化工设计中的常用阀门选型策略

林 梦

（常州海鸥化工设计研究院有限公司，江苏常州 213000）

流体管道系统中，阀门属于不可或缺的重要控制元件，在管道成本中占比可达30%～50%。通过合理选用阀门，可完成启闭、调节流量和节流，以及防止介质倒流、调整管道压力等操作。阀门作为复杂程度较高的元件，是通过不同零部件共同转配构成，技术含量明显较高。化工行业快速发展，化工生产装置所储存运输的介质存在毒性、腐蚀性与易燃易爆等危险，运行工况相对复杂苛刻，且温度、压力等相对较高，阀门若发生故障问题，可能引起介质泄漏，严重则可引起重大危险事故，对环境、经济等带来严重影响。所以，化工设计中，有必要对常用阀门采取合理选型，节省成本费用的同时，充分保障化工安全生产。

1 化工设计中常用阀门选型的重要性

化工设计中，常用阀门选型属于重中之重，为化工安全生产提供可靠保障，同样有利于成本控制，充分保证经济效益。化工管道中，阀门功能作用强大，可完成启闭、调节流量和节流，以及防止介质倒流与调整管道压力等操作。同时在化工系统运行中，还可通过阀门完成有效控制。所以，化工设计期间，需基于选用原则和要点，对具体情况加以综合考虑，以对常用阀门完成合理选型，保证化工生产安全的同时，有效节省成本费用。化工设计过程中，常用阀门的品种与规格相对较多，如截止阀、蝶阀和闸阀等。为充分保证化工设计质量，需对常用阀门类型、用途和特点等有充分了解，合理选择相应的阀门类型，以保证化工系统质量，促使设计使用年限能够得以真正提高[1]。

2 化工设计中常用阀门选型的基本原则

2.1 明确阀门功能，定位阀门用途

化工设计中，常用阀门选用期间，需对其具体功能加以充分明确，并对阀门用途进行准确定位。在此基础上，明确阀门所起到的关键作用，充分了解阀门对应的控制方式和工作压力等基本参数，并掌握阀门功能作用，综合考虑具体情况，以此对常用阀门完成合理选型[2]。

2.2 熟悉阀门特点

阀门品种各不相同，阀门类型也有明显差异，其功能作用也同样存在差别。针对类型各不相同的阀门，不论特点、生产或应用，同样也表现出相应的区别差异。所以，化工设计期间，设计人员需对阀门特点加以重点考虑，充分了解阀门特点和类型，保证所选用阀门符合场所要求，为化工生产提供安全保障。

2.3 确定阀门端部连接

阀门端部连接涉及螺纹、法兰和焊接连接形式，其中以螺纹、法兰连接形式使用较多。通过螺纹连接，对阀门公称通径有着一定的标准要求，需控制DN≤50mm，若通径明显超出标准，连接部位安装、密封难度势必明显提高。在法兰连接中，安装、拆卸操作相对简便，适用范围相对广泛，各不相同通径、压力情况下的管道连接均可使用。焊接连接就对条件有着较为严格的标准要求，连接可靠性更高。但在焊接连接中，阀门拆卸以及重新安装比较困难，这也对其适用范围产生制约，在长期可靠运行或条件严格、温度较高等情况下，可适用焊接连接形式。

2.4 阀门材质选择

阀门选型期间，在材质选择方面，需对工作介质加以重点考虑，尤其是物理、化学性能。在此基础上，还需对介质清洁程度加以充分掌握。并对有关规范规定加以综合参考。对阀门材质的合理选择，可充分保证阀门质量、性能和使用年限。有关阀体材料选用，铸铁优先，碳钢和不锈钢按顺序依次合理选用，有关密封圈材料选用，橡胶优先，铜、合金钢和F4按顺序依次合理选用[3]。

3 化工设计中常用阀门型号选择策略

3.1 闸阀选型

化工生产装置中，闸阀属于较为常见的阀门类型，不会使液体流经方向发生改变。闸阀全开状态下，阻力系数相对较小，所使用口径、压力和温度范围等相对广泛。在口径相同的情况下，与截止阀相比，可节省安装尺寸空间，因此它的选择使用范围更为广泛。但闸阀同样也存在部分缺点，如高度较大，且启闭所需时间较长；在启闭过程中，密封面就有被冲蚀影响的可能；对介质清洁程度有着一定的标准要求；在生产中采用非金属耐腐蚀材料进行制造的难度大。在闸阀开启状态下，位于闸板背面位置，介质可形成涡流现象，导致闸门受到冲蚀和振动影响，阀座密封面较易发生相应的损坏。所以，在需要调节流量的情况下，并不适合选用闸阀，在全开、圈闭状态下，对流体启闭进行有效控制时，适宜选用闸阀。

