化工設計中特殊閥門的選用說明

    在流體管道系統中，閥門是控制元件，其主要功能為啟閉、節流、調節流量、隔離設備和管道系統、防止介質倒流、調節和排泄壓力等。閥門種類多、品種復雜，其中常用的閥門有閘閥、截止閥、節流閥、、蝶閥、球閥、止回閥、隔膜閥等，特殊閥門有疏水閥、安全閥及減壓閥等。隨著石油化工工業的迅速發展，石油化工生產裝置中的介質大多具有毒性大、可燃、易爆和腐蝕性強的特點，運行工況較復雜苛刻，操作溫度和壓力較高，開工周期長，閥門一旦出現故障，輕者導致介質泄漏，既污染環境又造成經濟損失，重者導致裝置停工停產，甚至造成惡性事故。選擇合適的閥門至關重要，特殊閥門的選擇在管路設計中尤為重要。

    1 安全閥及其選型方法

    安全閥是一種安全保護用自動閥門，牽涉到人身安全。它不借助任何外力而是利用介質本身的力來排出一定數量的流體，以防止系統內壓力超過預定的安全值。當壓力降低到規定值時，閥門及時關閉，從而保護設備或管路的安全運行。

    安全閥在最不利的因素下設計考慮。下列情況可能由于火災、操作故障或停水、停電等造成設備或管道超過設計壓力而發生爆炸事故，應設置安全閥（或采取其它安全措施）：

    容積式泵和壓縮機的出口管路；

    化工設計中特殊閥門的選用說明在兩端有可能關閉，而導致升壓的液化烴管管道上；

    可燃氣體和可燃液體受熱膨脹可能超過設計壓力的管道；

    設計壓力小于壓力來源處的壓力容器及管道；

    凝氣透平機的蒸汽出口管道；

    所有的壓力容器都需要設置泄壓設施。

    1.1 安全閥的分類

    安全閥按不同方法的分類如下：

    ① 按其整體結構及加載機構的不同可分為杠桿重錘式（通常用于較低壓力，一般安裝在設備上）、彈黃式和控制式； ② 按閥瓣開啟高度與閥流通直徑之比可分為微啟式、中啟式和全啟式安全閥； ③ 按氣體排放的方式可分為全封閉式、半封閉式和敞開式； ④ 按有無背壓平衡機構分為背壓平衡式和常規式； ⑤ 按作用原理分為直接作用式和非直接作用式（包括先導式和帶動力輔助裝置的）。

    1.2 安全閥選型說明

    安全閥的形式和種類較多，對不同的場合，宜選用以下形式的安全閥：

    ① 排放氣體或蒸汽時，選用全啟式安全閥；② 排放液體時，一般選用微啟式安全閥；③ 排放水蒸汽或空氣時，可選用帶扳手的安全閥；④ 對設定壓力大于 3MPa、溫度超過 235℃ 的氣體用安全閥，則應選用帶散熱片的安全閥，以防止泄放介質直接沖蝕彈簧；⑤ 一般易燃、易爆或有毒的介質應選用封閉式，蒸汽或惰性氣體等可以選用不封閉式；⑥ 排放有劇毒、強腐蝕、極度危險的介質，應選用波紋管安全閥；⑦ 高背壓的場合，宜選用背壓平衡式或導閥控制式安全閥。

    2 疏水閥及其選型方法

    疏水閥是自動排除加熱設備或蒸汽管道中的蒸汽凝結水及空氣等不凝氣體，同時不泄漏蒸汽的一種裝置。由于疏水閥具有阻汽排水的作用，可使蒸汽加熱設備均勻給熱，充分利用蒸汽潛熱防止蒸汽管道中發生水錘。它是保證各種加熱工藝設備所需溫度和熱量并能正常工作的一種節能產品。

    2.1 疏水閥的分類

    疏水閥的品種很多，各有不同的性能。疏水閥要能“識別”蒸汽和凝結水，才能起到阻汽排水作用。“識別”蒸汽和凝結水基于三個原理：密度差、溫度差和相變。根據三個原理制造出三種類型的疏水閥：機械型、熱靜力型、熱動力型。

