閥門基本知識

tags:    時間:2014-03-07 21:54:02
閥門基本知識簡介
閥門概念:閥門是流體輸送系統中的控制部件,具有導流、截流、調節、節流、防止倒流、分流或溢流卸載等功能。 閥門原理:依靠驅動或自動機構使啟閉件做升降、滑移、旋擺或迴轉運動,從而改變其流道面……
閥門基本知識正文

閥門概念:閥門是流體輸送系統中的控制部件,具有導流、截流、調節、節流、防止倒流、分流或溢流卸載等功能。

閥門原理:依靠驅動或自動機構使啟閉件做升降、滑移、旋擺或迴轉運動,從而改變其流道面積的大小以實現其控制功能。

1.閥門的分類

1.1       按閥門的用途分

a)      截斷用:截斷管路中介質。如:閘閥、截止閥、球閥、旋塞閥、蝶閥等

b)      止回用:防止介質倒流。如:止回閥

c)      調節用:調節壓力和流量。如:調節閥、減壓閥、節流閥、蝶閥、V形開口球閥、平衡閥等

d)      分配用:改變管路中介質流向,分配介質。如:分配閥、三通或四通球閥、旋塞閥等

e)      安全用:用於超壓安全保護。如:安全閥、溢流閥。

f)        其它特殊用途:如蒸汽疏水閥、空氣疏水閥、排污閥、放空閥、呼吸閥、排渣閥、溫度調節閥等。

1.2       按驅動形式分

a)      自動閥門:靠介質本身的能力而動作。

b)      驅動閥門:包括手動、電動、氣動、液動等

1.3       按壓力分

a)      真空閥:小於標準大氣壓

b)      低壓閥門:PN≤1.6MPa

c)      中壓閥門:PN2.5~6.4MPa

d)      高壓閥門:PN10.0~80.0MPa

e)      超高壓閥門:PN≥100Mpa

1.4       按工作溫度分

a)      超低溫閥:t<100°C

b)      低溫閥:-100°C≤t≤-40°C

c)      常溫閥:-40°C

d)      中溫閥:120°C

e)      高溫閥:t>450°C

1.5按通用分類

閘閥(gate):閘板由閥桿帶動,沿閥座密封面做升降運動的閥門

流阻小,啟閉力小,開啟時間長

按閥桿分:明桿閘閥(outside screw-and-yoke: OS&Y)

暗桿閘閥(non rising stem: NRS)

按閘板分:平板閘閥parallel gate(單平板single gate、雙平板double-disc parallel gate)

楔式閘閥wedge gate(單閘板one-piece wedge、雙閘          板split wedge)

彈性閘板flexible wedge、剛性閘板solid wedge

按中法蘭分:螺栓連接閥蓋(bolted bonnet: B.B)

壓力密封閥蓋(pressure seal bonnet)

螺紋焊接閥蓋(screw-welded bonnet)

截止閥(globe):閥瓣由閥桿帶動,沿閥座密封面軸線做升降運動的閥門

工作行程小,啟閉時間短,流阻大,啟閉力大

按閥桿分:外螺紋截止閥、下螺紋截止閥

按流道分:直通式截止閥、角式截止閥(

 

angle globe)、三通截止閥(three-way),Y型截止閥(Y-type)

按閥瓣分:錐面密封(plug)、球面密封(ball)、拋物線型(parabolic)、平面密封(plain)、刀型密封、

V型、針型截止閥(needle)、柱塞式截止閥

按中法蘭分:螺栓連接閥蓋、壓力密封閥蓋、螺紋焊接閥蓋

止回閥(check):閥瓣借介質作用力,自動阻止介質逆流的閥門

介質單向流動

按結構形式分:旋啟式止回閥(swing check)

升降式止回閥(piston,lift-check)

蝶式止回閥(butterfly check, dual-plate wafer-type check)

對夾式止回閥(wafer check)

球閥(ball):球體繞垂直於通路的軸線旋轉的閥門

流阻小,使用溫度不高,節流性差

按結構形式分:浮動球閥(floating ball)、固定球閥(trunnion mounted ball)

