空分配套主要閥門概述

                           空分配套主要閥門概述

                           上海申弘閥門有限公司
    閥門是流體管路的控制裝置，其基本功能是接通或切斷管路介質(zhì)的流通，改變介質(zhì)的流通，改變介質(zhì)的流動方向，調(diào)節(jié)介質(zhì)的壓力和流量，保護管路的設(shè)備的正常運行。閥門類型:大型空分設(shè)備配套的閥門種類很多以工作溫度來分類有常溫型、低溫型和高溫型。普通型閥門有常上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。等使用溫度在0一1000C,常用于空分冷箱外各系統(tǒng)中。如預(yù)冷系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)、壓氧、壓氮系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)等。


蝶閥
蝶閥是指關(guān)閉件（閥瓣）為圓盤，圍繞閥座內(nèi)的軸旋轉(zhuǎn)來達到開啟與關(guān)閉的一種閥，在管道上主要作用切斷和節(jié)流用。
蝶閥具有以下優(yōu)點
1．  體積小，重量輕。與相同壓力級和同樣口徑的閘閥相比，它均可減輕約30～50%。
2．  結(jié)構(gòu)簡單，開閉迅速。蝶閥的零件少，結(jié)構(gòu)緊湊，開閉只需將閥瓣旋轉(zhuǎn)90°即可。
3．  調(diào)節(jié)和密封性能良好。蝶閥可以實現(xiàn)分級控制流量，調(diào)節(jié)性能好。
4．  流體阻力和操作力矩小。根據(jù)對蝶閥所作的流阻試驗證明，蝶閥的流阻小于其它類型的閥門。操作力矩小是由于閥瓣處于近似平衡狀態(tài)，這樣就可以用相當小的力量去開啟。
分子篩切換蝶閥  
        公司生產(chǎn)空分配套的各種系列切換蝶閥，以其的產(chǎn)品質(zhì)量廣泛用于空分中的分子篩系統(tǒng)。其中100D系列切換蝶閥80年代中期就曾榮獲原機械工業(yè)部產(chǎn)品獎，并經(jīng)過技術(shù)的不斷改進，至今仍不衰。 5萬-6萬等級配套的分子篩切換和空冷系統(tǒng)大管道設(shè)計為DN1000-1200, 分子篩切換系統(tǒng)配套蝶閥的特點：密封性好、使用壽命長、動作反饋準確。調(diào)節(jié)蝶閥是在切換蝶閥的基礎(chǔ)上增加調(diào)節(jié)型裝置。目前杭氧工裝已具備生產(chǎn)口徑≤DN1400蝶閥的能力。
公稱壓力： PN6～10
溫度：-20℃～+200℃
產(chǎn)品特點
   密封性能好、雙向性好、開啟靈活、可靠性高（疲勞試驗≥6×104次）；
執(zhí)行標準
JB/T7550-94       《空氣分離設(shè)備用切換蝶閥》
GB/T13927-92    《通用閥門壓力試驗》
GB/T12238-1989《通用閥門法蘭和對夾連接蝶閥》
HTA4508-97   《閥門裝配與試驗通用技術(shù)條件》
動作機理
    結(jié)構(gòu)為臥式、齒軸、齒條活塞傳遞形式，運動方式、平穩(wěn)（原為曲柄連桿式）。密封機理采用自密封形式，當閥瓣開啟時主密封圈與閥體O型槽處于騰空狀態(tài)，有一定的空隙，（如圖1）當閥瓣關(guān)閉時，閥瓣與主密封圈間有一定的過盈量，這一定的過盈量壓迫主密封圈變形，使得主密封圈向三個方向脹開，當氣壓壓至主密封圈把主密封緊緊貼至閥瓣與閥體，從而達到比較好的的密封效果；當閥瓣開啟時主密封圈的彈性作用又恢復原狀，完成一個動作周期。閥體O形槽與主密封圈應(yīng)設(shè)有一定的間隙，避免閥瓣開啟、關(guān)閉時造成硬碰硬摩擦，可保證其有較長的壽命。閥瓣采用兩耳形式，以增加它的流通能力。