    ① 機械型疏水閥也稱浮子型疏水閥，是利用凝結水與蒸汽的密度差，通過凝結水液位的變化，使浮子（球狀或桶狀）升降帶動閥瓣開啟或關閉，達到阻汽排水目的。機械型疏水閥的過冷度小，不受工作壓力和溫度變化的影響，有水即排，加熱設備內不存水，能使加熱設備達到最佳換熱效率。機械型疏水閥有自由浮球式、杠桿浮球式、浮桶式、倒吊桶式等；

    ② 熱靜力型疏水閥是利用蒸汽和凝結水的溫度差引起感溫元件的變型或膨脹帶動閥心啟閉閥門。熱靜力型疏水閥的過冷度較大，一般過冷度為 15 度到 40 度，它能利用凝結水中的一部分顯熱，閥前始終存有高溫凝結水，無蒸汽泄漏，節能效果顯著。熱靜力型疏水閥有波紋管式、蒸汽壓力式或平衡壓力式、雙金屬片式、液體膨脹式；

    ③ 熱動力型疏水閥是根據相變原理，靠蒸汽和凝結水通過時的流速和體積變化的不同熱力學原理，使閥片上下產生不同壓差，驅動閥片開關閥門。因熱動力式疏水閥的工作動力來源于蒸汽，因此蒸汽浪費較大。熱動力型疏水閥分為圓盤式、脈沖式、迷宮式或微孔式。

    2.2 疏水閥選型說明

    蒸汽在輸送、汽水分離、加熱、干燥、保溫、伴熱、消毒、蒸餾、濃縮、蒸煮、換熱、采暖、空調等加熱工藝過程中，為保證各種設備工藝所需的溫度熱量，及時排出凝結水阻止蒸汽泄漏，必須安裝疏水閥。對于疏水閥的選型，要求靈敏度高，準確無誤地阻汽排水，不泄漏蒸汽，能提高蒸汽利用率，工作性能可靠，背壓度高、使用壽命長、維修方便等條件。

    蒸汽疏水閥的選用原則：① 如果要求設備有最快的加熱速度，加熱溫度控制嚴，且保持在加熱設備中不能積存凝結水，則應選擇能排飽和水的機械型疏水閥；② 如果加熱設備有較大的受熱面積，并不要求盡快加熱，加熱溫度要求不嚴，而且可以要求積存一定量的凝結水時，選用熱靜力型疏水閥；③ 根據使用設備排水量的多少，選用疏水閥務必考慮安全系數；④ 疏水閥是以壓差來確定排水量的。

    具體選用說明如下：

    ① 機械型疏水閥最大背壓度為 80%，工作質量高，是生產工藝加熱設備最理想的疏水閥。小門徑的閥靈敏度較大門徑的高。除倒吊桶式疏水閥可以排除少量的冷熱空氣外，這類閥不能排除空氣。自由浮球式結構簡單，靈敏度高，可排飽和水，抗水擊、抗污垢能力差，適用于大口徑及大排量，但制造工藝復雜。

    ② 熱靜力型疏水閥可裝在用汽設備上部，單純作排空氣閥使用。液體膨脹式適用于要求伴熱溫度較低的伴熱管線排凝及采暖用管線。蒸汽壓力式或平衡壓力式結構簡單，動作靈敏，可連續排水、排空氣，性能良好，漏氣量小，但抗水擊及抗污垢能力差，應用范圍廣，可作為蒸汽系統的排空氣閥。波紋管式廣泛用作采暖系統疏水用，也可作為蒸汽系統的排空氣閥。雙金屬片式動作靈敏度不高，能連續排水，排水性能好，過冷度較大且可調節，從低壓到高壓都適用，最高使用溫度可達 550℃。抗污垢、抗水擊性強。

    ③ 熱動力型疏水閥處理凝結水的靈敏度較高，啟閉件小、慣性也小、開關速度迅速。圓盤式疏水閥適用于高溫高壓蒸汽管線、干燥機、加熱器及過熱蒸汽設備等。脈沖式疏水閥背壓度較低，適用于回轉干燥滾筒的虹吸管排水，能排除一定量的冷熱空氣。迷宮式或微孔式疏水閥結構簡單，能連續排水、排空氣。微孔式適用于小排量，迷宮式適用于特大排量。

