旋啟式升降止回閥，水平、垂直管道均可合理設(shè)計安裝，若位于垂直管道，需保證介質(zhì)流向為從下到上。DN≥450mm情況下，適合選用緩沖性止回閥。DN介于100～400mm情況下，同樣也可以選擇夾式止回閥。旋啟式止回閥的使用，可承受較大工作壓力，PN標(biāo)準(zhǔn)可達(dá)42MPa，基于各部分材質(zhì)區(qū)別，能夠在各種工作介質(zhì)和溫度范圍中，如蒸汽、腐蝕性介質(zhì)和油品等工作介質(zhì)，溫度介于-196～800℃，均可考慮使用止回閥。

3.4 截止閥選型

化工設(shè)計期間，對流體阻力并沒有較高標(biāo)準(zhǔn)要求時，可考慮選用截止閥。面對高溫高壓介質(zhì)情況下，截止閥同樣表現(xiàn)出相對廣泛的使用范圍。DN≤200mm，且為蒸汽化管路的情況下，可選用截止閥。具體實踐環(huán)節(jié)，小型閥門如取樣閥和針型閥與儀表閥等，或用于低真空系統(tǒng)和排氣閥的閥門，也可選用截止閥。就截止閥而言，其功能作用在于對壓力和流量的調(diào)節(jié)控制，所以，調(diào)節(jié)精度并無嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)要求，管道直徑不大的情況下，可優(yōu)先選擇截止閥。介質(zhì)存在毒性的情況下，為充分保證密封性能，需要采用波紋管截止閥。介質(zhì)清潔程度較差，存在大顆粒沉淀或中等黏度情況下，并不適合截止閥?；ぴO(shè)計期間，對密封性能標(biāo)準(zhǔn)要求較為嚴(yán)格時，要優(yōu)先考慮使用截止閥設(shè)計，由于存在密封圈，可充分保證良好密封性能，換墊操作較為簡便，僅需對截止閥安裝加以重點(diǎn)關(guān)注，閥門方向需同介質(zhì)流動方向保持相同。

3.5 節(jié)流閥選型

基于結(jié)構(gòu)形式層面分析，節(jié)流閥和截止閥具有明顯的相似性，而區(qū)別則在于，節(jié)流閥并未設(shè)置相應(yīng)的節(jié)流元件。結(jié)合閥門市場整體情況，節(jié)流閥尺寸相對較小，卻表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，如安全監(jiān)管和節(jié)能方面。然而，節(jié)流閥同樣也存在一定的不足，比如調(diào)節(jié)控制精度有待提高。因此，化工設(shè)計期間，對于溫度低和壓力高等介質(zhì)情況下，可設(shè)計節(jié)流閥。在調(diào)節(jié)流量、壓力等需求下，也同樣可使用節(jié)流閥。而在介質(zhì)清潔程度較差或高黏度等情況，則不適宜選用節(jié)流閥。

3.6 蝶閥選型

蝶閥的流體阻力相對較小，啟閉迅速，且重量、結(jié)構(gòu)和尺寸方面也表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，可有效節(jié)省材料成本。在切斷、節(jié)流設(shè)計中，選擇蝶閥更適宜需求，但在大流量調(diào)節(jié)，由于密封材料影響，其使用單位范圍也存在一定的局限性。在含懸浮固體的液體介質(zhì)以及大口徑管道設(shè)計中，也可以選擇蝶閥。由于材料、設(shè)計和工藝等不斷優(yōu)化改進(jìn)，其性能同樣也發(fā)生相應(yīng)的改變，蝶閥適用范圍也變得更加廣泛。蝶閥憑借其經(jīng)濟(jì)性與調(diào)流流量性能，在適用于蝶閥的情況下，可優(yōu)先考慮蝶閥。針對設(shè)計壓力不高，而管道直徑較大，且快速啟閉的情況下，設(shè)計蝶閥也是非常有益的。蝶閥可劃分成軟、硬密封類型，需基于流體介質(zhì)溫度選擇具體適用的類型，需要提醒的是，其軟密封性能明顯優(yōu)于硬密封。在常用的蝶閥中，最常見的就是大孔徑閥門，主要應(yīng)用于原油及油品、水等為主的介質(zhì)，溫度在300℃以內(nèi)，且壓力在1.0MPa以內(nèi)。

