【摘 要】本文在分析目前國內(nèi)燃?xì)忾y門現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，筆者結(jié)合工作實(shí)際，對燃?xì)忾y門的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、材質(zhì)選用、閥門類型選擇及閥門使用工況等加以分析和比較，僅供燃?xì)庑袠I(yè)工程閥門選型參考。

【關(guān)鍵詞】球閥；蝶閥；閘閥；截止閥；灰鑄鐵；鑄鋼；管網(wǎng)；埋地

0 前言

在城鎮(zhèn)燃?xì)獾闹茪?、凈化、儲存、輸配和?yīng)用的過程當(dāng)中，凡是需要切斷、變向、分流、止回、泄壓、穩(wěn)壓以及旁通等，都必須安裝閥門。閥門的應(yīng)用十分廣泛，根據(jù)石化行業(yè)的權(quán)威統(tǒng)計(jì)，閥門在工程項(xiàng)目的總投資中所占比例達(dá)到8%。由于天然氣是易燃易爆物質(zhì)，因此保證閥門在運(yùn)行周轉(zhuǎn)中的安全可靠性就顯得尤為重要。

1 燃?xì)忾y門現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代以前，國內(nèi)沒有天燃?xì)鈱Ｓ瞄y門，只能沿用水閥門代替。改革開放以來，經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展促進(jìn)了燃?xì)庵圃鞓I(yè)的發(fā)展，閥門生產(chǎn)廠家開始注重研制燃?xì)庥瞄y門，當(dāng)時主要從結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來克服煤制氣中含有較多的雜質(zhì)，尤其是焦油、芳香烴和粉塵混合形成的\"煤氣膠\"影響閥門密封或\"咬死\"閥桿的問題。

近年來，越來越多的天然氣閥門投入市場，雖然天然氣較煤制氣潔凈干燥，然而其管網(wǎng)壓力較煤制氣高，在燃?xì)馕⒘侩s質(zhì)中仍含有粉塵、不飽和水分、硫化氫、焦油、苯和萘等，介質(zhì)對閥門內(nèi)腔加工面和密封件形成較強(qiáng)的沖擊力，因此要求閥門零部件在承受各種外力作用是不發(fā)生變形和動作失靈，同時應(yīng)選擇密封面與介質(zhì)不接觸的密封方式。

2 閥門標(biāo)準(zhǔn)的選用

我國工業(yè)及市政管線用閥門，是參照前蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)（гост）制定成的JB標(biāo)準(zhǔn)體系。隨著科技的發(fā)展，燃?xì)庑袠I(yè)也引進(jìn)了不少歐美技術(shù)設(shè)備。根據(jù)閥門的實(shí)際使用情況來看，同類型的歐美閥門比JB閥門結(jié)構(gòu)長度短、重量輕、占空間小、壽命長、操作填料密封結(jié)構(gòu)較優(yōu)且不易發(fā)生內(nèi)、外漏。因此有必要考慮按美國ANSI、ASME、API標(biāo)準(zhǔn)，德國DIN標(biāo)準(zhǔn)，英國BS標(biāo)準(zhǔn)以及日本JIS標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、制造閥門在國內(nèi)生產(chǎn)及推廣應(yīng)用，促進(jìn)國標(biāo)GB閥門標(biāo)準(zhǔn)體系日趨完善。下表1為三種不同標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的閥門結(jié)構(gòu)長度對比，由表可以看出，同口徑的閥門中，JB標(biāo)準(zhǔn)只有長系列而沒有ASME標(biāo)準(zhǔn)中的短系列閥門。

3 閥門材料的選型

根據(jù)輸氣管網(wǎng)的壓力，選用合適的閥門殼體材質(zhì)。既要滿足管網(wǎng)的安全運(yùn)行，又要降低成本，選用時要注意以下幾點(diǎn)：

1）經(jīng)過脫硫處理的天然氣依然含有少量的硫化氫，這是一種有毒且腐蝕性極強(qiáng)的氣體，它和鐵反應(yīng)生成硫化鐵，呈片狀剝落，腐蝕機(jī)械設(shè)備，因此管線閥門選材要選抗硫的耐腐蝕材料。

2）對于議P≤0.2MPa的城市中低壓輸氣管網(wǎng)，建議選用灰鑄鐵閥門。雖然灰鑄鐵強(qiáng)度和塑性較低（片狀石墨割裂基體、易引起應(yīng)力集中）、脆性大，但由于其具有良好的耐腐蝕性能以及低廉的價格，受到廣泛的歡迎。因此從成本的角度出發(fā)，建時采用灰鑄鐵閥門。