按中腔結構分:一片式球閥(one piece)、兩片式球閥(two piece,side entry)、三片式球閥(three piece)、上裝式球閥(top entry trunnion mounted ball)

蝶閥(butterfly):蝶板繞固定軸旋轉的閥門

啟閉力小,流阻小,調節性能好,使用壓力和溫度範圍小

按結構形式分:中心蝶閥(center-line)、單偏心蝶閥(single-offset)、雙偏心蝶閥(double-offset,double eccentric)、三偏心蝶閥(triple-offset,triple eccentric)

按連接形式分:對夾式蝶閥(wafer type)、法蘭式蝶閥(flange type)、支耳式蝶閥(lug type)、焊接式蝶閥(welded type)

1.6 特殊閥門

波紋管閥門(Bellow seal valve)

夾套閥門(Jacket valve)

低溫閥門(Cryogenic valve)

低泄漏閥門(Low emission)

加長桿閥門(Extend spindle valve)

2.      閥門的主要性能參數

2.1美標閥門

口徑(SIZE):1/2~36”

磅級(CLASS):150~2500LB

LB

150

300

600

800

900

1500

2500

Mpa

2.0

5.0

10.0

14.0

15.0

25.0

42.0

工作壓力、工作溫度與公稱壓力的關係:

ASTM A216 WCB    工作壓力(psi)         1psi=0.006895MPa

溫度°F

150LB

300LB

600LB

900LB

1500LB

2500LB

 

-20~100

285

740

1480

2220

3705

6170

 

200

260

675

1350

2025

3375

5625

 

300

230

655

1315

1970

3280

5470

 

400

200

635

1270

1900

3170

5280

 

500

170

600

1200

1795

2995

4990

 

600

140

550

1095

1640

2735

4560

 

650

125

535

1075

1610

2685

4475

 

700

110

535

1065

1600

2665

4440

 

750

95

505

1010

1510

2520

4200

 

800

80

410

825

1235

2060

3430

 

850

65

270

535

905

1340

2230

 

 

閥門的試驗壓力:根據ASME B16.34規定,殼體強度試驗壓力按1.5倍的工作壓力並圓整到下一個25PSI,水密封試驗壓力按1.1倍的工作壓力,氣密封試驗壓力按0.6Mpa

2.2 GB閥門

公稱通徑:DN15~900 mm

公稱壓力:PN1.0 PN1.6 PN2.5 PN4.0 PN6.4 PN10.0 PN16.0 MPa

2.3 DIN閥門

公稱通徑:DN15~900 mm

公稱壓力:PN10 PN16 PN25 PN40 PN64 PN100 PN160 bar

2.4 JIS K級制閥門

公稱通徑:DN15~900 mm

公稱壓力:JIS 10K 20K 30K 40K 63K

2.5 各國閥門標準比較

a)             結構長度

GB閥門採用了DIN閥門的結構長度和ANSI標準的結構長度

GB閥門結構長度短型一般對應ANSI標準的結構長度

GB閥門結構長度長型一般對應DIN閥門的結構長度

JIS K級制閥門結構長度一般對應於美標結構長度

10K採用150LB 20K採用300LB 30K採用600LB

b) 法蘭

GB9113法蘭,HG20595法蘭和DIN2501標法蘭一般相同,僅法蘭厚度和法蘭密封面凸台有一些不同

3設計

3.1    設計標準

ASME B16.34 法蘭端、對接焊端和螺紋端閥門

API 600法蘭端和對接焊端鋼製閘閥

API 602法蘭端、螺紋端、焊接端和加長閥體連接端緊湊型閘閥

API 603 150LB耐蝕鑄鋼法蘭端閘閥

API 6D 管線閥

門(閘閥、旋塞閥、球閥和止回閥)

BS 1868鋼製止回閥

BS 1873鋼製截止閥和截止止回閥

BS 5351鋼製球閥

MSS SP

DIN

JIS/JPI

NF

3.1    連接形式

結構長度:ASME B16.10

端法蘭: ASME B16.5

對焊端: ASME B16.25(鋼管按ASME B36.10)

連接形式有以下常用幾種:

FF——Flat Face平面法蘭連接(150LB常用)

RF——Raised Face凸面法蘭連接

RTJ——Ring Joint榫槽式連接(梯形槽)

SW——Socket welding承插式連接

BW長型——Butt-Welding 對焊端長型連接

BW短型——Butt-Welding 對焊端短型連接

NPT——NPT螺紋連接

WAFER——對夾式連接

3.2閥蓋連接形式

a) 螺栓連接閥蓋(Bonnet Bolted 簡稱B.B.)