按照阀杆的螺纹位置来进行划分，闸阀有明、暗杆两种形式。在腐蚀介质环境中，优先考虑明杆式闸阀，而面对低压和无腐蚀性介质环境时，可选用暗杆式闸阀。以闸板结构划分，闸阀可划分成楔式、平行式闸阀。而楔式闸阀又可分为单、双闸板两种类型。针对平行式闸阀，在油气输送系统中重点使用，化工装置中使用相对较少。

有关闸阀应用方面，介质为蒸汽、油气或高温油品等，或开关频繁位置，可合理选用闸阀，但在介质易结焦情况下就不太适用。易结焦高温介质条件下，可合理选用楔式单间板闸阀，蒸汽、油品等介质可合理选用楔式双闸板闸阀。

3.2 球阀选型

低温、高温和黏度大等介质，可合理选用球阀。介质中存在悬浮固体颗粒的情况下，大部分球阀均表现出良好的适用性，以密封材料为标准，同样可在颗粒状、粉状等介质中，对球阀加以合理选用。针对全通道球阀，其在流量调节中使用较少，在快速启闭情况下则使用较多，可快速完成事故紧急切断操作。化工管道中，如对密封、磨损等有着严格标准，或高压截止、启闭动作迅速和缩口通道中，可合理应用球阀。有关介质方面，如腐蚀性、轻型结构以及低压截止等情况下，同样适用于使用球阀。在低温、深冷介质，球阀也能发挥重要作用。在低温介质的管路系统和装置中，需使用低温球阀，并设置有相应的阀盖。浮动球阀的使用，对阀座材料有着相应的标准要求，需能够有效承载球体以及工作介质产生的荷载。当使用大口径球阀时，由于操作所需力较大，所以在DN≥200mm情况下，需以涡轮传动形式为主。在口径、压力标准均较大时，需采用固定球球阀。此外，可燃、毒性介质管道中，球阀需设置相应的防火和防静电结构，充分保证安全性。

3.3 止回阀选型

清洁介质条件下，多选择使用止回阀。止回阀对介质清洁程度有一定要求。DN≤40mm情况下，适合采用升降止回阀，需位于水平管道完成合理设计安装。DN介于50～400mm情况下，适合选用旋启式升降止回阀，水平、垂直管道均可合理设计安装，若位于垂直管道，需保证介质流向为从下到上。DN≥450mm情况下，适合选用缓冲性止回阀。DN介于100～400mm情况下，同样也可以选择夹式止回阀。旋启式止回阀的使用，可承受较大工作压力，PN标准可达42MPa，基于各部分材质区别，能够在各种工作介质和温度范围中，如蒸汽、腐蚀性介质和油品等工作介质，温度介于-196～800℃，均可考虑使用止回阀。

3.4 截止阀选型

化工设计期间，对流体阻力并没有较高标准要求时，可考虑选用截止阀。面对高温高压介质情况下，截止阀同样表现出相对广泛的使用范围。DN≤200mm，且为蒸汽化管路的情况下，可选用截止阀。具体实践环节，小型阀门如取样阀和针型阀与仪表阀等，或用于低真空系统和排气阀的阀门，也可选用截止阀。就截止阀而言，其功能作用在于对压力和流量的调节控制，所以，调节精度并无严格标准要求，管道直径不大的情况下，可优先选择截止阀。介质存在毒性的情况下，为充分保证密封性能，需要采用波纹管截止阀。介质清洁程度较差，存在大颗粒沉淀或中等黏度情况下，并不适合截止阀。化工设计期间，对密封性能标准要求较为严格时，要优先考虑使用截止阀设计，由于存在密封圈，可充分保证良好密封性能，换垫操作较为简便，仅需对截止阀安装加以重点关注，阀门方向需同介质流动方向保持相同。

3.5 节流阀选型

基于结构形式层面分析，节流阀和截止阀具有明显的相似性，而区别则在于，节流阀并未设置相应的节流元件。结合阀门市场整体情况，节流阀尺寸相对较小，却表现出明显的优势，如安全监管和节能方面。然而，节流阀同样也存在一定的不足，比如调节控制精度有待提高。因此，化工设计期间，对于温度低和压力高等介质情况下，可设计节流阀。在调节流量、压力等需求下，也同样可使用节流阀。而在介质清洁程度较差或高黏度等情况，则不适宜选用节流阀。