   低溫蝶閥
用于空分中的分餾塔等系統(tǒng)
驅(qū)動型式有手動、氣動
其密封形式有間隙型、密封型等。
公稱通徑為DN50~DN800mm
公稱壓力為0.6~6.4Mpa.
適用溫度為-196℃~+80℃（低溫型）
特點：閥體本部采用鋁合金等特殊材質(zhì),并且設(shè)計合適的保溫長度，確保產(chǎn)品低溫下的使用性能。驅(qū)動裝置采用蝸輪蝸桿手動機構(gòu)或KOSO氣動執(zhí)行機構(gòu)。可根據(jù)用戶要求特殊設(shè)計，以滿足用戶的特殊使用要求。
   三偏心蝶閥
結(jié)構(gòu)及原理：蝶閥的三偏心結(jié)構(gòu)密封副型式為圓錐斜切錐面型，其蝶板為圓錐斜切而得，圓錐半錐角為β。三個偏心分別為：蝶板回轉(zhuǎn)中心（軸心）相對于蝶板中面偏心a 、蝶板回轉(zhuǎn)中心（軸心）相對于流道中心的徑向偏心e 以及圓錐軸線相對于流道中心線的角度偏心γ。結(jié)構(gòu)設(shè)計原理如圖所示。
結(jié)構(gòu)設(shè)計原理圖
1、蝶板回轉(zhuǎn)中心（軸心）相對于蝶板中面偏心 a ；
2、蝶板回轉(zhuǎn)中心相對于流道中心的徑向偏心e ；
3、圓錐軸線相對于流道中心線的角度偏心γ。
通常蝶閥為單偏心或雙偏心結(jié)構(gòu)，單偏心結(jié)構(gòu)是設(shè)計時將閥門軸中心線偏離密封面中心線，即形成了單偏心結(jié)構(gòu)(109D系列及710E系列)；雙偏心結(jié)構(gòu)是設(shè)計將單偏心結(jié)構(gòu)中的閥門軸中心線再偏離閥體中心線，即形成了雙偏心結(jié)構(gòu)。三偏心是在兩偏心的基礎(chǔ)上增加了第三個偏心——斜錐.
這一*的偏心組合不僅利用了原有的凸輪效應(yīng)，而且*消除了90°行程中閥座與密封面之間的全部磨擦，消除了磨損而引起的泄漏 ;還優(yōu)化了閥座與密封圈之間的接觸特性，密封圈與閥座接觸面是“錐中錐”結(jié)構(gòu)，兩者接觸角產(chǎn)生“楔形效應(yīng)”，達到較好的密封效果；閥門的接觸角大于鎖定錐度范圍，從幾何形狀上排除了卡死的可能，從而確保閥門開關(guān)所需扭矩在閥門使用年限內(nèi)不會產(chǎn)生很大的變化。
三偏心結(jié)構(gòu)特點 

扭矩密封確保閥門持續(xù)的雙向密封特性；
通過一個*的三偏心原理實現(xiàn)90°回轉(zhuǎn)無磨擦設(shè)計，它消除了閥門90°旋轉(zhuǎn)閥座與密封圈之間的磨擦；
一體式硬面閥座可以滿足多種工況使用，壽命長、維修少；
采用平面軸承，強度好、壽命長，減少磨擦力矩.填料采用四氟石棉填料，可靠性強；
硬面閥座確保閥門在各種惡劣工況（高溫、低溫）下耐用且密封可靠
閥瓣密封圈采用雙相不銹鋼材質(zhì)，閥體密封面堆焊司太萊合金，抗磨蝕能力強。
適用場合
膨脹機進出口、液體泵進出口；
高壓差場合、切換系統(tǒng)。


