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的流通，改變介質的流通，改變介質的流動方向，調節介質的壓力和流量，保護管路的設備的正常運行。閥門類型:大型空分設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、調節閥、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中。如預冷系統、空氣壓縮系統、壓氧、壓氮系統、循環水系統等。


蝶閥
蝶閥是指關閉件（閥瓣）為圓盤，圍繞閥座內的軸旋轉來達到開啟與關閉的一種閥，在管道上主要作用切斷和節流用。
蝶閥具有以下優點
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．  結構簡單，開閉迅速。蝶閥的零件少，結構緊湊，開閉只需將閥瓣旋轉90°即可。
3．  調節和密封性能良好。蝶閥可以實現分級控制流量，調節性能好。
4．  流體阻力和操作力矩小。根據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，這樣就可以用相當小的力量去開啟。
分子篩切換蝶閥  
        公司生產空分配套的各種系列切換蝶閥，以其的產品質量廣泛用于空分中的分子篩系統。其中100D系列切換蝶閥80年代中期就曾榮獲原機械工業部產品獎，并經過技術的不斷改進，至今仍不衰。 5萬-6萬等級配套的分子篩切換和空冷系統大管道設計為DN1000-1200, 分子篩切換系統配套蝶閥的特點：密封性好、使用壽命長、動作反饋準確。調節蝶閥是在切換蝶閥的基礎上增加調節型裝置。目前杭氧工裝已具備生產口徑≤DN1400蝶閥的能力。
公稱壓力： PN6～10
溫度：-20℃～+200℃
產品特點
   密封性能好、雙向性好、開啟靈活、可靠性高（疲勞試驗≥6×104次）；
執行標準
JB/T7550-94       《空氣分離設備用切換蝶閥》
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條件》
動作機理
    結構為臥式、齒軸、齒條活塞傳遞形式，運動方式、平穩（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，有一定的空隙，（如圖1）當閥瓣關閉時，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形槽與主密封圈應設有一定的間隙，避免閥瓣開啟、關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
驅動型式有手動、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,并且設計合適的保溫長度，確保產品低溫下的使用性能。驅動裝置采用蝸輪蝸桿手動機構或KOSO氣動執行機構。可根據用戶要求特殊設計，以滿足用戶的特殊使用要求。
   三偏心蝶閥
結構及原理：蝶閥的三偏心結構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：蝶板回轉中心（軸心）相對于蝶板中面偏心a 、蝶板回轉中心（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。結構設計原理如圖所示。
結構設計原理圖
1、蝶板回轉中心（軸心）相對于蝶板中面偏心 a ；
2、蝶板回轉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構，單偏心結構是設計時將閥門軸中心線偏離密封面中心線，即形成了單偏心結構(109D系列及710E系列)；雙偏心結構是設計將單偏心結構中的閥門軸中心線再偏離閥體中心線，即形成了雙偏心結構。三偏心是在兩偏心的基礎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，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”結構，兩者接觸角產生“楔形效應”，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，從而確保閥門開關所需扭矩在閥門使用年限內不會產生很大的變化。
三偏心結構特點 

扭矩密封確保閥門持續的雙向密封特性；
通過一個*的三偏心原理實現90°回轉無磨擦設計，它消除了閥門90°旋轉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，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。


截止閥
截止閥是指關閉件（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。
    公司生產空分配套的各種系列截止（節流）閥，以其的產品質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，型式有直通、角式。公稱通徑為DN4~DN600mm,公稱壓力為0.6~25Mpa.根據零件選材的不同，適用溫度為-196℃~+80℃（低溫型）、-20℃~+80℃（常溫型）。其中冷箱內配套的低溫閥是公司產品的主導產品。并可根據用戶要求特殊設計，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的低溫冷閥（又稱冷閥）。
    空分設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品的一大特點。公司目前具有生產DN≤600鋁合金制低溫截止閥的能力。
        產品特點：無可見泄漏、性能可靠、維修方便
        結構特點：采用雙閥瓣結構。由于口徑的增大，勢必產生較大的密封力矩，閥桿承受較大的軸向力，采用雙閥瓣可避免閥門結構過于龐大，還可減小手輪直徑，使得閥門開啟關閉更容易。再者，采用雙閥瓣結構，介質流向是由閥瓣上方流向下方，在介質壓力的作用下，閥門關閉更可靠，金屬密封達到無可見泄漏。結構上另一特點是使用現場可抽芯維修。因為冷箱內充灌珠光砂等保溫材料，維修閥門和更換備件應盡可能避免耙珠光砂，所以除性能可靠外，維修方便是冷箱內低溫截止閥的一個重要特點，在設計中應充分考慮閥門可抽芯維修。閥體部分鋁合金材質，為提高密封面硬度，采用分離式閥座，閥體的密封圈經陽極氧化、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構。
2．并聯流程閥門的安裝
在上述流程中，往往用到設備一用一備并聯使用流程。該流程使用閥的特點是一臺設備停時，其進出口閥均關閉，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。但閥門結構不同，閥的安裝是不同的。應該注意的問題：
1）      對于大口徑（例：250JJ400A~600）與高壓（例：650JJ100~300）截止閥來說，閥本身是雙閥瓣結構，流向是側進底出，因而在該出口位置，合理安裝應使反向氣流從閥門側進底出。
2）   對于單閥瓣結構的閥門來說，合理安裝是應使反向氣流從底進側出。起到密封同時還可以避免填料處跑冷。但應注意的是：251JJ350與151JJ400這兩只閥，閥瓣是單閥瓣，但由于閥桿強度安全系數不夠，往往在0.5Mpa壓差以上會出現密封不穩定現象。所以這兩只閥合理安裝應使反向氣流從閥門側進底出。
3．目前開發的幾種高壓低溫截止閥;

