几种常用阀门的特点探讨

2018-03-28贾延超井启庆赵理生

山东化工 2018年1期

贾延超，井启庆，赵理生

(1.苏州中本硕机电工程有限公司，江苏苏州 215011；2.青海盐湖工业股份有限公司，青海格尔木 816000；3.新疆天利高新石化股份有限公司,新疆独山子 833699)

近些年来，国家对安全环保的高规格要求、石化项目的苛刻操作条件以及相关技术标准规范的升级都加强了对球阀质量的严格要求。阀门是压力管道系统中量大面广的重要压力管道元件，来主要功能是分配、混合、分离介质(分流或溢流)，防止介质倒流(防止逆流)，截断和连接介质(截断、导流)，调节介质的流量、压力(稳压、稳流)等。相对而言，阀门的结构复杂、品种繁多、技术含金量高、规格趋严。根据不同的使用功能，按照动力作用可分类为依靠外力作用进行动作的驱动阀门(球阀、闸阀、截止阀、旋塞阀、开关阀、切断阀等)和依靠介质自身作用进行动作的自动阀门(安全阀、止回阀、疏水阀、减压阀等)。在阅读国内外阀门相关的资料的基础上，结合在现场实际工作中的宝贵经验，阐述了阀门的分类及其优缺点。

1 常见阀门的分类

1.1 按照阀门的用途分类

(1)当操作压力超过或者低于设定值时，为保证管路系统和设备的安全平稳，需排出或者吸入一定量的流体，如事故阀、安全阀、呼吸阀、单吸阀、单呼阀等。

(2)生产过程中用来调节介质的流量、压力的阀门如调节阀(气动、液动、电动等类型)、减压阀。

(3)为避免介质倒流，防止对泵叶轮有冲击破坏的发生，止回阀是有行之有效的管路元件。

(4)用来切断或者连通介质的阀门如球阀、闸阀、截止阀、蝶阀等。

1.2 按照动力分类

(1)依靠气体、液体、电能、人力等外力进行动作的阀门被称为驱动阀门，例如：球阀、闸阀、截止阀、节流阀等。

(2)依靠介质本身的作用进行动作的阀门被称为自动阀门，例如：止回阀、疏水阀、减压阀等。

1.3 按照驱动方式分类

(1)当驱动力较小时，借助于人力，搬动手柄、手轮甚至是杠杆的手动阀门。当驱动力较大时，采用齿轮、涡轮蜗杆等减速装置的机械驱动阀门。

(2)借助于压缩空气来驱动的气动阀门。

(3)借助于水、油来驱动的液动阀门。

(4)借助于电气装置来驱动的电动阀门。

2 常见阀门的类型和优缺点

2.1 球阀

球阀是指阀芯(带孔的球)绕阀体中心线旋转运动来达到开启和关闭的一种阀门。球阀分为固定球阀和浮动球阀。

2.1.1 浮动球阀的特点和性能

浮动式球阀的阀芯是浮动的。当浮动球阀关闭时，阀芯球体顶端的扁槽与阀杆底端的扁榫的接触面与介质压力方向一致，在压力的作用下，球体没有固定的枢轴限位，沿着压力的方向向出口端移动并紧压在出口端的密封端面。随着介质操作压力的波动，球体在流道内可以来回运动，即所谓的浮动，故称浮动式球阀。不过，由于介质压力通过浮动的球体全部传递到密封圈上，因此密封圈受到的荷载比较大。如果介质压力比较大，球体将被紧紧压死在密封圈上，造成球体转动困难，操作费力。同时，较大的压力作用下，势必要求球阀密封圈要具有较大的冲击承载力，这样的球阀在制造工艺上受限，造价成本也不经济。如果浮动球阀的口径较大，球体随之增大，重量随之变重。由于没有下发干支撑球体，故下半部的阀座支撑较重的球体，易造成阀座下半部磨损。因此，浮动球阀适用于DN50及其以下的小口径、300Lb及其以内的中低压管路系统。

受到工艺和制造的约束，浮动式球阀的密封性能相对较好，体积较小，重量较轻，结构简单，小口径，中低压的介质工作压力。

2.1.2 固定球阀的特点和性能

固定球阀的球体通过螺钉、压盖、填料函把上下阀杆与球体固定，故称为固定球阀。介质压力的作用下，通过浮动的阀座产生位移，密封圈紧压在球体处，形成密封面。一般地，固定球阀的驱动方式可采用带侧装手轮的普通齿轮箱，实现手轮操作。或者在阀杆上下支撑处安装滑动或滚动轴承。这样固定球阀的转动扭矩小，启闭轻便，适用于高压和大口径的阀门管路工况。