FF——Flat Face平面法蘭連接(150LB常用)

RF——Raised Face凹凸面法蘭連接

RTJ——Ring Joint榫槽式連接(梯形槽)

b) 壓力密封連接(Pressure Seal簡稱P.S.)

c) 螺紋連接(三角或梯形螺紋)

3.3閥座型式

a) 分離閥座(Separate Seat Ring)

焊接(Welded Seat Ring)

螺紋(Threaded Seat Ring)

脹接(Rolled Seat Ring)

壓入(Pressed Seat Ring)

b) 本體閥座(Integral Seat Ring)

3.4驅動型式

a) 手輪、手柄(Handwheel, Wrench,Lever)

b) 齒輪驅動

傘齒輪驅動(多迴轉)Bevel Gear Operated

蝸輪驅動(部分迴轉)Worm Gear Operated

c) 電動(Electric Actuator)

d) 氣動(Pneumatic Actuator)

e) 液動(Hydrauric Actuator)

f) 光閥桿(Bare Stem)

3.5材料

3.5.1 主體材料   

3.5.1.1 灰鑄鐵

適用於工作溫

 

度-15~200°C,壓力PN≤1.6MPa,適用介質為水、煤氣。

3.5.1.2 黑心可鍛鑄鐵

適用於工作溫度-15~300°C,壓力PN≤2.5MPa,適用介質為水、海水、煤氣、氨。

3.5.1.3 球墨鑄鐵

適用於工作溫度-30~350°C,壓力PN≤4.0MPa,適用介質為水、海水、蒸汽、空氣、煤氣、油品。

3.5.1.4 鈦合金

適用各種強腐蝕性介質

3.5.1.5 鑄造銅合金

適用於工作溫度-273~200之間氧氣管路和海水管路

3.5.1.6 塑料、陶瓷

屬非金屬材料,其最大特點是耐腐蝕性強,甚至有金屬材料所不具備的特點,適用於壓力PN≤1.6Mpa,工作溫度≤60°C的腐蝕性介質,無毒塑料可用於給水工業。

常用ASTM材料

ASTM鑄件

ASTM鍛件

對應中國牌號

適用溫度範圍°C

適用介質

碳鋼

A216 WCB

A105

20

-29~427

水、液化氣體、蒸汽、油品、天然氣

低溫碳鋼

A352 LCB

A350 LF2

16Mn

-46~343

低溫介質

A352 LCC

A350 LF2

16Mn

-46~343

低溫介質

高溫合金鋼

A217 WC1

A182 F1

 

-29~468

高溫介質

A217 WC6

A182 F11

15CrMo

-29~593

高溫介質

A217 WC9

A182 F22

10Cr2Mo1

-29~593

高溫介質

A217 C5

A182 F5

1Cr5Mo

-29~593

腐蝕性高溫介質

A217 C12

A182 F9

 

-29~593

高硫氧化性介質

馬氏體不鏽鋼

A217 CA15

A182 F6a

1Cr13

-29~371

450°C以上強度比304低

奧氏體不鏽鋼(C≤0.08)

A351 CF8

A182 F304

0Cr18Ni9

-196~537

腐蝕性介質

A351 CF8M

A182 F316

0Cr18Ni12Mo2Ti

-196~537

腐蝕性介質

超低碳奧氏體不鏽鋼(C≤0.03)

A351 CF3

A182 F304L

00Cr18Ni10

-196~427

腐蝕性介質

A351 CF3M

A182 F316L

00Cr18Ni14Mo2

-196~454

腐蝕性介質

特殊合金

A351 CN7M

UNS N08020

(ALLOY 20)

