化工設(shè)計中疏水閥等特殊閥門的選用說明

  在流體管道系統(tǒng)中,閥門是控制元件,其主要功能為啟閉、節(jié)流、調(diào)節(jié)流量、隔離設(shè)備和管道系統(tǒng)、防止介質(zhì)倒流、調(diào)節(jié)和排泄壓力等。閥門種類多、品種復(fù)雜,其中常用的閥門有閘閥、截止閥、節(jié)流閥、旋塞閥蝶閥、球閥、止回閥隔膜閥等,特殊閥門有疏水閥、安全閥減壓閥等。隨著石油化工工業(yè)的迅速發(fā)展,石油化工生產(chǎn)裝置中的介質(zhì)大多具有毒性大、可燃、易爆和腐蝕性強的特點,運行工況較復(fù)雜苛刻,操作溫度和壓力較高,開工周期長,閥門一旦出現(xiàn)故障,輕者導(dǎo)致介質(zhì)泄漏,既污染環(huán)境又造成經(jīng)濟損失,重者導(dǎo)致裝置停工停產(chǎn),甚至造成惡性事故。選擇合適的閥門至關(guān)重要,特殊閥門的選擇在管路設(shè)計中尤為重要。

  1 安全閥及其選型方法

  安全閥是一種安全保護用自動閥門,牽涉到人身安全。它不借助任何外力而是利用介質(zhì)本身的力來排出一定數(shù)量的流體,以防止系統(tǒng)內(nèi)壓力超過預(yù)定的安全值。當壓力降低到規(guī)定值時,閥門及時關(guān)閉,從而保護設(shè)備或管路的安全運行。

  安全閥在較不利的因素下設(shè)計考慮。下列情況可能由于火災(zāi)、操作故障或停水、停電等造成設(shè)備或管道超過設(shè)計壓力而發(fā)生爆炸事故,應(yīng)設(shè)置安全閥(或采取其它安全措施):

  ?容積式泵和壓縮機的出口管路;

  ?在兩端有可能關(guān)閉,而導(dǎo)致升壓的液化烴管管道上;

  ?可燃氣體和可燃液體受熱膨脹可能超過設(shè)計壓力的管道;

  ?設(shè)計壓力小于壓力來源處的壓力容器及管道;

  ?凝氣透平機的蒸汽出口管道;

  ?所有的壓力容器都需要設(shè)置泄壓設(shè)施。

  1.1 安全閥的分類

  安全閥按不同方法的分類如下:

  ①按其整體結(jié)構(gòu)及加載機構(gòu)的不同可分為杠桿重錘式(通常用于較低壓力,一般安裝在設(shè)備上)、彈黃式和控制式;

 ?、诎撮y瓣開啟高度與閥流通直徑之比可分為微啟式、中啟式和全啟式安全閥;

 ?、郯礆怏w排放的方式可分為全封閉式、半封閉式和敞開式;

 ?、馨从袩o背壓平衡機構(gòu)分為背壓平衡式和常規(guī)式;

 ?、莅醋饔迷矸譃橹苯幼饔檬胶头侵苯幼饔檬剑òㄏ葘?dǎo)式和帶動力輔助裝置的)。

  1.2 安全閥選型說明

  安全閥的形式和種類較多,對不同的場合,宜選用以下形式的安全閥:

 ?、倥欧艢怏w或蒸汽時,選用全啟式安全閥;

  ②排放液體時,一般選用微啟式安全閥;

 ?、叟欧潘羝蚩諝鈺r,可選用帶扳手的安全閥;

  ④對設(shè)定壓力大于 3MPa、溫度超過 235℃ 的氣體用安全閥,則應(yīng)選用帶散熱片的安全閥,以防止泄放介質(zhì)直接沖蝕彈簧;

 ?、菀话阋兹?、易爆或有毒的介質(zhì)應(yīng)選用封閉式,蒸汽或惰性氣體等可以選用不封閉式;