3.6 蝶阀选型

蝶阀的流体阻力相对较小，启闭迅速，且重量、结构和尺寸方面也表现出明显优势，可有效节省材料成本。在切断、节流设计中，选择蝶阀更适宜需求，但在大流量调节，由于密封材料影响，其使用单位范围也存在一定的局限性。在含悬浮固体的液体介质以及大口径管道设计中，也可以选择蝶阀。由于材料、设计和工艺等不断优化改进，其性能同样也发生相应的改变，蝶阀适用范围也变得更加广泛。蝶阀凭借其经济性与调流流量性能，在适用于蝶阀的情况下，可优先考虑蝶阀。针对设计压力不高，而管道直径较大，且快速启闭的情况下，设计蝶阀也是非常有益的。蝶阀可划分成软、硬密封类型，需基于流体介质温度选择具体适用的类型，需要提醒的是，其软密封性能明显优于硬密封。在常用的蝶阀中，最常见的就是大孔径阀门，主要应用于原油及油品、水等为主的介质，温度在300℃以内，且压力在1.0MPa以内。

3.7 旋塞阀选型

旋塞阀属于最先设计使用的阀件，具有良好的密封性能，可实现双向密封，启闭较为省力，且使用年限较长。在危害性较大的物料系统中可重点使用，但启闭力矩相对较大，导致价格成本相对较高。旋塞阀腔体内不会产生积液，不会对间歇装置物料产生污染影响。在化工管道设计中，使用旋塞阀可完成切断和分配操作，且可改变介质流向。在多通道结构设计中旋塞阀也是比较常见的，阀门可连接多个流道，使管道系统设计更简化，避免阀门数量和连接配件等使用过多。旋塞阀分为两种类型，即无润滑型与润滑型。油封式旋塞阀在强制润滑的作用下，可形成油膜，不仅具有更高的密封性能，而且启闭时还相对省力，也降低了对密封面的损伤。但是要重点关注物料污染的问题，需要做好定期维护。一般情况下，无润滑性使用相对较多。针对旋塞阀，比较适用于在介质温度不高而黏度较高情况下，且开关快速等运行环境下，而蒸汽、温度较高等介质通常不选用旋塞阀。

3.8 隔膜阀选型

隔膜阀在结构形式上具有明显的特殊性，通过橡胶膜、塑料膜等实现对流体运动的有效控制。针对隔膜阀而言，流体阻力相对较小，可实现双向密封，在低压、悬浮黏性流体和腐蚀性浆液等介质中可重点使用。操作机构同介质通道保持安全分隔，通过弹性隔膜完成流体的有效切断操作，隔膜阀在医药卫生和食品等工业生产系统设计中运用得比较多。隔膜材料自身的耐温性能，决定了隔膜阀适宜的温度环境。以结构为标准，可划分成直通式、堰式。隔膜阀适用于以悬浮物、油品与酸性介质等为主，温度不超过200℃，压力不超过1.0MPa的运行环境，而在强氧化剂、有机溶剂等介质环境中，通常不选用隔膜阀。

4 阀门选型注意事项

化工设计中，常用阀门合理选型属于重中之重，直接关乎化工安全生产和整体效益。因此在阀门选型时需重点考虑下面几个因素：①输送流体性质。阀门作用在于对流体的有效控制，流体种类各不相同，如蒸汽、浆液和气体与液体等，部分流体清洁程度较差，可能含有固体悬浮颗粒和粉尘等。所以，阀门选用期间，需对流体性质充分分析，以保证阀门选用符合具体标准要求。②阀门功能。阀门选择期间要考虑到阀门的功能，综合考虑具体的使用条件，如调节压力、流量或切断，需要快速启闭，单向流动或双向流动等。总而言之，需对阀门特性、用途和功能充分了解，从而为阀门合理选用提供基础依据。③阀门尺寸。化工设计中，需结合工艺管道的类型和尺寸等来选择阀门的标准尺寸。④阀门工作压力、温度。不同类型阀门使用范围和条件存在明显差别，面对不同压力、温度条件，就需要对阀门类型做出正确选择。需基于工艺工况，对阀门材料、压力等级进行明确，以此来为阀门选型提供参考。⑤阀门压力损失。局部阻力损失同阀门存在直接联系，各类型阀门因结构存在差别，阻力大小各不相同，因此在阀门选型过程中一定要重点关注阻力允许标准范围。⑥阀门材质。在设计中，要结合温度、压力等级以及流体特性等情况来重点考虑阀门的材质选择。阀体、阀座和阀盘部分所涉及材质各不相同，尤其是对于输送腐蚀性物料的情况下，一定要基于物料性质做出合理选择，从而保证阀门性能。

5 结束语

在化工设计中，常用阀门的合理选型对化工生产的安全、质量和经济效益都具有重要的影响和制约。因此必须在化工设计中给予足够的重视，要视具体情况具体分析，对常用阀门类型、材质、用途和特点，以及优缺点都要做到充分掌握，通过科学合理的选型方法，结合对比分析等方式，做到常用阀门的合理选型，以保证阀门质量和使用工况能完全符合化工生产的严格标准要求，为化工生产提供安全保障。