 

-29~149

氧化性介質和各種濃度的硫酸

蒙乃爾合金M-30C

UNS N04400

MONEL 400

 

-29~482

氫氟酸,海水

哈氏合金H.B H.C

     

H.B耐鹽酸,稀硫酸,磷酸、甲酸,醋酸

H.C耐硝酸,硝酸和硫酸的混酸

INCONEL合金

     

熱鹼液和鹼性硫化物

 

3.5.2 內件材料

內件(Trim):閥瓣密封面、閥座密封面、閥桿(銷軸)、上密封座及與      介質接觸的小零件。

常用內件材料列表

內件號

閥瓣密封面

閥座密封面

閥桿

上密封座

1

ER410

ER410

1Cr13

2Cr13

8

ER410

EDCoCr-A

1Cr13

2Cr13

5

EDCoCr-A

EDCoCr-A

1Cr13

2Cr13

2

304

304

F304

F304

15

EDCoCr-A

EDCoCr-A

F304

F304

10

316

316

F316

F316

12

316

EDCoCr-A

F316

F316

16

EDCoCr-A

EDCoCr-A

F316

F316

9

MONEL

MONEL

MONEL K500

MONEL 400

20

HSCuZn-3

HSCuZn-3

HPb59-1

HPb59-1

 

閥門常用內件材料及使用溫度

內件材料

使用溫度°C

內件材料

使用溫度

304、316

-268~316

17-4PH

-40~427

青銅

-273~232

鈷基合金(STELLITE 6)

-273~816

因科鎳合金(INCONEL)

-240~649

化學鍍鎳(ENP)

-268~427

蒙乃爾合金

MONEL

-240~-482

鍍鉻

-273~316

哈氏合金H.B

-198~371

丁晴橡膠(NBR)

-40~93

哈氏合金H.C

-198~538

氟橡膠(VITON )

-23~204

鈦合金

-29~316

聚四氟乙烯(PTFE)

-268~232

鎳基合金

-198~316

尼龍(NYLON)

-73~93

20號合金(ALLOY 20)

-46~316

聚乙烯

-73~93

416型不鏽鋼40RC

-29~427

氯丁橡膠

-40~82

440型不鏽鋼60RC

-29~427

   

 

閥門常用密封面材料及適用介質

密封面材料

使用溫度°C

硬度(HRC)

適用介質

青銅

-273~232

 

水、海水、空氣、氧氣、飽和蒸汽

304、316、304L、316L

-268~316

14

蒸汽、水、油品、氣體、液化氣體、輕微腐蝕且無沖蝕的介質

17-4PH

-40~400

40~45

輕微腐蝕且有沖蝕的介質

CR13

-101~400

37~42

輕微腐蝕且有沖蝕的介質

鈷基合金(STELLITE 6)

-268~650

40~45常溫

38(600°C

具有沖蝕和腐蝕性介質

蒙乃爾合金 K

S

-240~482

27~35

30~38

鹼、鹽、食品、不含空氣的酸溶劑

哈氏合金H.B

H.C

371

538

14

23

腐蝕性礦酸、硫酸、磷酸、濕鹽酸氣、無氯酸溶液、強氧化性介質

20號合金

-45.6~316

-253~427

 

氧化性介質和各種濃度的硫酸

       

3.5.3 螺栓、螺母材料

常用螺栓螺母材料

ASTM螺栓/螺母材料

適用的主體材料

A193 B7/A194 2H

WCB

A193 B7M/A194 2HM

NACE閥門 WCB

A193 B8/A194 8

不鏽鋼閥門 CF8 CF8M CF3 CF3M

A193 B8M/A194 8M

不鏽鋼閥門 CF8 CF8M CF3 CF3M

A320 L7/A194 4

低溫閥門 LCB LCC

A320 L7M/A194 7M

低溫閥門 LCB LCC

A193 B16/A194 4

高溫閥門 WC6 WC9 C5 C12

A193 B8A CLASS 1A/A194 8A

NACE閥門 CF8 CF8M CF3 CF3M

A193 B8MA CLASS 1A/A194 8MA

NACE閥門 CF8 CF8M CF3 CF3M

 

