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第四课阀门的特点之截至阀

目录

第一课基础知识3

第二课阀门的标准7

第三课:

阀门的特点之~闸阀13

第四课:

阀门的特点之~截至阀20

第五课:

阀门的特点之~球阀24

第六课:

阀门的特点之~碟阀25

第七课:

阀门的特点之~旋塞阀26

第八课:

阀门的特点之~安全阀27

第九课:

阀门的特点之~蒸汽疏水阀28

第十课:

阀门的特点之~减压阀29

第十一课:

阀门的特点之~止回阀30

第十二课:

调节阀基础知识31

专题:

阀闸的旁通32

专题:

压力密封结构与活载荷:

34

专题:

铸件与锻件的区别:

36

专题:

阀门的驱动40

专题:

执行机构的防爆与防护47

专题:

角行程气动执行机构介绍(美国尼伯科)53

资料:

阀门材料表61

第一课基础知识

1.1概述:

阀门是流体输送系统中的控制部件,具有截流,导流,防止逆流,稳压,分流或溢流泻压等功能。

阀门的介质:

空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属、放射性介质等。

阀门的公称通经:

几毫米至10米工艺管路。

阀门的工作压力:

1.3X10-3Mpa至10000Mpa超高压

温度:

-269oC至1430oC

工作方式:

手动,电动,气动,液动,电气或电液联动。

1.2阀门的分类

1)接通或截断管路中的介质:

闸阀、截至阀、球阀、旋塞阀、隔膜阀、蝶阀等。

2)调解、控制管路中介质的流量和压力:

节流阀,调解阀,减压阀,安全阀。

3)改变管路中的介质的流动方向:

分配阀,三通,四通球阀,三通旋塞阀。

4)阻止管路中的介质倒流:

止回阀,地阀。

5)分离介质:

不同结构的蒸汽疏水阀,空气疏水阀等。

6)调解液面的高度:

液面指示器,液面调节器。

按照公称压力分类:

1)低压阀门:

PN<=1.6Mpa

2)中压阀门:

PN<=2.5-PN<=6.4300#-600#

3)高压阀门:

PN<=10.0-PN<=80.0900#-4500#

4)超高压阀门:

PN>=80Mpa

按照温度分:

1)超低温阀门t<-100oC

2)低温阀门-100oC<=t<-40oC

3)常温阀门-40oC<=t<120oC

4)中温阀门-120oC<=t<450oC

5)高温阀门t>=450oC

 

1.4阀门的公称通经:

阀门的公称通经是管路系统中所有的管路附件用数字表示的尺寸,它是一个圆整数,和加工尺寸是呈不严格的关系。

公称通经使用DN作为起首:

实际中我们使用2种规格的管子,在仪表领域使用Tubing管,在工艺领域使用Piping管,2种管子的在同样的DN号和英寸号下直径和璧厚都不一样,下表是1/2寸至2寸管子的规格。

DN数

英寸数

Tubing

Piping

DN15

1/2Inch

12.7X0.71/2.11

21.3X2.11/4.78

DN20

3/4Inch

19.05X1.22/2.77

26.7X2.11/5.56

DN25

1Inch

25.4X1.22/3.2

33.4X2.77/6.35

DN32

11/4Inch

31.75X3.96

42.2X2.77/6.35

DN40

11/2Inch

38.1X2.41/4.78

48.3X2.77/7.14

DN50

2Inch

50.8X3.05

60.3X1.65/8.74

1.5阀门的压力

PN

PN是一个用数字表示的压力有关的代号,是提供参考用的一个方便的圆整数,PN是近视与折合常温的耐压Mpa数,是国内阀门通常所使用的公称压力。

美标阀门以磅级为表示公称压力,磅级是对于某一种金属的结合温度和压力的计算结果,他更具ANSIB16.34的标准来计算。

我们通常使用软件来计算,但是也要懂得使用表格来查磅级。

下面的是磅级和国内PN数的对照表

Class

150

300

400

600

800

900

1500

2500

公称压力PN/Mpa

1.6

2.0

2.5

4.0

5.0

6.3

10.0

13.0

15.0

25.0

42.0

1.6阀门的压力检测

标准检测

壳体检测—所有阀门都经过流体静力学壳体检测,根据ANSIB16.34和MSSSP-61的标准,最低检测压力为在37oC温度下,额定压力的1.5倍。

阀座压缩检测—所有压力密封阀门的阀座都经过流体静力学检测,根据ANSIB16.34和MSSSP-61的标准,最低检测压力为在37oC温度下,额定压力的1.1倍。

所有螺栓阀帽阀门的阀座都经过气压检测,根据API-598标准,最低检测气压为80psig.

