化工过程装置常用金属阀门类型及选用分析

阀门是管道系统中的重要部件，在化工装置中应用最广泛的是金属阀门。阀门的作用主要是用于启闭、节流和保障管道及设备的安全运行。所以正确合理地选用金属阀门对工厂安全及流体控制系统具有重要的作用。随着越来越多的引进装置进入国内，API阀门已经得到广泛应用，本文仅以API黑色金属阀门为分析对象。
一、阀门的类型及用途
工程上阀门种类很多，由于流体的压力、温度和物理化学性能的不同，所以对流体系统的控制要求也不相同，其中闸阀、截止阀(节流阀，针型阀)、止回阀、旋塞阀、球阀、蝶阀和隔膜阀在化工装置中应用最广泛。
闸阀一般用于控制流体的启闭，流体阻力小，密封性能好，介质的流向不受限制，开闭所需外力较小，结构长度较短。
阀杆有明杆和暗杆之分，明杆式闸阀适用于腐蚀介质，在化工工程上基本使用明杆式闸阀。暗杆闸阀主要用于水道上，多用于低压、无腐蚀性介质的场合，如一些铸铁和铜阀门。闸板的结构形式包括楔式闸板、平行式闸板。 楔式闸板有单闸板，双闸板之分。平行式闸板多用于油气输送系统，在化工装置中不常用。
截止阀主要作切断用。截止阀流体阻力大，启闭力矩大，而且有流向要求。截止阀与闸阀相比主要有如下优点： 

(1)在开闭过程中密封面的摩擦力比闸阀小，耐磨。 

(2)开启高度比闸阀小。 

(3)截止阀通常只有一个密封面，制造工艺好，便于维修。 截止阀和闸阀一样也有明杆和暗杆之分，在此不再赘述。根据阀体结构不同截止阀有直通式、角式和Y型。直通式应用最广泛，角式用于流体流向90°变化的场合。另外节流阀和针形阀也属截止阀一类，比普通截止阀调节功能强。
止回阀止回阀又称单向阀，用于防止流体逆向流动，所以安装止回阀时，应注意介质的流动方向应与止回阀上的箭头方向一致。止回阀的类型非常多，且各个制造商有不同的产品，但是从结构上主要分为旋启式和升降式。旋启式止回阀主要包括单瓣型和双瓣型。
蝶阀蝶阀可用于带有悬浮固体的液体介质的启闭和节流，流体阻力较小、重量轻，结构尺寸小，启闭迅速，适用于大口径管道上。

二、端部连接形式的选用
阀门端部常用的连接形式包括法兰连接、螺纹连接、对焊连接和承插焊连接。
法兰连接法兰连接有利于阀门的安装和拆卸。阀门端法兰密封面形式主要有全平面(FF)、突面(RF)、凹面(FM)、榫槽面(TG)和环连接面(RJ)等几种。API阀门采用的法兰标准是ASMEB16.5等系列。有时在法兰连接的阀门上可以见到Class 125和Class 250等级，这是铸铁法兰的压力等级，与Class 150和Class 300的连接尺寸相同，只不过前两者的密封面是全平面(FF)。　对夹式(Wafer)和支耳式(Lug)阀门也是用法兰连接的。
对焊连接由于对焊接头强度高、密封性好，所以在化工系统中对焊连接的阀门大多应用在一些高温、高压、有剧毒介质、易燃易爆的场合。 承插焊和螺纹连接一般用于公称尺寸不超过DN40的管道系统中，但不能用于有缝隙腐蚀的流体介质。
螺纹连接不得用于剧毒、可燃介质的管道上，同时也应避免使用在循环载荷的工况上。目前工程中使用在压力不高的场合。管道上的螺纹形式主要是锥管螺纹，锥管螺纹有两种规格，其锥顶角分别为55°和60°，两者无法互换通用。在可燃或高度危害介质的管道上，如果安装需要，必须采用螺纹连接时，此时公称尺寸不应超过DN20，在螺纹连接后再进行密封焊。
三、阀门材料
阀门材料包括阀门的壳体、内件、垫片、填料以及紧固件材料等。因为阀门材料非常多，并且由于篇幅所限，本文仅简单介绍典型的阀门壳体材料。黑色金属壳体材料包括铸铁、碳钢、不锈钢、合金钢。
铸铁灰铸铁(A1262B)一般使用在低压阀门上，不推荐在工艺管道上使用。球墨铸铁(A395)的性能(强度和韧性)要比灰铸铁好。
碳钢在阀门制造中最常见的碳钢材料有A2162WCB(铸件)和A105(锻件)。应特别注意碳钢长时间在400℃以上工作，会影响到阀门的寿命。对于低温工况的阀门，常用的有A3522LCB(铸件)和A3502LF2(锻件)。
奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢材料通常应用在具有腐蚀性工况或超低温工况。其中常用的铸件有A351-CF8、A351-CF8M、A351-CF3和A351-CF3M;常用的锻件有A182-F304、A182-F316、A182-F304L和A182-F316L。
合金钢材料对于低温工况的阀门，常用的有A352-LC3(铸件)、A350-LF3(锻件)。对于高温工况的阀门，常用的有A217-WC6(铸件)、A182-F11(锻件)和A217-WC9(铸件)、A182-F22(锻件)。由于WC9、F22属于2-1/4Cr-1Mo系列，相比属于1-1/4Cr-1/2Mo系列的WC6、F11含有更高的Cr、Mo，所以具有更好的抗高温蠕变性能。
四、驱动方式
通常阀门操作都采用手动方式。当阀门的公称压力较高或公称尺寸较大，手动操作阀门比较困难时，可以采用齿轮传动等操作方式。阀门驱动方式的选用应根据阀门的种类、公称压力和公称尺寸而确定。
五、阀门选用原则
5.1　阀门选择要考虑的主要参数
(1)所输送的流体性质，这将影响阀型和阀结构材料的选择。
(2)功能要求(调节还是切断)，这主要影响阀型选择。
(3)操作条件(是否频繁)，这将影响阀型和阀门材料选择。
(4)流动特性和摩擦损失。
(5)阀门公称尺寸的大小(公称尺寸很大的阀门只有在有限范围的阀型中才能找到)。
(6)其他特殊要求，如自动关闭、平衡压力等。

5.2　材料选用　　(1)对于小口径(DN≤40)一般选用锻件，大口径(DN>40)一般选用铸件。锻件阀体的端法兰，应该优先选择整体锻制阀体，如果法兰是焊接在阀体上，则对焊缝应该进行 100%射线检验。
(2)对焊和承插焊碳钢阀体的含碳量应不大于0.25%，并且碳当量应不大于0.45%。
注：当奥氏体不锈钢工作温度超过425℃时，含碳量不应小于0.04%，热处理状态为大于1040℃快冷(CF8)和1100℃快冷(CF8M)。
(4)当流体腐蚀性强，普通奥氏体不锈钢不能使用时，应考虑一些特种材料，如904L、双相钢(如S31803等)、蒙乃尔和哈氏合金等。