4 密封件

a)      填料

閥門用填料一般常用石墨和PTFE填料

石墨填料可分為編織填料和成型填料

成型石墨圈              -250~650°C

夾不鏽鋼絲編織柔性石墨 -250~650°C

四氟乙烯浸石墨          -200~280°C

低泄漏石

墨組合填料      -250~650°C

PTFE                   -200~200°C

b)      中腔墊片

PTFE板

石墨板

強力石墨墊

含石墨不鏽鋼纏繞墊

含PTFE不鏽鋼纏繞墊

RTJ金屬墊

壓力密封金屬密封環

c)      O形圈

NBR            -30~121°C

EPDM           -45~120°C

VITON A        -30~204°C

VITON B        -30~204°C

VITON AED(anti explosion decompression) -30~204°C 高壓,小分子如:CO2

HNBR(HSN)   -30~180°C

d)      軟密封閥座

PTFE           -200~200°C

PCTFE          -250~150°C

NYLON 1010        ~120°C

NYLON PA12    -50~120°C

DEVLON V      -100~150°C

PEEK           -100~260°C

對位聚苯(聚苯撐)(Polyphenylene)    ~400°C(揚中市揚子塑料廠)

e)      軟密封材料使用介質及溫度

 

NBR

CR

NR

EPDM

CSM HYPALON

HNBR

FKM

PTFE

 

Air or oxygen空氣或氧氣

2

1

3

1

2

1

1

1

 

Water up to 80°C

1

2

2

1

1

1

1

1

 

Water above 80°C

3

3

4

1

3

1

3

1

 

Dilute acids稀酸

3

3

3

2

4

1

1

1

 

Dilute alkalis稀鹼

2

2

2

1

1

2

2

1

 

Lower alcohols低濃度酒精

1

1

2

1

1

1

4

1

 
                   

Aldehydes乙醛

3

3

3

1

3

2

4

1

 

Amines胺

4

2

2

2

4

1

4

1

 

Chlorinated solvents氯化物溶劑

3

4

4

4

4

2

1

1

 

Ethers乙醚

4

4

4

3

4

4

3

1

 

Ketones酮

4

4

4

1

4

4

4

1

 
                   

Hydrocarbons-aliphatic脂肪烴

1

2

4

4

2

1

1

1

 

Hydrocarbons-aromatic芳香烴

3

4

4

4

4

3

1

1

 

Leaded petrol (gasoline)含鉛汽油

2

3

4

4

4

2

1

1

 

Kerosene煤油

1

2

4

4

4

1

1

1

 
                   

Animals oils and fats動物油

1

2

4

2

3

1

1

1

 

Fuel oils and diesel oils燃料油

2

3

4

4

3

2

1

1

 

Lubricating oils-mineral礦物潤滑油

1

2

4

4

4

1

1

1

 

Lubricating oils-synthetic合成潤滑油

2

3

4

4

4

1

2

1

 

Silicone oils and grease硅脂

1

1

1

1

1

1

1

1

 

Vegetable oils植物油

1

3

4

3

2

1

1

1

 

Hydraulic fluids-mineral based礦物基水性流體

1

3

4

4

2

1

1

1

 
                   

Chlorinated 氯化物

4

4

4

4

4

4

2

1

 

Oil in water emulsions水乳液油

3

4

4

4

4

2

1

1

 

Water in oil emulsions油乳水液

3

4

4

4

3

2

1

1

 

Water-glycol based乙二醇水液

1

3

3

1

1

2

2

1

 

Phosphate esters-aliphatic磷酸脂

4

4

4

1

4

1

3

1

 

Phosphate esters-aromatic芳香磷酸脂

4

4

4

2

4

4

1

1

 
                   

最低溫度(°C)

-30a

-40

-50

-45

-30

-30 a

-15

-200

 

最高持續溫度(°C)

120

120

100

120

120

180

200

250

 

最高瞬時溫度(°C)