截止閥
截止閥是指關(guān)閉件（閥瓣）沿閥座中心線移動的閥門，在管道上主要作切斷用 。
它有以下優(yōu)點：
★開閉過程中，密封面間的磨擦力比閘閥小、耐磨。
★開啟高度小。
★通常只有一個密封面，制造工藝性好，亦便于維修。
    公司生產(chǎn)空分配套的各種系列截止（節(jié)流）閥，以其的產(chǎn)品質(zhì)量廣泛用于空分中的空冷、分子篩純化、分餾塔、變壓吸附等系統(tǒng)，型式有直通、角式。公稱通徑為DN4~DN600mm,公稱壓力為0.6~25Mpa.根據(jù)零件選材的不同，適用溫度為-196℃~+80℃（低溫型）、-20℃~+80℃（常溫型）。其中冷箱內(nèi)配套的低溫閥是公司產(chǎn)品的主導產(chǎn)品。并可根據(jù)用戶要求特殊設(shè)計，以滿足用戶的特殊使用要求。
一、低溫截止閥
      1. 這里著重介紹用于空分分餾塔內(nèi)的低溫冷閥（又稱冷閥）。
    空分設(shè)備分餾塔中管道大都采用鋁材管道，由于空分的大型化，同樣對配套的低溫截止閥也提出了大口徑的要求。為其配套的鋁合金制低溫截止閥是公司產(chǎn)品的一大特點。公司目前具有生產(chǎn)DN≤600鋁合金制低溫截止閥的能力。
        產(chǎn)品特點：無可見泄漏、性能可靠、維修方便
        結(jié)構(gòu)特點：采用雙閥瓣結(jié)構(gòu)。由于口徑的增大，勢必產(chǎn)生較大的密封力矩，閥桿承受較大的軸向力，采用雙閥瓣可避免閥門結(jié)構(gòu)過于龐大，還可減小手輪直徑，使得閥門開啟關(guān)閉更容易。再者，采用雙閥瓣結(jié)構(gòu)，介質(zhì)流向是由閥瓣上方流向下方，在介質(zhì)壓力的作用下，閥門關(guān)閉更可靠，金屬密封達到無可見泄漏。結(jié)構(gòu)上另一特點是使用現(xiàn)場可抽芯維修。因為冷箱內(nèi)充灌珠光砂等保溫材料，維修閥門和更換備件應(yīng)盡可能避免耙珠光砂，所以除性能可靠外，維修方便是冷箱內(nèi)低溫截止閥的一個重要特點，在設(shè)計中應(yīng)充分考慮閥門可抽芯維修。閥體部分鋁合金材質(zhì)，為提高密封面硬度，采用分離式閥座，閥體的密封圈經(jīng)陽極氧化、液氮浸泡后用冷套方式壓入。  
    閥桿的導向套采用無油潤滑Du軸承，既可增加導向精度，使閥桿上下運動更可靠，又能給維修帶來方便。
    冷箱上大閥門還有一特點是其與冷箱的連接是非剛性的，而是浮動性的，這樣便于閥門在冷箱內(nèi)與管道的連接和工作中低溫帶來的管道變形補償。所以在填料函上法蘭部位配有浮動套結(jié)構(gòu)。
2．并聯(lián)流程閥門的安裝
在上述流程中，往往用到設(shè)備一用一備并聯(lián)使用流程。該流程使用閥的特點是一臺設(shè)備停時，其進出口閥均關(guān)閉，對于該出口閥來說，主要是防止反向氣流倒竄，因而該閥位號往往是畫反裝符號。但閥門結(jié)構(gòu)不同，閥的安裝是不同的。應(yīng)該注意的問題：
1）      對于大口徑（例：250JJ400A~600）與高壓（例：650JJ100~300）截止閥來說，閥本身是雙閥瓣結(jié)構(gòu)，流向是側(cè)進底出，因而在該出口位置，合理安裝應(yīng)使反向氣流從閥門側(cè)進底出。
2）   對于單閥瓣結(jié)構(gòu)的閥門來說，合理安裝是應(yīng)使反向氣流從底進側(cè)出。起到密封同時還可以避免填料處跑冷。但應(yīng)注意的是：251JJ350與151JJ400這兩只閥，閥瓣是單閥瓣，但由于閥桿強度安全系數(shù)不夠，往往在0.5Mpa壓差以上會出現(xiàn)密封不穩(wěn)定現(xiàn)象。所以這兩只閥合理安裝應(yīng)使反向氣流從閥門側(cè)進底出。
3．目前開發(fā)的幾種高壓低溫截止閥;

