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1石化防腐襯氟閥門設(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)了襯里閥門的發(fā)展, 較早生產(chǎn)的襯橡膠和搪瓷閥門已不能滿足日新月異的工業(yè)需要, 因此出現(xiàn)了各種材料的襯里閥門, 其中襯氟塑料閥門已成為現(xiàn)代石油和化工工業(yè)中應(yīng)用*泛的閥門品種之一。襯氟閥門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。一般來說，襯氟閥門是管路流體輸送系統(tǒng)中控制部件，它是用來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, 可長期在-195～200℃范圍內(nèi)使用。其低摩擦性和自潤滑性非常好, 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)做閥門殼體材料, 所以通常作為襯里材料。襯氟塑料閥門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。灰鑄鐵由于機(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)用襯氟閥門呢？

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

2、不要有負(fù)壓。襯氟閥門應(yīng)避免使用的管道內(nèi)有負(fù)壓，如有負(fù)壓，易造成閥門內(nèi)腔的襯氟塑層被吸出(鼓出)、脫殼，導(dǎo)致閥門開啟、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，以免閥門在開啟、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)算閥門的開啟度和選用閥門的通徑。如閥門的通徑選得太大了，勢必使閥門長期在開啟度較小的情況下運(yùn)行，加上介質(zhì)的壓力，這樣容易使閥門受到介質(zhì)的沖擊而產(chǎn)生振動(dòng)，閥芯桿長期在介質(zhì)的沖擊、振動(dòng)下，甚至?xí)归y桿斷裂。

3石化防腐襯氟閥門設(shè)計(jì)選型設(shè)計(jì)

3.1 技術(shù)條件

襯氟塑料閥門的設(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的工作溫度為-29～180℃。各類襯氟塑料閥門的公稱通徑可根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)條件而定, 表1所列襯氟塑料閥門的公稱通徑可作參照。

襯氟塑料閥門的技術(shù)條件可參照相應(yīng)金屬閥門的技術(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 石化防腐襯氟閥門設(shè)計(jì)選型相關(guān)要求

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

(1) 閥門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。也可按用戶要求確定。

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

(3) 襯氟塑料閥門的法蘭連接尺寸按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) 襯氟塑料閥門通道尺寸可按表3選取, 還可根據(jù)用戶要求確定。對(duì)于閥門的可掃線性, 按用戶要求給予滿足。

(5) 襯氟塑料閥門的手輪或扳手上使用脫開力矩或軸力所需要的最大力應(yīng)不超過360N。扳手應(yīng)不長于兩倍的閥門結(jié)構(gòu)長度。

(6) 如果買方有要求, 閥門應(yīng)提供鎖定機(jī)構(gòu)。鎖定機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)為在開啟或關(guān)閉位置鎖定閥門。特別是有毒有害的介質(zhì)上使用的閥門, 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)裝置的閥門應(yīng)提供一個(gè)可見的位置指示器以指示關(guān)閉件的開啟和關(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)閥門在開啟的位置, 應(yīng)與管道在一直線上, 當(dāng)閥門在關(guān)閉位置, 應(yīng)橫置于管道上。

(8) 操作裝置和閥桿加長裝配應(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)不超過閥門驅(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 石化防腐襯氟閥門設(shè)計(jì)選型內(nèi)部結(jié)構(gòu)

(1) 常規(guī)閥門的設(shè)計(jì), 只需考慮閥門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, 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題。

例如截止閥, 其S形的閥門殼體流道設(shè)計(jì) (圖1) , 在鑄造工藝性上沒有問題, 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法實(shí)現(xiàn)。為了滿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)閥門的設(shè)計(jì)是分開的 (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, 但使用過程中常常出現(xiàn)問題。閥桿頭部受力部位在反復(fù)交變受力過程中, 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) 襯氟塑料閥門的內(nèi)部設(shè)計(jì)形狀應(yīng)盡量簡潔, 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)角處呈圓弧過渡, 圓弧半徑R≥2mm。

(3) 襯氟塑料閥門的殼體內(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)采用增加厚度來彌補(bǔ)這一缺陷, 經(jīng)過試驗(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, 無泛白現(xiàn)象。(a) 襯滿密封面并附加扣緊基體結(jié)構(gòu) (b) 粗車螺紋溝槽法 (c) 螺紋孔緊固法

3.4 石化防腐襯氟閥門設(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), 將給閥門襯里增添更多的品種。用于食品、醫(yī)藥、衛(wèi)生級(jí)閥門襯里材料, 還要求無毒、無菌、無雜質(zhì)及清潔衛(wèi)生的材料, 嚴(yán)禁使用再生、回收或無牌號(hào)的材料。襯氟塑料閥門的連接螺栓應(yīng)選用適合于閥門工況和壓力額定值的螺栓。

 

4石化防腐襯氟閥門設(shè)計(jì)選型結(jié)語

還有很多設(shè)計(jì)和工藝方法能滿足襯里閥門的特殊要求, 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)及新材料在閥門襯里上的應(yīng)用, 并取得非常好的效果。