150

150

120

150

150

200

230

   

硬度(IRHD)

40-90

40-90

40-85

50-90

65-80

50-90

50-98

   

 

a: Low acrylonitrile 可用於-45°C

1:優    2:良     3:一般       4:不推薦

5. 蝶閥材料及允許壓力

5.1 灰鑄鐵(ASTM A216-B)

125LB 2~12”法蘭允許工作壓力200psi(1.4Mpa)最高不超過1.6Mpa;

14~48” 法蘭允許工作壓力150psi(1.0Mpa);

PTFE閥座允許工作壓力125psi(0.86Mpa)

5.2 球墨鑄鐵

150LB 法蘭最高許用壓力250psi

6.           NACE閥門材料

常用主體材料:碳鋼、不鏽鋼

常用內件材料:CR13、304、316

材料硬度≤22HRC

對於CR13熱處理淬火+二次回火≤22HRC

17-4PH固溶淬火,二次時效≤33HRC

焊接所有母材、熱影響區、焊縫硬度≤22HRC

焊條含鎳<0.1%

A105硬度≤187HB

7.低溫-46°C用材料

主體材料:LCB、LCC、LF2

內件材料:304、316    (F6a不常用,低於-29°C應做衝擊試驗)

8.低溫-196°C用材料

主體材料:CF8、CF8M、304、316

內件材料:304、316

密封面:雙面鈷基防止擦傷

9.           高溫閥用材料

主體材料:WC6、WC9、C5、C12

內件材料:1Cr13(在454°C以上的許用應力不如F304、F316)、ASTM A638 660(0Cr15Ni25Ti2MoAlVB)、20Cr1Mo1V1A

常用密封面材料:雙面鈷基防止擦傷

10. 不鏽鋼材料性能對比

材料

性能對比

316/316L

含Mo提高了耐氯化物和鹵化物腐蝕性,它提供了優秀的高溫拉伸、蠕變、應力斷裂強度。

比304更耐大氣和中等環境腐蝕,耐1~5%稀硫酸到48°C,對某些氧化性酸316的耐腐蝕性不如304。

當溫度在427~817°C之間時易於碳化物沉澱,因而在焊接條件下易於晶間腐蝕,在焊後退火將恢復316原有的耐腐蝕性能。

316L的一般耐腐蝕性能和其他性能和316非常相似,但它在焊接條件或短期427~817°C下免於晶間腐蝕,推薦在焊接情況下碳化物不可避免析出,焊后不必退火。長期暴露於上述溫度範圍可以使材料變脆使它易於晶間腐蝕。

最大持續服務溫度899°C,間歇溫度817°C。

抗氯化物應力腐蝕。

在退火狀態下不硬化、非磁性,在冷作硬化下輕微磁性。

更好的耐氯化物腐蝕。

應用範圍:核能、化工、橡膠、塑料、造紙、製藥、紡織;熱交換器、冷凝器、蒸化器。

347/347H

含Cb,推薦用於不能足夠退火的焊接,也可用於短暫溫度衝擊從427~871°C,由於Cb的添加產生了穩定化的不鏽鋼消除了碳化物的沉澱造成的晶間腐蝕。

比321具有更高的耐腐蝕性,減少形成持續網狀晶界的碳化鉻的趨勢,比304/304L有更好的高溫性能,通常可用於短暫加熱到817°C,可持續在899°C下使用。

347H含有更高的碳(0.04~0.10%)具有更好的高溫蠕變性能,改善的耐晶間腐蝕性能。

用於高溫化學工藝熱交換管,煉油,高溫蒸汽。

321/321H

是304的含Ti改進型,在熱的碳化沉澱物晶間腐蝕不起作用,Ti的添加消除了晶界碳化鉻的形成。比304/304L有更好的高溫性能,通常可用於短暫加熱到817°C,可持續在899°C下使用。易於被氯離子應力腐蝕。

優秀的現場焊接性能,321H有更高的碳(0.04~0.10%)具有更好的高溫蠕變性能。

用於高溫化學工藝熱交換管,煉油,高溫蒸汽。

 

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