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1石化防腐襯氟閥門(mén)設(shè)計(jì)選型概述

隨著現(xiàn)代石油化工工業(yè)的快速發(fā)展, 帶動(dòng)了襯里閥門(mén)的發(fā)展, 較早生產(chǎn)的襯橡膠和搪瓷閥門(mén)已不能滿(mǎn)足日新月異的工業(yè)需要, 因此出現(xiàn)了各種材料的襯里閥門(mén), 其中襯氟塑料閥門(mén)已成為現(xiàn)代石油和化工工業(yè)中應(yīng)用*泛的閥門(mén)品種之一。襯氟閥門(mén)用于控制非腐蝕性或一般腐蝕性以及強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，閥體內(nèi)腔表面無(wú)襯里或覆有可選擇的各種氟塑料和各種橡膠，適用于各種不同工作溫度和流體管路。一般來(lái)說(shuō)，襯氟閥門(mén)是管路流體輸送系統(tǒng)中控制部件，它是用來(lái)改變通路斷面和介質(zhì)流動(dòng)方向的，具有導(dǎo)流、截止、調(diào)節(jié)、節(jié)流、止回、分流或溢流等功能。

2石化防腐襯氟閥門(mén)設(shè)計(jì)選型分析

氟塑料是性能*的熱塑性材料, 典型的聚四氟乙烯 (PTFE) 材料具有優(yōu)良的耐熱性和耐寒性, 可長(zhǎng)期在-195～200℃范圍內(nèi)使用。其低摩擦性和自潤(rùn)滑性非常好, 還具有優(yōu)良的電絕緣性和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性, 可耐各種強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和強(qiáng)氧化劑的腐蝕。由于氟塑料具有這些優(yōu)異特性, 所以特別適合做耐腐蝕性強(qiáng)的閥門(mén)材料, 已部分替代昂貴的哈氏合金和鈦合金材料。

氟塑料的抗拉強(qiáng)度和硬度相對(duì)較低, 不適宜單獨(dú)做閥門(mén)殼體材料, 所以通常作為襯里材料。襯氟塑料閥門(mén)的外殼材料一般有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、碳素鋼、不銹鋼、銅合金和鋁合金等?；诣T鐵由于機(jī)械強(qiáng)度低, 容易碎裂, 現(xiàn)在使用較少。

石化防腐襯氟閥門(mén)設(shè)計(jì)選型行業(yè)間的運(yùn)用十分廣泛，但如何合理的運(yùn)用襯氟閥門(mén)呢？

1、襯氟閥門(mén)使用的介質(zhì)溫度，各類(lèi)襯氟閥門(mén)采用的氟塑料是F46 (FEP)，使用的介質(zhì)溫度不能超過(guò)150℃ (介質(zhì)溫度短時(shí)間可到150℃，長(zhǎng)時(shí)間的使用溫度應(yīng)在120℃左右)，否則，閥門(mén)的各部件襯的F46易軟化、變形，致使閥門(mén)關(guān)不死、泄漏量大。

2、不要有負(fù)壓。襯氟閥門(mén)應(yīng)避免使用的管道內(nèi)有負(fù)壓，如有負(fù)壓，易造成閥門(mén)內(nèi)腔的襯氟塑層被吸出(鼓出)、脫殼，導(dǎo)致閥門(mén)開(kāi)啟、關(guān)閉發(fā)生故障。

3、壓力、壓差應(yīng)控制在允許范圍內(nèi)。尤其是波紋管密封的襯氟調(diào)節(jié)閥、截止閥。因波紋管是四氟材料制作的，壓力高、壓差高，容易導(dǎo)致波紋管破裂。

波紋管密封的襯氟調(diào)節(jié)閥，使用條件壓力、壓差高的，可改為四氟填料密封。

4、襯氟閥門(mén)使用的介質(zhì)條件不宜有硬質(zhì)顆粒、結(jié)晶、雜質(zhì)等，以免閥門(mén)在開(kāi)啟、關(guān)閉的運(yùn)行中磨破閥芯、閥座的襯氟層或四氟波紋管。

5、襯氟調(diào)節(jié)閥應(yīng)按需要的流量(CV值)正確選用閥門(mén)的通徑大小。在選用時(shí)，應(yīng)根據(jù)需要的流量(CV值)等技術(shù)參數(shù)計(jì)算閥門(mén)的開(kāi)啟度和選用閥門(mén)的通徑。如閥門(mén)的通徑選得太大了，勢(shì)必使閥門(mén)長(zhǎng)期在開(kāi)啟度較小的情況下運(yùn)行，加上介質(zhì)的壓力，這樣容易使閥門(mén)受到介質(zhì)的沖擊而產(chǎn)生振動(dòng)，閥芯桿長(zhǎng)期在介質(zhì)的沖擊、振動(dòng)下，甚至?xí)归y桿斷裂。

3石化防腐襯氟閥門(mén)設(shè)計(jì)選型設(shè)計(jì)