執(zhí)行標準
JB/9081-97 《空氣分離設(shè)備用低溫截止閥和節(jié)流閥》
GB/T13927-92《通用閥門 壓力試驗》
JB/T7749-1995《低溫閥門技術(shù)條件》
HTA4508-97《閥門裝配與試驗通用技術(shù)條件》
.安全閥
         安全閥是為了防止介質(zhì)壓力超過規(guī)定數(shù)值起安全作用的閥門。當工作壓力超過規(guī)定數(shù)值時，閥門便自動開啟，排放多余介質(zhì)，而當壓力恢復到原來數(shù)值時，又自動關(guān)閉。
     公司生產(chǎn)空分配套的各種系列安全閥，是空分設(shè)備中*的一種安全保護裝置。安全閥在彈簧選材及工藝上均作特殊處理，從而保證低溫下性能可靠。尤其分餾塔上塔使用的大口徑低溫安全閥（DN300-DN400），采用先導式結(jié)構(gòu)，解決了低溫常態(tài)下大口徑起跳的難題。
    公司生產(chǎn)安全閥有全啟式、微啟式等多種型式，公稱通徑為DN4~DN400mm,公稱壓力為0.6~25Mpa.根據(jù)零件選材的不同，適用溫度為-196℃~+80℃（低溫型）、-20℃~+80℃（常溫型）。 并可根據(jù)用戶要求特殊設(shè)計，以滿足用戶的特殊使用要求。


先導式安全閥
作用原理：
先導式安全閥分為主閥和導閥兩部分，主閥的進口端引出一根先導氣源控制管，通過一只三通L型球閥與導閥的進口端A處相通，當容器或管道內(nèi)的壓力升高超過規(guī)定值時，導閥活塞壓縮小彈簧，帶動小閥芯上移，超壓氣體進入主閥活塞腔，壓縮大彈簧，使活塞推桿（大閥瓣）下移，從而打開主閥，超壓氣體得以全量排放。當容器或管道中的壓力降到正常工況壓力時，導閥活塞腔內(nèi)的壓力隨之也降低，活塞受彈簧反向作用，關(guān)閉導閥切斷進入主閥活塞腔內(nèi)的氣源，此時操作人員可以打開緊急開啟裝置中的（見圖一）電磁閥（2），加速降低活塞腔內(nèi)的壓力,同時在彈簧的反作用力下使主閥快速回座，當容器和管道進入正常工況后，關(guān)閉電磁閥（2），完成一次超壓排放過程。如不打開電磁閥（2），回座時間會很長。
為防止自動控制系統(tǒng)（先導）失靈，本閥特設(shè)計一組緊急開啟裝置(見下圖),當自控裝置失靈報警后,操作人員應(yīng)立即打開緊急開啟裝置中的電磁閥(1),使儀表空氣(壓力≥整定壓力)直接進入主閥的活塞腔，迅速打開主閥達到全量排放，當工作壓力進入正常工況后，關(guān)閉電磁閥(1)打開電磁閥(2),使主閥快速回座，后再關(guān)閉電磁閥(2)。
安全閥的常用術(shù)語
① 開啟壓力——當介質(zhì)壓力上升到安全閥安裝時調(diào)整好的預(yù)定壓力時，閥瓣便自行開啟，介質(zhì)明顯地急速噴出，此時閥門進口處的壓力稱為開啟壓力，以Ps  MPa表示。
② 排放壓力——閥瓣開啟后，如設(shè)備中介質(zhì)壓力繼續(xù)上升，當達到設(shè)備允許的高壓力時，閥瓣應(yīng)全開，排出額定的排量，這時閥門進口處的壓力稱為排放壓力，以Pd MPa表示。
③ 關(guān)閉壓力——安全閥開啟，排除了部分介質(zhì)后，設(shè)備中的壓力逐漸降低，當壓力降到小于設(shè)備工作壓力的預(yù)定值時，閥瓣關(guān)閉，開啟高度為零，介質(zhì)停止流出，這是閥進口處的壓力稱為關(guān)閉壓力，又稱回座壓力，以PK MPa表示。
安全閥的常用術(shù)語
④ 工作壓力——設(shè)備正常工作時的介質(zhì)壓力，稱為安全閥的工作壓力，以Pg  MPa表示，此時，安全閥應(yīng)處于密封狀態(tài)，看不到有介質(zhì)在關(guān)閉件的密封面間泄出，也聽不到有漏氣聲，在規(guī)定的持續(xù)時間內(nèi)，壓力表無降壓現(xiàn)象。
⑤ 排量——在排放壓力時，閥瓣處于全開狀態(tài)，這時從閥出口處測得的介質(zhì)單位時間排出量，稱為閥的排量，以G表示，對于蒸汽常用kg/h或T/h為單位，對于氣體常用m3/min或kg/s為單位，對液體則用T/h或l/min為單位。
調(diào)節(jié)閥
    調(diào)節(jié)閥是按照調(diào)節(jié)器所給信號的大小和方向，通過執(zhí)行機構(gòu)來改變閥的開度以實現(xiàn)調(diào)節(jié)流體流量的調(diào)節(jié)機構(gòu)。公司生產(chǎn)空分配套的各種精小型氣動系列調(diào)節(jié)閥，有單座和套筒型。公稱通徑為DN20~DN200mm,公稱壓力為1.6~4.0MPa。根據(jù)零件選材以及保溫長度的不同，適用溫度為-196℃~+80℃（低溫型）、-20℃~+80℃（常溫型）。 并可根據(jù)用戶要求特殊設(shè)計，以滿足用戶的特殊使用要求。
       1、調(diào)節(jié)閥的流量特性