材料证书—如果用户要求,可以提供主要阀门部件完整的化学和物理特性资料。

(CMTR-certifiedmaterialtestreport)

备选检测程序:

API检测—如果用户指定,阀门可以按照API-598标准进行检测。

煤油检测—对于特殊应用的阀门,如果用户指定,可以采用煤油代替水对阀门进行流体静力学壳体和阀座压缩检测。

高压氮检测—对于特殊应用,如果用户指定,阀门可以采用氮进行全负荷工作压力检测。

 

软化水—对于特殊阀门,如果用户指定,可以采用软化水进行清洗和流体静力学壳体和弹簧压缩检测。

特殊要求

外观检测—所有铸件都满足MSS-SP-55标准的要求。

无破坏性检测—如果用户要求,可以对阀门部件进行X射线照相、磁颗粒或液态染色渗透探伤等检测。

液体渗透(表面)检测(PT):

这种检验方法可以查处肉眼看不到的表面缺陷,需要检验的物体表面应彻底处理干净并干燥,将可溶于水或溶剂的液体渗透染色剂通过滴,刷或洒的方法涂于检验表面,并允许一定的时间使其渗入缺陷。

多余的渗透剂可以洗去或揩掉。

等表面彻底干燥后,涂上显影剂(液体或粉末),然后,在适宜的光源下观察。

(有些显影剂需要在紫外光或黑光下进行观察)如果发现缺陷且通过焊接修补后,必须重新检验。

磁粉探伤(表面)检测(MT):

原理及程序:

磁性颗粒检验只能用于可以被磁化的材料。

原理是把直流电作用在一个零件的两端以引导材料里的电磁场。

表面或浅表面缺陷会使磁场扭曲到在缺陷周围形成一个次磁场这样一种程度。

如果一种干的或者悬浮于液体里的磁粉散布在磁化的零件上,磁场扭曲的区域就可以观察到,表明在零件里的磁场扭曲区域存在一个缺陷。

然后把电流反向使零件失磁后,就有可能补焊缺陷(铸造件的正常步骤,或者也许必须更换零件,(锻件和棒材零件的正常步骤)。

在修补或替换后,应重复磁粉探伤检测。

X射线照相(立体)检测:

原理:

是X射线或者γ射线可以穿透一般光线不能透过的物体,却可以像一般光线一样使胶片感光成像。

透过金属物体的射线强度取决于物体的密度。

浅表面下的缺陷代表材料密度的改变,因此可以被射线感光成像。

程序:

需要检验的零件置于X或者γ射线源与感光胶片之间,清晰度与对比灵敏度可以用一块或多块特定厚度的小平板与试验物体同时曝光的方法来确定,小平板或者透射尺上钻有多个规定尺寸的小孔。

它与阀体或其他试验物体一起在感光胶片上的成像,可以确定照相的清晰度和对比灵敏度。

超声波检测(立体)检测:

原理:

这一方法检测从被检零件放射回来的声波,以判断任何缺陷的深度和大小。

超声检验能检测结晶金属中的异物和断层,因此能够对诸如板材,棒材和锻件之类的结构进行立体检查。

程序:

试验一般借助一种特殊的称为成色剂的油或在水下进行,以保证有效的声波传递,声波由晶体探头产生,并从被测试零件的每个交界面,即被测试零件本身的每个外表面以及收到损伤或变形的内部各表面反射回来。

反射波被晶体探头接受并显示在屏幕上,以确定缺陷的位置和严重程度。

 

第二课阀门的标准

1.7阀门的结构长度和尺寸

阀门的制造需要按照各种标准来执行,

G.B.(国标)如:

GB/T12221-1989“结构长度”标准

2.相关标准

ASME美国机械工程师学会(AmericanSocietyOfMechanicalEngineers)

ASTM美国材料试验学会(AmericanSocietyforTestingandMaterials)