3）對于0.2MPa﹤P≤0.8MPa時，建議選用球磨鑄鐵或鑄鋼閥門，優(yōu)先選用球磨鑄鐵閥門。因?yàn)榫土W(xué)性能而言，二者相當(dāng)，但球磨鑄鐵的防腐蝕性能和鑄造工藝都優(yōu)于鑄鋼，而價格卻只有鑄鋼閥門的70%，值得注意的是，若選用球磨鑄鐵，需加強(qiáng)對球磨鑄鐵材質(zhì)的質(zhì)量加以監(jiān)控。三種材料的各種參數(shù)見下表2。

4）對于P﹥0.8MPa時，建議選用鑄鋼閥門。

5）PE球閥，近年來，各地天然氣公司越來越多地在中低壓（P≤0.4MPa）端使用PE球閥。PE球閥可直埋，密封性能較好，但進(jìn)口價格較高，特別是DN100以上的球閥。目前PE球閥處于推廣使用階段，反響效果不一，還需不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

4 常用閥門的特點(diǎn)

閥門本質(zhì)上是一個節(jié)流機(jī)構(gòu)，當(dāng)介質(zhì)通過節(jié)流機(jī)構(gòu)時會產(chǎn)生壓力損失，其大小主要取決于介質(zhì)與閥門密封部件的摩擦阻力。當(dāng)在燃?xì)夤こ躺鲜褂脮r，常選用的閥門有閘閥、球閥、蝶閥、截止閥等，各個閥門的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

1）閘閥

閘閥的啟閉件是閥板，閥板的啟閉方向與流體方向垂直；通道一般為全通徑，故壓力降較小。閘閥廣泛地應(yīng)用于各種介質(zhì)的啟閉，當(dāng)部分開啟時，在閥板背面會產(chǎn)生渦流，易引起閥板的侵蝕和振動，也易損壞閥座的密封面，因此閘閥一般作為開關(guān)閥使用，不做節(jié)流用。

閘閥的主要性能特點(diǎn)如下：

①適用于含砂質(zhì)粉塵，黏性微量雜志和腐蝕性較強(qiáng)的氣體；

②適用于做切斷閥用，不宜用于進(jìn)行流量調(diào)節(jié)；

③外形尺寸較大，開關(guān)操作慢，啟動桿提升轉(zhuǎn)數(shù)多；

④密封面易引起沖蝕和擦傷，且密封面磨損不易修復(fù)，加工也較復(fù)雜；

⑤密封要求較高的場合宜選用雙閘板閥；

⑥壓力、溫度較低、密封要求不高的場合宜選用平行式閘板，其閘板、密封面檢修相對容易，零部件可靠性好；

⑦連接尺寸小。

2）球閥

球閥的啟閉件是為一中間有通道的球體，球體環(huán)繞自己的軸心做90°旋轉(zhuǎn)以達(dá)到開啟和關(guān)閉的效果。由于球閥的球體和閥座之間的運(yùn)動帶有擦拭的作用，因此球閥可適用于帶有懸浮顆粒的介質(zhì)。但是帶有磨損顆粒的固體會損壞軟密封閥座和球體的表面，對帶有較長和韌性較大的纖維材料的介質(zhì)，使用球閥時也會因?yàn)檫@些纖維纏繞在球體上而出現(xiàn)問題。球閥的主要特點(diǎn)歸納如下：

①球閥通道平整光滑、阻力小、啟閉迅速、操作方便；

②球閥結(jié)構(gòu)簡單、但對密封面的加工要求較高；

③密封性能好，全開或全關(guān)狀態(tài)密封面均不與介質(zhì)直接接觸，因此密封面不易擦傷；

④密封面易引起沖蝕和擦傷，且密封面磨損不易修復(fù)，加工也較復(fù)雜；

⑤除了V型球閥以外，其他球閥均不能作為調(diào)節(jié)閥用；

⑥適用于高溫、高壓和低溫以及黏性較大的介質(zhì)；

⑦為了防止中腔壓力過高，可采用DBB結(jié)構(gòu)的閥門或在閥門中腔安裝超壓放散裝置；

⑧PE球閥適用于中低壓埋地天然氣PE管線上，與金屬球閥相比，雖然強(qiáng)度低、耐高溫性能差些，但其壽命長，投資效益高。

3）蝶閥

蝶閥的關(guān)閉件是一個圓盤形的閥板，在閥體內(nèi)繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到啟閉或調(diào)節(jié)流量的作用。蝶閥的閥桿和閥板本身沒有自鎖能力，但為了閥板的定位，在閥門開閉的手輪、渦輪蝸桿或執(zhí)行機(jī)構(gòu)上需加裝定位裝置，使閥門在任何開度可定住，還能改善蝶閥的操作特性。