3.1 技術(shù)條件

襯氟塑料閥門(mén)的設(shè)計(jì)壓力一般為PN≤2.0MPa (150Lb) , 其使用溫度應(yīng)根據(jù)殼體材料和氟塑料的適用溫度綜合確定。一般碳鋼襯氟塑料閥門(mén)的工作溫度為-29～180℃。各類(lèi)襯氟塑料閥門(mén)的公稱(chēng)通徑可根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)條件而定, 表1所列襯氟塑料閥門(mén)的公稱(chēng)通徑可作參照。

襯氟塑料閥門(mén)的技術(shù)條件可參照相應(yīng)金屬閥門(mén)的技術(shù)條件或設(shè)計(jì)規(guī)范。如襯氟塑料閘閥的技術(shù)要求參照采用GB/T 12234, 襯氟塑料截止閥和升降式止回閥的技術(shù)要求參照采用GB/T 12235, 襯氟塑料止回閥的技術(shù)要求參照采用GB/T 12236, 襯氟塑料球閥的技術(shù)要求參照采用GB/T 12237, 襯氟塑料蝶閥的技術(shù)要求參照采用GB/T 12238, 襯氟塑料隔膜閥的技術(shù)要求參照采用GB/T 12239, 襯氟塑料旋塞閥的技術(shù)要求參照采用GB/T 12240。

3.2 石化防腐襯氟閥門(mén)設(shè)計(jì)選型相關(guān)要求

由于襯氟塑料閥門(mén)有其自身的特點(diǎn)和要求, 因此還必須滿(mǎn)足相關(guān)的技術(shù)要求。

(1) 閥門(mén)殼體的最小壁厚按照GB/T 12224標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定, 其壓力等級(jí)按1.6MPa或2.0MPa選取, 但此壁厚不包括襯里層厚度, 襯里層厚度推薦采用表2的尺寸。也可按用戶(hù)要求確定。

(2) 法蘭連接襯氟塑料閥門(mén)的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度按GB/T 12221的規(guī)定, 也可按用戶(hù)的要求確定其結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度。

(3) 襯氟塑料閥門(mén)的法蘭連接尺寸按GB/T 9113.1的規(guī)定或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。也可由用戶(hù)在訂貨合同中確定。但不得采用焊接連接方式。

(4) 襯氟塑料閥門(mén)通道尺寸可按表3選取, 還可根據(jù)用戶(hù)要求確定。對(duì)于閥門(mén)的可掃線(xiàn)性, 按用戶(hù)要求給予滿(mǎn)足。

(5) 襯氟塑料閥門(mén)的手輪或扳手上使用脫開(kāi)力矩或軸力所需要的最大力應(yīng)不超過(guò)360N。扳手應(yīng)不長(zhǎng)于兩倍的閥門(mén)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度。

(6) 如果買(mǎi)方有要求, 閥門(mén)應(yīng)提供鎖定機(jī)構(gòu)。鎖定機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)為在開(kāi)啟或關(guān)閉位置鎖定閥門(mén)。特別是有毒有害的介質(zhì)上使用的閥門(mén), 應(yīng)提供鎖定機(jī)構(gòu), 保證使用安全。

(7) 配有手動(dòng)或動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置的閥門(mén)應(yīng)提供一個(gè)可見(jiàn)的位置指示器以指示關(guān)閉件的開(kāi)啟和關(guān)閉位置。特別是襯里閘閥和截止閥, 位置指示器的作用十分明顯, 因?yàn)榉芰舷鄬?duì)較軟, 用力過(guò)大容易損壞密封面, 減少使用壽命。對(duì)于旋塞閥和球閥, 其扳手或位置指示器, 當(dāng)閥門(mén)在開(kāi)啟的位置, 應(yīng)與管道在一直線(xiàn)上, 當(dāng)閥門(mén)在關(guān)閉位置, 應(yīng)橫置于管道上。

(8) 操作裝置和閥桿加長(zhǎng)裝配應(yīng)提供一種防止由閥桿或閥蓋密封泄漏引起的在機(jī)構(gòu)中壓力聚集的方法。外部的連接應(yīng)加以密封, 例如用墊片或O形圈, 以防止外界雜質(zhì)進(jìn)入機(jī)構(gòu)。

(9) 驅(qū)動(dòng)裝置可采用電動(dòng)、液動(dòng)、氣動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)方式。裝置與閥蓋或閥桿加長(zhǎng)裝置的連接面應(yīng)設(shè)計(jì)成能防止零件的錯(cuò)誤或不當(dāng)?shù)难b配。傳動(dòng)裝置的輸出應(yīng)不超過(guò)閥門(mén)驅(qū)動(dòng)鏈的最大載荷能力。

(10) 閥桿應(yīng)設(shè)計(jì)有防噴出機(jī)構(gòu), 以防止在閥桿填料或保護(hù)圈卸去后在內(nèi)壓下閥桿噴出。

3.3 石化防腐襯氟閥門(mén)設(shè)計(jì)選型內(nèi)部結(jié)構(gòu)