執行標準
JB/9081-97 《空氣分離設備用低溫截止閥和節流閥》
GB/T13927-92《通用閥門 壓力試驗》
JB/T7749-1995《低溫閥門技術條件》
HTA4508-97《閥門裝配與試驗通用技術條件》
.安全閥
         安全閥是為了防止介質壓力超過規定數值起安全作用的閥門。當工作壓力超過規定數值時，閥門便自動開啟，排放多余介質，而當壓力恢復到原來數值時，又自動關閉。
     公司生產空分配套的各種系列安全閥，是空分設備中*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），采用先導式結構，解決了低溫常態下大口徑起跳的難題。
    公司生產安全閥有全啟式、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）。 并可根據用戶要求特殊設計，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，當容器或管道內的壓力升高超過規定值時，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，導閥活塞腔內的壓力隨之也降低，活塞受彈簧反向作用，關閉導閥切斷進入主閥活塞腔內的氣源，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（先導）失靈，本閥特設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，關閉電磁閥(1)打開電磁閥(2),使主閥快速回座，后再關閉電磁閥(2)。
安全閥的常用術語
① 開啟壓力——當介質壓力上升到安全閥安裝時調整好的預定壓力時，閥瓣便自行開啟，介質明顯地急速噴出，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，如設備中介質壓力繼續上升，當達到設備允許的高壓力時，閥瓣應全開，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 關閉壓力——安全閥開啟，排除了部分介質后，設備中的壓力逐漸降低，當壓力降到小于設備工作壓力的預定值時，閥瓣關閉，開啟高度為零，介質停止流出，這是閥進口處的壓力稱為關閉壓力，又稱回座壓力，以PK MPa表示。
安全閥的常用術語
④ 工作壓力——設備正常工作時的介質壓力，稱為安全閥的工作壓力，以Pg  MPa表示，此時，安全閥應處于密封狀態，看不到有介質在關閉件的密封面間泄出，也聽不到有漏氣聲，在規定的持續時間內，壓力表無降壓現象。
⑤ 排量——在排放壓力時，閥瓣處于全開狀態，這時從閥出口處測得的介質單位時間排出量，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。
調節閥
    調節閥是按照調節器所給信號的大小和方向，通過執行機構來改變閥的開度以實現調節流體流量的調節機構。公司生產空分配套的各種精小型氣動系列調節閥，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）。 并可根據用戶要求特殊設計，以滿足用戶的特殊使用要求。
       1、調節閥的流量特性

1）、線性：
介質的瞬時流量Q與閥芯的位移h成線性關系。(閥芯的總位移為H)dQ/dh=C   Q=c*h+Q0 (c為常數，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。
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：線性的調節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，調節作用較強，易產生超調和引起振蕩；流量大時，流量的變化值相對較小，調節作用進行緩慢，不夠靈敏。
2）、等百分比：
介質瞬時流量的變化率與閥芯位移的變化量之比為常數(dQ/Q)/dh=c  dQ/Q=c* dh 兩邊積分：lnQ=c*h+c1假設h=0時，流量Q=0，則C1=0
當h=H時，大流量Q為常數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是不變的。相同規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節性能。在實際的管系中，由于各種因素的影響，等百分比畸變為線性，而線性畸變為快開。
2、 調節閥口徑的選定

1．  調節閥口徑計算選定的步驟
1）  根據工藝要求，選定閥的型式、流向及流量特性，并決定流量系數KV的計算方法。
2）  確定計算KV值的各項參數值，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。
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，則應進行噪音預估計算；如為非阻塞流，一般可不進行噪音預估計算。
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，其對應的閥徑即為所選定閥的閥徑。與本文相關的論文有：油氣改革拉升閥門行業