3.7 旋塞閥選型

旋塞閥屬于最先設(shè)計使用的閥件，具有良好的密封性能，可實現(xiàn)雙向密封，啟閉較為省力，且使用年限較長。在危害性較大的物料系統(tǒng)中可重點(diǎn)使用，但啟閉力矩相對較大，導(dǎo)致價格成本相對較高。旋塞閥腔體內(nèi)不會產(chǎn)生積液，不會對間歇裝置物料產(chǎn)生污染影響。在化工管道設(shè)計中，使用旋塞閥可完成切斷和分配操作，且可改變介質(zhì)流向。在多通道結(jié)構(gòu)設(shè)計中旋塞閥也是比較常見的，閥門可連接多個流道，使管道系統(tǒng)設(shè)計更簡化，避免閥門數(shù)量和連接配件等使用過多。旋塞閥分為兩種類型，即無潤滑型與潤滑型。油封式旋塞閥在強(qiáng)制潤滑的作用下，可形成油膜，不僅具有更高的密封性能，而且啟閉時還相對省力，也降低了對密封面的損傷。但是要重點(diǎn)關(guān)注物料污染的問題，需要做好定期維護(hù)。一般情況下，無潤滑性使用相對較多。針對旋塞閥，比較適用于在介質(zhì)溫度不高而黏度較高情況下，且開關(guān)快速等運(yùn)行環(huán)境下，而蒸汽、溫度較高等介質(zhì)通常不選用旋塞閥。

3.8 隔膜閥選型

隔膜閥在結(jié)構(gòu)形式上具有明顯的特殊性，通過橡膠膜、塑料膜等實現(xiàn)對流體運(yùn)動的有效控制。針對隔膜閥而言，流體阻力相對較小，可實現(xiàn)雙向密封，在低壓、懸浮黏性流體和腐蝕性漿液等介質(zhì)中可重點(diǎn)使用。操作機(jī)構(gòu)同介質(zhì)通道保持安全分隔，通過彈性隔膜完成流體的有效切斷操作，隔膜閥在醫(yī)藥衛(wèi)生和食品等工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計中運(yùn)用得比較多。隔膜材料自身的耐溫性能，決定了隔膜閥適宜的溫度環(huán)境。以結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)，可劃分成直通式、堰式。隔膜閥適用于以懸浮物、油品與酸性介質(zhì)等為主，溫度不超過200℃，壓力不超過1.0MPa的運(yùn)行環(huán)境，而在強(qiáng)氧化劑、有機(jī)溶劑等介質(zhì)環(huán)境中，通常不選用隔膜閥。

4 閥門選型注意事項

化工設(shè)計中，常用閥門合理選型屬于重中之重，直接關(guān)乎化工安全生產(chǎn)和整體效益。因此在閥門選型時需重點(diǎn)考慮下面幾個因素：①輸送流體性質(zhì)。閥門作用在于對流體的有效控制，流體種類各不相同，如蒸汽、漿液和氣體與液體等，部分流體清潔程度較差，可能含有固體懸浮顆粒和粉塵等。所以，閥門選用期間，需對流體性質(zhì)充分分析，以保證閥門選用符合具體標(biāo)準(zhǔn)要求。②閥門功能。閥門選擇期間要考慮到閥門的功能，綜合考慮具體的使用條件，如調(diào)節(jié)壓力、流量或切斷，需要快速啟閉，單向流動或雙向流動等?？偠灾鑼﹂y門特性、用途和功能充分了解，從而為閥門合理選用提供基礎(chǔ)依據(jù)。③閥門尺寸?；ぴO(shè)計中，需結(jié)合工藝管道的類型和尺寸等來選擇閥門的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。④閥門工作壓力、溫度。不同類型閥門使用范圍和條件存在明顯差別，面對不同壓力、溫度條件，就需要對閥門類型做出正確選擇。需基于工藝工況，對閥門材料、壓力等級進(jìn)行明確，以此來為閥門選型提供參考。⑤閥門壓力損失。局部阻力損失同閥門存在直接聯(lián)系，各類型閥門因結(jié)構(gòu)存在差別，阻力大小各不相同，因此在閥門選型過程中一定要重點(diǎn)關(guān)注阻力允許標(biāo)準(zhǔn)范圍。⑥閥門材質(zhì)。在設(shè)計中，要結(jié)合溫度、壓力等級以及流體特性等情況來重點(diǎn)考慮閥門的材質(zhì)選擇。閥體、閥座和閥盤部分所涉及材質(zhì)各不相同，尤其是對于輸送腐蝕性物料的情況下，一定要基于物料性質(zhì)做出合理選擇，從而保證閥門性能。

5 結(jié)束語

在化工設(shè)計中，常用閥門的合理選型對化工生產(chǎn)的安全、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益都具有重要的影響和制約。因此必須在化工設(shè)計中給予足夠的重視，要視具體情況具體分析，對常用閥門類型、材質(zhì)、用途和特點(diǎn)，以及優(yōu)缺點(diǎn)都要做到充分掌握，通過科學(xué)合理的選型方法，結(jié)合對比分析等方式，做到常用閥門的合理選型，以保證閥門質(zhì)量和使用工況能完全符合化工生產(chǎn)的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)要求，為化工生產(chǎn)提供安全保障。