(1) 常規(guī)閥門(mén)的設(shè)計(jì), 只需考慮閥門(mén)鑄件的鑄造工藝性和結(jié)構(gòu)的合理性, 對(duì)于襯氟塑料閥門(mén), 還應(yīng)考慮襯氟塑料的模壓工藝性、生產(chǎn)成本和流道暢通等問(wèn)題。

例如截止閥, 其S形的閥門(mén)殼體流道設(shè)計(jì) (圖1) , 在鑄造工藝性上沒(méi)有問(wèn)題, 如果是襯氟塑料截止閥設(shè)計(jì)成這樣的結(jié)構(gòu), 襯氟塑料模壓工藝將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。為了滿(mǎn)足襯氟塑料模壓的工藝性要求, 又符合截止閥的一般性能參數(shù)規(guī)范。此襯氟塑料截止閥應(yīng)設(shè)計(jì)成如圖2的樣式。

又如球閥的球體與閥桿, 蝶閥的蝶板與閥桿, 常規(guī)閥門(mén)的設(shè)計(jì)是分開(kāi)的 (圖3) , 如果襯氟塑料球閥和蝶閥采用這樣的連接方式, 可以達(dá)到規(guī)定的襯氟工藝性, 但使用過(guò)程中常常出現(xiàn)問(wèn)題。閥桿頭部受力部位在反復(fù)交變受力過(guò)程中, 容易損壞襯里層, 導(dǎo)致襯里層破壞, 鋼質(zhì)骨架會(huì)受到腐蝕性介質(zhì)的腐蝕而失效。從而縮短閥門(mén)使用壽命。所以, 在設(shè)計(jì)中, 通常設(shè)計(jì)成整體式 (圖4) , 實(shí)踐證明, 閥桿與閾瓣整體式的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用效果良好。

(2) 襯氟塑料閥門(mén)的內(nèi)部設(shè)計(jì)形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)潔, 要充分考慮模具制造的難易, 模壓工藝的合理, 制造成本的低廉, 并保證介質(zhì)流動(dòng)順暢, 要求襯里面平整, 所有轉(zhuǎn)角處呈圓弧過(guò)渡, 圓弧半徑R≥2mm。

(3) 襯氟塑料閥門(mén)的殼體內(nèi)件如采用焊接方式, 其焊縫應(yīng)設(shè)計(jì)成連續(xù)焊, 并且為對(duì)接焊縫。焊縫應(yīng)符合GB/T 150的規(guī)定。

(4) 法蘭面的襯氟塑料應(yīng)設(shè)計(jì)成襯滿(mǎn)密封面, 并且有扣緊基體的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu), 防止脫殼 (圖5) , 其他方法有粗車(chē)螺紋溝槽法及鉆螺紋孔緊固法等。

(5) 襯里層厚度不得小于2mm。因?yàn)榉芰鲜歉叻肿硬牧? 具有吸收少量與其接觸的氣體的特性。隨著溫度升高, 材料體積膨脹, 分子之間空隙增大, 滲透吸收就加劇, 只有適當(dāng)增加厚度才能減少滲透。因此, 在襯里層設(shè)計(jì)時(shí)采用增加厚度來(lái)彌補(bǔ)這一缺陷, 經(jīng)過(guò)試驗(yàn)、研究確定δ≥2mm較為合適。

(6) 襯里層的表面應(yīng)當(dāng)光滑平整, 無(wú)氣孔、裂紋、夾雜等缺陷。法蘭的翻邊處及其他轉(zhuǎn)角處應(yīng)色澤均勻, 無(wú)泛白現(xiàn)象。(a) 襯滿(mǎn)密封面并附加扣緊基體結(jié)構(gòu) (b) 粗車(chē)螺紋溝槽法 (c) 螺紋孔緊固法

3.4 石化防腐襯氟閥門(mén)設(shè)計(jì)選型材料選擇

襯里材料必須符合相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定, 其密度宜選用≥2.16g/cm3的氟塑料, 且不允許有雜質(zhì)存在。目前常用的氟塑料有FEP (F46) 、PFA、PTFE (F4) 和F2等。隨著新型塑料工程材料的不斷出現(xiàn), 將給閥門(mén)襯里增添更多的品種。用于食品、醫(yī)藥、衛(wèi)生級(jí)閥門(mén)襯里材料, 還要求無(wú)毒、無(wú)菌、無(wú)雜質(zhì)及清潔衛(wèi)生的材料, 嚴(yán)禁使用再生、回收或無(wú)牌號(hào)的材料。襯氟塑料閥門(mén)的連接螺栓應(yīng)選用適合于閥門(mén)工況和壓力額定值的螺栓。

 

4石化防腐襯氟閥門(mén)設(shè)計(jì)選型結(jié)語(yǔ)

還有很多設(shè)計(jì)和工藝方法能滿(mǎn)足襯里閥門(mén)的特殊要求, 如滾塑工藝、噴塑工藝、熱噴涂陶瓷和納米復(fù)合材料等新工藝、新技術(shù)及新材料在閥門(mén)襯里上的應(yīng)用, 并取得非常好的效果。