1）、線性：
介質(zhì)的瞬時流量Q與閥芯的位移h成線性關(guān)系。(閥芯的總位移為H)dQ/dh=C   Q=c*h+Q0 (c為常數(shù)，Q0為L=0時的流量，為Qmin)
也就是說，流量的變化量與行程的變化量之比為常數(shù)。
特點是：例如：C=10當閥門處于小開度時，流量不大（如5m3/h），此時行程增加1%，流量的變化量為10m3/h，想慢慢調(diào)整而慢不了，很難控制！當閥門處于大開度時，流量很大了（如100m3/h），此時行程再增加1%，流量的變化量還是10 m3/h，想快快不了。即：線性的調(diào)節(jié)閥在開度變化相同的情況下，顯然流量小時，流量的變化值相對較大，調(diào)節(jié)作用較強，易產(chǎn)生超調(diào)和引起振蕩；流量大時，流量的變化值相對較小，調(diào)節(jié)作用進行緩慢，不夠靈敏。
2）、等百分比：
介質(zhì)瞬時流量的變化率與閥芯位移的變化量之比為常數(shù)(dQ/Q)/dh=c  dQ/Q=c* dh 兩邊積分：lnQ=c*h+c1假設(shè)h=0時，流量Q=0，則C1=0
當h=H時，大流量Q為常數(shù)QM則c= lnQM/HlnQ= （lnQM /H）*h  Q=e（lnQM /H）*h=(e lnQM)h/H=QMh/H
所以等百分比特性也叫對數(shù)特性。
特點是：例如：當閥門處于小開度時，流量不大（如5m3/h），此時行程增加1%，流量的變化量為0.05 m3/h，當閥門處于大開度時，流量很大了（如100m3/h），此時行程再增加1%，流量的變化量是1 m3/h，流量的變化始終是基于當時的瞬時流量的。即：等百分比的閥在開度變化相同時，流量變化的百分比總是相等的，閥的控制度在全行程范圍內(nèi)是不變的。相同規(guī)格的閥門在同一開度下，等百分比特性的閥通過的流量總是小于直線特性的閥，因此，等百分比特性閥的大開度往往比直線特性閥選得大一些。
3）拋物線特性：
dQ/dh=C(Q)1/2  
4）快開特性：
dQ/dh=f(h)
一般很少選用。
以上都是閥門的固有特性，只有在閥門前后的直管段足夠長的前提下才能得到這樣的調(diào)節(jié)性能。在實際的管系中，由于各種因素的影響，等百分比畸變?yōu)榫€性，而線性畸變?yōu)榭扉_。
2、 調(diào)節(jié)閥口徑的選定

1．  調(diào)節(jié)閥口徑計算選定的步驟
1）  根據(jù)工藝要求，選定閥的型式、流向及流量特性，并決定流量系數(shù)KV的計算方法。
2）  確定計算KV值的各項參數(shù)值，如閥前、后壓力，大、常用、小流量，閥前后壓差，密度以及其它輔助修正系數(shù)。
3）   判別工況是阻塞流，還是非阻塞流，如為阻塞流工況，且流量較大，則應(yīng)進行噪音預(yù)估計算；如為非阻塞流，一般可不進行噪音預(yù)估計算。
4） 選定合適的KV值計算公式，計算大流量下閥的KV值，并圓整之。
5） 按圓整的Kvmax值在所選閥型的標準系列中，找出與KV≥Kvmax/85%靠近的額定KV值，其對應(yīng)的閥徑即為所選定閥的閥徑。與本文相關(guān)的論文有：油氣改革拉升閥門行業(yè)