化工設(shè)計中特殊閥門的選用說明

    在流體管道系統(tǒng)中，閥門是控制元件，其主要功能為啟閉、節(jié)流、調(diào)節(jié)流量、隔離設(shè)備和管道系統(tǒng)、防止介質(zhì)倒流、調(diào)節(jié)和排泄壓力等。閥門種類多、品種復(fù)雜，其中常用的閥門有閘閥、截止閥、節(jié)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(yè)的迅速發(fā)展，石油化工生產(chǎn)裝置中的介質(zhì)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(fù)雜苛刻，操作溫度和壓力較高，開工周期長，閥門一旦出現(xiàn)故障，輕者導(dǎo)致介質(zhì)泄漏，既污染環(huán)境又造成經(jīng)濟損失，重者導(dǎo)致裝置停工停產(chǎn)，甚至造成惡性事故。選擇合適的閥門至關(guān)重要，特殊閥門的選擇在管路設(shè)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(hù)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(zhì)本身的力來排出一定數(shù)量的流體，以防止系統(tǒng)內(nèi)壓力超過預(yù)定的安全值。當(dāng)壓力降低到規(guī)定值時，閥門及時關(guān)閉，從而保護(hù)設(shè)備或管路的安全運行。

    安全閥在最不利的因素下設(shè)計考慮。下列情況可能由于火災(zāi)、操作故障或停水、停電等造成設(shè)備或管道超過設(shè)計壓力而發(fā)生爆炸事故，應(yīng)設(shè)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(shè)計中特殊閥門的選用說明在兩端有可能關(guān)閉，而導(dǎo)致升壓的液化烴管管道上；

    可燃?xì)怏w和可燃液體受熱膨脹可能超過設(shè)計壓力的管道；

    設(shè)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(shè)置泄壓設(shè)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(jié)構(gòu)及加載機構(gòu)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(shè)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(gòu)分為背壓平衡式和常規(guī)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(dǎo)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(shè)定壓力大于 3MPa、溫度超過 235℃ 的氣體用安全閥，則應(yīng)選用帶散熱片的安全閥，以防止泄放介質(zhì)直接沖蝕彈簧；⑤ 一般易燃、易爆或有毒的介質(zhì)應(yīng)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(zhì)，應(yīng)選用波紋管安全閥；⑦ 高背壓的場合，宜選用背壓平衡式或?qū)чy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(shè)備或蒸汽管道中的蒸汽凝結(jié)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(shè)備均勻給熱，充分利用蒸汽潛熱防止蒸汽管道中發(fā)生水錘。它是保證各種加熱工藝設(shè)備所需溫度和熱量并能正常工作的一種節(jié)能產(chǎn)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(jié)水，才能起到阻汽排水作用。“識別”蒸汽和凝結(jié)水基于三個原理：密度差、溫度差和相變。根據(jù)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(jié)水與蒸汽的密度差，通過凝結(jié)水液位的變化，使浮子（球狀或桶狀）升降帶動閥瓣開啟或關(guān)閉，達(dá)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(shè)備內(nèi)不存水，能使加熱設(shè)備達(dá)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(jié)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(jié)水中的一部分顯熱，閥前始終存有高溫凝結(jié)水，無蒸汽泄漏，節(jié)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(jù)相變原理，靠蒸汽和凝結(jié)水通過時的流速和體積變化的不同熱力學(xué)原理，使閥片上下產(chǎn)生不同壓差，驅(qū)動閥片開關(guān)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(diào)等加熱工藝過程中，為保證各種設(shè)備工藝所需的溫度熱量，及時排出凝結(jié)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(zhǔn)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(shè)備有最快的加熱速度，加熱溫度控制嚴(yán)，且保持在加熱設(shè)備中不能積存凝結(jié)水，則應(yīng)選擇能排飽和水的機械型疏水閥；② 如果加熱設(shè)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(yán)，而且可以要求積存一定量的凝結(jié)水時，選用熱靜力型疏水閥；③ 根據(jù)使用設(shè)備排水量的多少，選用疏水閥務(wù)必考慮安全系數(shù)；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(zhì)量高，是生產(chǎn)工藝加熱設(shè)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(jié)構(gòu)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(fù)雜。

    ② 熱靜力型疏水閥可裝在用汽設(shè)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(jié)構(gòu)簡單，動作靈敏，可連續(xù)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(yīng)用范圍廣，可作為蒸汽系統(tǒng)的排空氣閥。波紋管式廣泛用作采暖系統(tǒng)疏水用，也可作為蒸汽系統(tǒng)的排空氣閥。雙金屬片式動作靈敏度不高，能連續(xù)排水，排水性能好，過冷度較大且可調(diào)節(jié)，從低壓到高壓都適用，最高使用溫度可達(dá) 550℃。抗污垢、抗水擊性強。

    ③ 熱動力型疏水閥處理凝結(jié)水的靈敏度較高，啟閉件小、慣性也小、開關(guān)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(shè)備等。脈沖式疏水閥背壓度較低，適用于回轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)簡單，能連續(xù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(nèi)凝結(jié)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(jié)流，將進(jìn)口壓力降至某一需要的出口壓力，并能在進(jìn)口壓力及流量變動時，利用自身介質(zhì)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(zhì)壓力降低，達(dá)到減壓的目的。一般情況下，減壓閥的出口壓力應(yīng)小于 0.5 倍的進(jìn)口壓力。減壓閥進(jìn)口壓力的波動應(yīng)控制在進(jìn)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(diào)整和維修的方便，減壓閥一般應(yīng)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(jié)構(gòu)，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(jīng)濟的一種，專為中低流量設(shè)計。直接作用式減壓閥的精確度通常為下游設(shè)定點的（+10%~-10%)；

    ② 活塞式減壓閥。該類型的減壓閥集兩種閥——導(dǎo)閥和主閥于一體。導(dǎo)閥的設(shè)計與直接作用式減壓閥類似。來自導(dǎo)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(shè)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(nèi)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(nèi)導(dǎo)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(nèi)導(dǎo)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(dá)（+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(dǎo)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(yīng)用范圍廣，在蒸汽、壓縮空氣、工業(yè)用氣、水、油和其他液體介質(zhì)的設(shè)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(zhì)；

    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(zhì)；

    ③ 先導(dǎo)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(zhì)，若用不銹耐酸鋼制造，叮適用于各種腐蝕性介質(zhì)；

    ④ 介質(zhì)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(zhì)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(dǎo)薄膜式減壓閥。

    4 結(jié)束語

    在石油、化工及其它行業(yè)的管道系統(tǒng)，具有安全保護(hù)作用的安全閥、具有節(jié)能作用的疏水閥和減壓閥等特殊閥門的應(yīng)用越來越多。閥門在運行中與企業(yè)整體效益有著十分密切的聯(lián)系，閥門雖小，但與企業(yè)的生存和發(fā)展有著非常重要的因果關(guān)系；為了企業(yè)的安全生產(chǎn)和效益，設(shè)計人員和企業(yè)必須全方位科學(xué)的使用閥門，合理的選擇閥門能夠降低裝置的建設(shè)費用、保證生產(chǎn)安全運行。