ANSI美国国家标准化组织(AmericaNationalStanderInstitute)

AISI美国钢铁协会(AmericanIronandSteelInstitute)

API美国石油学会标准

MSS美国阀门协会标准

ISA美国仪表协会

NFPA美国国家防火协会

IEC国际电工委员会

NEMA美国电气制造商协会

GB中国国家标准

ISPM15国际包装标准

ASME:

B16.11煅制沉插焊接配件及螺纹配件

B16.10:

钢制阀门的结构长度

B16.25对焊标准

B16.5:

钢法兰和法兰管件

B16.34:

钢制阀门

API:

Std598:

阀门的检查和试验

Std607:

火灾安全设计

Std600:

法兰或对时连接的钢制闸阀

Std602:

带缩口的小口径紧凑型碳钢闸阀 

API 6D 管线阀门规范

RP550:

炼油厂仪表安装手册

MSS:

SP-54:

阀门、法兰接头及其他管路附件的铸钢结构质量

SP-55:

阀门、法兰接头及其他管路附件的铸钢质量

SP-61:

水压试验

ANSI:

ANSI/FCI70-2:

低压空气试验。

ANSIB1.20.1:

管螺纹

ANSIB16.104:

调节阀密封泄漏等级

ISA:

ISAS75.1:

调节阀口径计算公式

ISAS50.1:

工业仪表模拟信号

GB:

GB/T4213-92:

气动调节阀

GB3836-2000(IEC60079-1998):

爆炸性环境用防爆电气设备

GB4208-93(IEC529、NEMAICS6-83):

仪表防护

3.制造厂一般要求

3.1阀门的结构长度应符合ASMEB16.10。

3.2法兰尺寸应符合ANSIB16.5。

3.3螺纹连接应符合ANSIB16.11。

3.6设计和制造:

阀门的设计、制造应按照ANSI16.34。

3.6.1法兰的表面光洁度为125-250AARH。

3.6.2铭牌和印记要求按MSS-SP-25。

3.6.3阀门满足NACEMR0175标准。

3.7检查和检测:

所有阀门应按ANSIB16.34和下列附加技术条件检查和检测。

3.7.1所有材料的化学成分和机械性能报告应按ASTM标准提供,并提供中、外不同材料标准对比表。

3.7.2所有铸件应按MSS-SP-55进行宏观检查。

 

2.选用阀门的基本原则:

2.1阀门的密封性能

密封性能是考核阀门质量优劣的主要指标之一。

阀门泄漏可以分为内漏和外漏2种:

内漏:

指阀座和关闭件之间对介质达到的密封程度。

外漏:

指阀杆填料部位泄漏,中法兰垫片部位的泄漏及阀体因铸造缺陷造成渗漏。

通常情况下不允许有外漏。

2.2检测阀门的泄漏的标准有API598ANSIClassMSS-SP-61等规范和标准。

附件里面是API598的标准。

2.3为了避免泄漏所采取的方法:

避免外漏:

1.在上法兰处使用金属平垫片,使用比较软的金属,以其弹性和熟性变形来适应法兰面的不平整,其屈服强度必须大大低于法兰面材料的屈服强度。

2.压缩石棉弹性垫片:

综合了橡胶和石棉的特性,橡胶具有能很容易随附法兰面的不平整的特性,但是它在平面的应变上不能承受高的负荷,所以我们用石棉纤维进行加固,里面加入粘合剂,填充剂,加强钢丝等,适用于PN6.4以下介质低于450oC

在低于235度的情况下,我们很多时候使用PTFE或PTFE编制盘根,用于不能使用石墨盘根的场合下。

3.缠绕式垫片:

缠绕式的垫片是由旋绕在外层的”V”形金属带之间镶嵌软质材料组成,金属带末端用点焊焊接,金属使得垫片具有一定程度的弹性,以补偿法兰的微小变形,而镶嵌的软质材料进入法兰密封面不平整度空隙中作为密封介质。

填充材料通常是石棉,PTFE,柔性石墨等。

阀杆处密封形式:

阀杆是带动启闭件使阀门开启和关闭的重要部件,因为阀杆是可动件,所以最容易产生泄漏。

我们通常使用压缩填料来对盘根处做密封。

压缩填料通常采用石墨,PTFE,PEEK,等材料。

PTFE和PEEK具有皱缩率小,缩水率最低,且具有摩擦系数小的特性,对于大部分的腐蚀性介质具有较高的抗腐蚀性能,工作温度在-150至260oC之间

柔性石墨和编织石墨具有耐高温,寿命长,摩擦系数小,耐大部分腐蚀性介质等特点,工作温度达到600oC,故电厂,石化部分等高温处阀门都使用石墨填料。

 

阀门的类型

优点缺点

1.闭合式:

截至阀,针阀等,切断,调节性能优压力损失大

2.滑动式:

闸阀,刀闸阀直流,面密封动作慢,体积大,

3.旋转式:

球阀动作快,直流,易操作温度压力受限,价高

旋塞阀动作快,直流温度受限,润滑问题

蝶阀结构紧凑,动作快,切断性能良好压力受限

4.加紧式隔膜阀无填料,对污流可靠压力温度隔膜材质限制

 

各种工况下的选择:

1.截止和开放介质用的阀门

截止和开放介质用的阀门通常应选择截止后密封性能好,开启后流阻较小的阀门,流道为直通式的阀门作为截止和开放介质最适合,对流阻要求严格的地方使用闸阀,全通经球阀,旋塞阀等,如果对流阻要求不严格,可以使用截止阀。

2.控制流量的阀门

控制流量的阀门通常选择易于调节流量的阀门,调节阀,节流阀适用于这一途径,因为他们的阀座尺寸与关闭件的行程之间成正比例关系,旋转式和加紧式也能够用于这一位置,但是通常在有限的阀门口径范围内才适用,

3.换向分流用的阀门,更具换向分流需要,这样的阀门通常有3个或者更多的通道,旋塞阀和球阀比较适合用于这一目的。

4.带有悬浮颗粒的介质用的阀门:

介质中带有悬浮颗粒,最适合用于这种介质的是其关闭件沿密封面的滑动带有擦拭作用的阀门,如果关闭件对于阀座来回运动是笔直的,那么就可能夹持材料,因此,除非阀门密封面材料可以允许前

5.气体管路排除凝结水用得阀门:

气体管路分蒸汽管路和压缩空气管路,蒸汽管路排除凝结水用各种类型的蒸汽疏水阀,压缩空气使用空气疏水阀。

6.超压保护用的阀门:

各类压力容器和压力管路,如果压力突然增高,若不能及时排放压力,压力容器会出现破裂的危险,这时需要安装各种类型的安全阀,企图管路需要安装全启式安全阀,若是液体压力容器和液体管路可以安装微启式安全阀。

若介质温度较低在80oC以下,可以安装先导式安全阀。

7.稳定容器和管道内的压力的阀门:

为了稳定容器和管道内的压力在容器的管道的前方应安装各种形式的减压阀,当进口的压力和流量变动时,利用介质本身的能量保持出口压力基本保持不变。

阀门端部的连接形式:

1.螺纹:

螺纹分为内螺纹和外螺纹两种,内螺纹连接通常时在阀体上加工成锥管或直管的阴螺纹,管子上加工成锥管或直管的阳螺纹,使之旋入阀体上,由于这种连接可能会出现较大的泄漏沟道,故可用密封带来填塞这些沟道,如果阀体材料可以焊接,则可以在螺纹连接后进行蜜蜂焊,如果螺纹连接的两种材料热膨胀系数差别很大,或者工作温度的幅度范围较大,则螺纹连接部位必须进行蜜蜂焊,螺纹的连接优点是安装拆卸方便,确点是耐受磅级低,连接管子尺寸偏小。

2.法兰连接:

利用若干条螺栓来紧固两片法兰,安装和拆卸都比较方便,但是比起螺纹连接显的笨重。

温度超过350oC时,由于螺栓,垫片和法兰蠕变松弛,随时会明显降低螺栓的负荷,这时应该选择耐高温螺栓材料。

高压情况下使用RTJ法兰。

法兰的优点是安装拆卸较方便,连接尺寸可以做很大,缺点是连接的磅级不高,通常在600磅以下,600-1500磅高压情况下使用RTJ法兰来连接,价格偏高。

在大口径低磅级的情况下我们还会遇到Wafer和Lug两种连接方式,统称为对夹式,通常用于碟阀。

3.焊接端部连接:

焊接连接适用于各种压力和温度,在温度和压力比较苛刻的情况下使用,比法兰更加可靠,连接尺寸可以做的很大,缺点是安装和拆卸都很不方便,所以通常会使用在设备长期可靠的运行的位置上,或者温度条件苛刻的位置上。

在DN50以下的口径焊接时,我们通常使用SocketWeld(插焊)来连接,大于DN50使用ButterWeld(对焊)来连接。

 

阀门壳体常用的材料:

1.铸铁:

球墨铸铁通常适用在-30oC至350oC之间,压力<=4PN的中低压阀门。

2.碳素钢:

(WCA.WCB,WCC)适用于-29-425oC之间,使用在低压和中高压阀门中。

3.低温碳钢(LCB):

适用在-46-345oC之间的低温阀门。

4.合金钢(WC6,WC9)适用于工作温度在-29-595oC之间的高温高压非腐蚀性介质的阀门,C5,C12适用在-29-650oC之间的高温高压腐蚀性介质阀门上。

现在随着出现越来越多的超超临界电厂,工况也越来越恶劣,越来越多的阀门长开始使用F91材质。

5.奥氏体不锈钢:

CF8M适用于工作温度在-196-600oC之间的腐蚀性介质的阀门。

6.蒙乃尔合金:

主要适用于含氢氟酸介质的阀门中。

7.哈氏合金:

主要用于稀硫酸等的强腐蚀性介质的阀门中。

8.钛合金:

主要适用于各种强腐蚀介质的阀门中。

9.塑料,陶瓷:

这些非金属材料主要氏具有耐腐蚀性强的特点,有些有金属材料不具备的优点,通常使用在工作压力温度都很低的工况下。

阀门的流量特性:

Cv值:

一个与阀门几何结构有关的,对于一个给定行程的常数(Cv),可用来衡量流通能力。

它是在每平方英寸1磅的压力降下,每分钟流过阀门的60oF水的美国加仑数。

Kv值:

温度5~40oC之间的水,在规定的开启位置下,压力损失为0.1Mpa时流经阀门的体积流量(m3/h),Kv的单位为m2。

阀门中的气蚀和闪蒸现象:

当液体经过部分开启的阀门时,在速度增大区域和在关闭之后的静压降低,可能会达到液体的气化压力。

这时,在低压区的液体就开始气化,并产生充气空穴,形成小气泡并吸附液体中的杂质。

如果阀门出口的压力仍低于液体的蒸汽压力,气泡将保持在阀门的下游,我们称为过程发生了“闪蒸”,闪蒸对阀门的阀芯会产生严重的冲刷破坏,特点是受冲刷表面有平滑抛光的外形。

另一方面,如果阀门下游压力恢复到高于液体的气化压力,气泡被液流再次带到静压较高的区域时,气泡就会突然破裂或内向爆破,这一过程就叫“气蚀”

当破裂的气泡的液体粒子互相冲撞时,在局部地区产生瞬间高压。

如果气泡爆破发生在阀体周界或管璧,则压力能胜过这些部位的抗张强度,在表面上快速交变应力会导致局部的疲劳损伤,使周界表面粗糙,最终形成十分大的气穴。

受损面出现类似于煤渣的外形。

不管阀门的恢复特性如何,引人注意的与闪蒸和气蚀有关的压差就是阀门进口与缩流断面之间的压差。

阀门的闪蒸不能避免。

阀门噪声的产生:

用阀门节流使高压气体变为低压气体时,有时会产生难以忍受的噪声,大部分的噪声是由于高压喷射产生的湍流剪切阀门下游相对静止的介质所引起的。

穿孔的扩散器对减少噪声是有效的。

这种扩散器中气体流过无数小孔,它可以是平板式,喇叭式或桶式。

消音器可以消除阀门噪声中的低频和中频噪声,然而小孔中会产生高频噪声,但是这种高频噪声在管路的流通过程中何在空气中璧低频和中频的噪声更容易消除。

还有一个好处是它可以使流束均匀的缝补在管路的截面上。

 

第三课:

阀门的特点之~闸阀

在各种切断阀中,闸阀是应用最广的一种。

闸阀是指关闭件(闸板)沿通道轴线垂直的方向移动的阀门。

在管路上主要做切断作用,即全开或全关。

闸阀不可以作为调节流量使用。

可以适用于各种压力和温度,闸阀一般不用于输送泥浆等介质。

闸阀的特点:

(1)明杆-易于观察开启-关闭状态。

(2)润滑油附件-轭架套管配置润滑油附件,降低磨损和操作扭矩。

(3)旋启式螺栓-使得维护和填料更换更加简便易行。

(4)填料函-可配置备选灯笼环和润滑油注射器。

(5)后座-经过精密加工的阀盖阀杆衬套实现后座阀杆密封。

(6)阀盖连接-ANSI压力等级不同,连接结构也有所不同。

(7)阀体-全流道(全端口),重型阀体,符合API600标准的壁厚,最大限度延长使用寿命。

可配置用于旁路阀或排泄阀的轮毂。

(8)阀座环-分离式重型、全流道(全端口)环,易于维护。

(9)手轮-易于操作的大手轮。

也可配置齿轮操作机构,马达执行机构或缸体执行机构,以满足更高的应用环境要求。

(10)轭架套管-配置含镍抗腐蚀剂球墨铸铁或铝青铜材料,降低操作扭矩。

(11)压盖-两件式压盖/压盖法兰,自行对准调节,防止由于压盖翘起而造成阀杆损坏。

(12)阀杆-所有美国太平洋和加拿大威兰楔形闸板闸阀配置倒T形头锻造阀杆。

通过锻造T形头,这种阀杆在阀杆-楔形闸板连接处更加结实牢固。

这种结构也使得楔形闸板能够自行对准调节,消除了由于阀杆弯曲而堵塞楔形闸板的可能性。

(13)楔形闸板-重型、全导向楔形结构,精密配合阀体阀座,实现最有效的关闭。

可提供H.I.S.(高度整体性关闭)结构的闸板。

(14)连接端口-可提供两种法兰联接端口,凸面光滑表面或环形连接。

闸阀的优点:

1.流体阻力小。

2.启,闭所需的力拒较小。

3.没有流向限制,可以使用在介质两方向流动的环状管路上。

4.全开时,密封面受工作介质的冲蚀比截至阀小。

5.体型结构比较简单,制造工艺较成熟。

6.结构长度较小

由于闸阀具有许多优点,因此使用范围很广,通常DN.>=50mm的管路上切断介质的装置都用闸阀,甚至在某些小口径管路上,如DN15-DN40,目前仍保留一部分闸阀。

闸阀的缺点:

1.外形尺寸和开启高度都比较大,所需安装的空间也较大。

2.在启闭过程中,密封面间有相对摩擦,磨损较大,甚至在高温情况下容易引起擦伤现象。

所以通常在开关频繁的工况下不实用闸阀。

3.一般闸阀有两个密封面,给加工,碾磨和维修增加了一些困难。

4.启闭时间长。

材料范围(见后材料表)

标准阀体/阀盖材料包括9个等级的碳钢,低合金钢和不锈钢。

对于特殊应用,可以提供其它等级的合金钢和不锈钢。

可提供完整系列的阀内件材料以满足各种应用环境。

可提供备选填料和垫圈材料,以满足各种应用环境。

执行机构的适应性

所有的阀门都可以配置手轮,大阀门采用齿轮箱,通常2寸以上的闸阀都可配置电动马达执行机构,或者气动或液动缸体执行机构。

闸阀应用建议

1.闸阀通常应用于开启-关闭场合,不推荐用于节流应用。

2.闸阀通常安装在水平管道上,阀杆垂直向上。

也可以安装在垂直管道或者阀杆不是垂直向上的水平管道上,但是根据阀门的通径大小、应用环境和材料的具体情况,可能要求特殊的结构。

如果购买的阀门准备采用特殊的安装方式,则在订购时,应该说明阀门的朝向。

3.对于温度超过260oC的应用环境,建议采用柔性或拼合式楔形闸板,避免楔形闸板由于热膨胀而被卡住。

这种情况在阀门冷关闭而后热开启状态下可能发生。

4.当用于高速流体(湍流)或热循环应用时,为了避免松开,螺纹阀座环应该锁焊在阀体上。

请在订购时加以指定

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