和其它形式的閥門相比，蝶閥有下列優(yōu)點(diǎn)：

①蝶閥的尺寸比同規(guī)格的其他閥門小得多，易于配管布置；

②蝶閥重量輕，故在工程設(shè)計(jì)中對管系支架的設(shè)計(jì)要求大大降低；

③由于尺寸小、重量輕的原因，其價格與同規(guī)格的其他閥門相比，便宜許多；

④啟閉迅速、流阻小、操作方便；

⑤在閥板開啟15°-70°之間時，流量與閥板的開啟角度呈線性關(guān)系，因而可做調(diào)節(jié)閥使用；

⑥大口徑偏心結(jié)構(gòu)的蝶閥密封性能優(yōu)良，耐壓力高，壽命長，有取代閘閥、截止閥和球閥的趨勢。

4）截止閥

截止閥的啟閉件是塞性閥瓣，通過調(diào)節(jié)閥瓣的升降從而達(dá)到啟閉或調(diào)節(jié)流量的作用。由于流經(jīng)閥門時有流體方向的改變，因而阻力較大。但通過閥座流量的變化與與閥瓣的行程呈正比的關(guān)系，根據(jù)這一特性，截止閥非常適用于對流量的調(diào)節(jié)。在美國，閘閥主要用于切斷，截止閥主要用于流量調(diào)節(jié)，在歐洲，有的截止閥是按照切斷閥設(shè)計(jì)的，這種截止閥采用平面閥座，閥空直徑較大適用于當(dāng)切斷閥而不用于調(diào)節(jié)。我國生產(chǎn)的截止閥兩種都有，在選用前，要對選用閥門產(chǎn)品有所了解。

截止閥的主要特點(diǎn)歸納如下：

①由于閥門自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，故流體流經(jīng)閥門時壓力降較大，Y型截止閥相對較??；

②流體向上流過閥座時，閥座上有沉積物時影響閥座的密封性能，一般不用于有懸浮物固體的流體及黏度較大的介質(zhì)；

③價格雖然較低，但由于密封性較差，不宜作為放空閥和低壓真空系統(tǒng)的啟閉閥；

④DN150以上時，其價格比閘閥相比要貴些，節(jié)流性能也會較差，故一般只用于DN150及以下；

⑤所需啟閉扭矩比同直徑的閘閥要大，但閥門的啟閉行程較短，故啟閉時間比閘閥也要短些。

5 燃?xì)忾y門的選型建議

根據(jù)以上各個閥門的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)用工況， 對于地下管網(wǎng)的閥門，根據(jù)不同的壓力級制，我們推薦：

①當(dāng)管網(wǎng)壓力P≤0.2MPa時，推薦使用直埋式燃?xì)饣诣T鐵平行雙閘板埋地閘閥；

②當(dāng)管網(wǎng)壓力0.2MPa﹤P≤0.8MPa時，推薦使用直埋式燃?xì)馇蚰T鐵平行雙閘板埋地閘閥或彈性平板埋地閘閥，關(guān)鍵部位推薦使用燃?xì)馇蜷y；

③當(dāng)管網(wǎng)壓力0.8MPa﹤P≤2.5MPa時，推薦使用直埋式燃?xì)忤T鋼彈性平板埋地閘閥和固定球燃?xì)馇蜷y；

④當(dāng)管網(wǎng)壓力P﹥2.5MPa時，推薦使用固定球燃?xì)馇蜷y。

6 總結(jié)

隨著我國燃?xì)馐聵I(yè)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，類似于PE球閥等新材料、新品種閥門將更多地應(yīng)用于燃?xì)庑袠I(yè)。因此燃?xì)忾y門的選用標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)不斷的改進(jìn)，以適應(yīng)燃?xì)庥脩舻男枰?/p>

【參考文獻(xiàn)】

[1]嚴(yán)銘卿.燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)手冊[S].中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[2]蔣洪恩.燃?xì)忾y門的應(yīng)用現(xiàn)狀及選型[J].技術(shù)研發(fā)，2012，19（4）：114-116.

[3]朱喜平.天然氣管道球閥的維護(hù)及故障排除技術(shù)[J].天然氣工業(yè)，2005，25（7）：102-104.

[4]閆康平.工程材料[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[責(zé)任編輯：程龍]