2.2 闸阀

闸阀的启闭件是闸板，闸板由阀杆带动并随之一起沿阀座密封面做直线升降运动，垂直于流体方向。当闸阀部分开启时，介质在闸板背面会形成涡流，容易冲蚀闸板并引起闸板的振动，造成阀座的密封面损坏。因此，闸阀在管路中一般不作调节介质流量使用，主要起到切断流体的作用，适用于阀门全开或全关的工况。

按照闸板结构把闸阀可分为楔形式闸阀和平行式闸阀。与阀杆中心线有一定的角度，密封面成楔形，故称之为楔形式闸阀，一般地，制造成单闸板闸阀。当介质温度较高时，为防止楔形密封面热涨卡死，所以闸阀密封面的倾角随之增大。密封面与阀杆中心线平行，故称为平行式闸阀，一般地，制造成双闸板。

按照阀杆螺纹的位置把闸阀可分为明杆式闸阀和暗杆式闸阀。明杆式闸阀的阀杆螺母安装在手轮中心，旋转手轮时，手轮只做圆周运动不做上下运动，而带有传动螺纹的阀杆在阀体外部带动闸板做上下运动，根据阀杆的运动方向和位置便可直观地判断闸板启闭程度。暗杆式闸阀的带有传动螺纹的闸杆位于阀体内部，开关时，手轮与阀杆是相对静止且做旋转运动，闸板通过阀杆在固定点的转动下在阀体内实现上升和下降动作的。因此，启闭闸阀时，明杆式闸阀是可以看到阀杆的，暗杆式闸阀是看不到阀杆的。同时，安装闸阀时，明杆式闸阀的阀杆上下移动较大，阀门全开时的总高度较大，所需的安装空间较大；而暗杆式闸阀的优点是即使阀门全开时，阀门的总高度仍然不变，安装空间相对较小。

明杆式闸阀的阀杆在阀体外，不接触介质，受腐蚀侵蚀危害较小，同时便于阀杆的润滑与保养。但是外露的阀杆在润滑油的作用下易脏，故较多安装在室内。暗杆式闸阀的阀杆与介质接触，被腐蚀的概率大，且不便润滑。

相对地，闸阀对温度的敏感性不突出，温度变化不宜引起卡涩堵住现象，通常应用于水、蒸汽系统。双闸板闸阀安装在粘性介质和腐蚀性介质工况中易粘结生锈，影响密封，故石化管道系统中不常使用双闸板闸阀。

总之，闸阀的体型相对较大，重量大，安装空间较大；启闭过程中，密封面容易受到流体涡流的冲蚀磨损；适用于水、蒸汽系统，不便于安装在粘稠、腐蚀性介质管路系统。

2.3 截止阀

关闭截止阀时，通过阀杆向阀瓣施加外力，使阀瓣与阀座强制密封，是强制密封性阀门。

截止阀按介质流通通道方向可分为进出口成180°，经过阀座要拐90°的直通式截止阀，进出口成90°的直角式截止阀以及进出口成180°，阀杆倾斜与阀座中心线成锐角的直流式截止阀。

直通式截止阀操作方便，应用广泛，但流体阻力大，对压力损失要求较小的管路，不适合选用。直流式截止阀流体压降损失较小，但阀杆倾斜安装，不利于控制开启范围，不便于操作。直角式截止阀的流体方向只改变一次，故压降较小，常用于安装在高压系统的垂直相交的管路。

截止阀的启闭是阀瓣沿着阀座中心线移动，主要起切断作用，也有粗调流量的作用，故常用于调节阀组的旁路。

2.4 止回阀

当介质顺流时，止回阀的阀瓣会自动开启；当介质反流时，阀瓣自动关闭，防止介质倒流，保护阀后的管道元件正常运行。止回阀可分为蝶形止回阀、旋启式止回阀和升降式止回阀。

升降式止回阀的下部在结构上与直通式截止阀相似，顺流时靠介质压力打开，逆流时靠自重关闭。故卧式升降式止回阀适于安装在水平管道上，立式升降式止回阀适于安装在垂直管道上。流体通过升降式止回阀的圆盘状阀瓣，流动阻力较大，故适用于较小口径的工况。因为升降式止回阀的公称直径大，相应的阀瓣体积大，质量重。如果管道压力等级较小的话，升降式止回阀阀瓣前后的压差比阀瓣的自重还小，此时的阀门就没有实际工作意义了。故升降式止回阀不适用于大口径的管道系统。

旋启式止回阀的阀瓣绕内装摇臂轴做旋转运动，与升降式止回阀相比，流体通过旋启式止回阀的通道比较宽敞，压力降较小，流体阻力较小，流量较大，适用于DN50及其以上大口径的场合。旋启式止回阀的安装位置不受限制，但如果要安装在垂直管道上时，为防止静电产生或者满管输送，要求介质的流向应由下至上。

蝶式止回阀结构简单，安装位置不受限制，流阻较小，水锤压力亦较小。