    2.3 疏水閥的安裝要求

    熱動力式疏水閥應安裝在水平管道；浮球式疏水閥必須水平安裝，布置在室外的應采取必要的防凍措施；雙金屬片式疏水閥可水平安裝或直立安裝；脈沖式疏水閥一般安裝在水平管道上，閥蓋朝上；倒吊桶式疏水閥應水平安裝不可傾斜；安裝疏水閥時，其本體上指示的流向箭頭必須與管道內凝結水流向一致，否則疏水閥失去作用。

    3 減壓閥及其選型方法

    減壓閥是通過啟閉件的節流，將進口壓力降至某一需要的出口壓力，并能在進口壓力及流量變動時，利用自身介質能量保持出口壓力基本不變的閥門。其作用是依靠敏感元件，如膜片、彈簧等來改變閥瓣的位置，將介質壓力降低，達到減壓的目的。一般情況下，減壓閥的出口壓力應小于 0.5 倍的進口壓力。減壓閥進口壓力的波動應控制在進口壓力給定值的 80%~105%，如超過該范圍，減壓前期的性能會受影響。為了操作、調整和維修的方便，減壓閥一般應安裝在水平管道上。

    3.1 減壓閥的分類

    減壓閥可分為波紋管式（直接作用式）減壓閥、活塞式減壓閥、薄膜式減壓閥。

    ① 波紋管式（直接作用式）減壓閥。最簡單的減壓閥，直接作用式減壓閥，帶有平膜片或波紋管。獨立結構，無需在下游安裝外部傳感線。是三種減壓閥中體積最小、使用最經濟的一種，專為中低流量設計。直接作用式減壓閥的精確度通常為下游設定點的（+10%~-10%)；

    ② 活塞式減壓閥。該類型的減壓閥集兩種閥——導閥和主閥于一體。導閥的設計與直接作用式減壓閥類似。來自導閥的排氣壓力作用在活塞上，使活塞打開主閥。如果主閥較大，無法直接打開時，這種設計就會利用人口壓力打開主閥。因此，這種類型的減壓閥，與直接作用式減壓閥相比，在相同的管道尺寸下，容量和精確度（+5%~-5%）更高。與直接作用式減壓閥相同的是，減壓閥內部感知壓力，無須外部安裝傳感線；

    ③ 薄膜式減壓閥。這種類型的減壓閥中，雙膜片代替了內導式減壓閥中的活塞。這個增大的膜片面積能夠打開更大的主閥，并且在相同的管道尺寸下，其容量比內導式活塞減壓閥大。另外，膜片對壓力變化更為敏感，精確度可達（+1%~-1%）。精確性更高是由于下游傳感線的定位（閥的外部），其所在位置氣體或液體動蕩更少。該減壓閥非常靈活，可以采用不同類型的導閥，如壓力閥、溫度閥與空氣裝載閥。

    3.2 減壓閥選型說明

減壓閥應用范圍廣，在蒸汽、壓縮空氣、工業用氣、水、油和其他液體介質的設備和管路上均可使用，具體選用說明如下：

    ① 波紋管直接作用式減壓閥適用于低壓、中小口徑的蒸汽、空氣等介質；

    ② 薄膜直接作用式減壓閥適用于中低壓、中小口徑的蒸汽或水等介質；

    ③ 先導活塞式減壓閥，適用于各種壓力、各種口徑、各種溫度的蒸汽、空氣和水介質，若用不銹耐酸鋼制造，叮適用于各種腐蝕性介質；

    ④ 介質工作溫度較高的場合，一般選用活塞式減壓閥；

    ⑤ 靈敏度要求較高時，可選用彈簧薄膜式減壓閥；

    ⑥ 介質為空氣或水（液體）的場合，一般選用直接作用薄膜式減壓閥或先導薄膜式減壓閥。

    4 結束語

    在石油、化工及其它行業的管道系統，具有安全保護作用的安全閥、具有節能作用的疏水閥和減壓閥等特殊閥門的應用越來越多。閥門在運行中與企業整體效益有著十分密切的聯系，閥門雖小，但與企業的生存和發展有著非常重要的因果關系；為了企業的安全生產和效益，設計人員和企業必須全方位科學的使用閥門，合理的選擇閥門能夠降低裝置的建設費用、保證生產安全運行。