 ?、夼欧庞袆《尽姼g、極度危險的介質(zhì),應(yīng)選用波紋管安全閥;

 ?、吒弑硥旱膱龊?,宜選用背壓平衡式或?qū)чy控制式安全閥。

  2 疏水閥及其選型方法

  疏水閥是自動排除加熱設(shè)備或蒸汽管道中的蒸汽凝結(jié)水及空氣等不凝氣體,同時不泄漏蒸汽的一種裝置。由于疏水閥具有阻汽排水的作用,可使蒸汽加熱設(shè)備均勻給熱,充分利用蒸汽潛熱防止蒸汽管道中發(fā)生水錘。它是保證各種加熱工藝設(shè)備所需溫度和熱量并能正常工作的一種節(jié)能產(chǎn)品。

  2.1 疏水閥的分類

  疏水閥的品種很多,各有不同的性能。疏水閥要能“識別”蒸汽和凝結(jié)水,才能起到阻汽排水作用?!白R別”蒸汽和凝結(jié)水基于三個原理:密度差、溫度差和相變。根據(jù)三個原理制造出三種類型的疏水閥:機械型、熱靜力型、熱動力型。

  ① 機械型疏水閥也稱浮子型疏水閥,是利用凝結(jié)水與蒸汽的密度差,通過凝結(jié)水液位的變化,使浮子(球狀或桶狀)升降帶動閥瓣開啟或關(guān)閉,達到阻汽排水目的。機械型疏水閥的過冷度小,不受工作壓力和溫度變化的影響,有水即排,加熱設(shè)備內(nèi)不存水,能使加熱設(shè)備達到較佳換熱效率。機械型疏水閥有自由浮球式、杠桿浮球式、浮桶式、倒吊桶式等;

 ?、?熱靜力型疏水閥是利用蒸汽和凝結(jié)水的溫度差引起感溫元件的變型或膨脹帶動閥心啟閉閥門。熱靜力型疏水閥的過冷度較大,一般過冷度為 15 度到 40 度,它能利用凝結(jié)水中的一部分顯熱,閥前始終存有高溫凝結(jié)水,無蒸汽泄漏,節(jié)能效果顯著。熱靜力型疏水閥有波紋管式、蒸汽壓力式或平衡壓力式、雙金屬片式、液體膨脹式;

 ?、? 熱動力型疏水閥是根據(jù)相變原理,靠蒸汽和凝結(jié)水通過時的流速和體積變化的不同熱力學(xué)原理,使閥片上下產(chǎn)生不同壓差,驅(qū)動閥片開關(guān)閥門。因熱動力式疏水閥的工作動力來源于蒸汽,因此蒸汽浪費較大。熱動力型疏水閥分為圓盤式、脈沖式、迷宮式或微孔式。

  2.2 疏水閥選型說明

  蒸汽在輸送、汽水分離、加熱、干燥、保溫、伴熱、消毒、蒸餾、濃縮、蒸煮、換熱、采暖、空調(diào)等加熱工藝過程中,為保證各種設(shè)備工藝所需的溫度熱量,及時排出凝結(jié)水阻止蒸汽泄漏,必須安裝疏水閥。對于疏水閥的選型,要求靈敏度高,準確無誤地阻汽排水,不泄漏蒸汽,能提高蒸汽利用率,工作性能可靠,背壓度高、使用壽命長、維修方便等條件。

  蒸汽疏水閥的選用原則:① 如果要求設(shè)備有較快的加熱速度,加熱溫度控制嚴,且保持在加熱設(shè)備中不能積存凝結(jié)水,則應(yīng)選擇能排飽和水的機械型疏水閥;② 如果加熱設(shè)備有較大的受熱面積,并不要求盡快加熱,加熱溫度要求不嚴,而且可以要求積存一定量的凝結(jié)水時,選用熱靜力型疏水閥;③ 根據(jù)使用設(shè)備排水量的多少,選用疏水閥務(wù)必考慮安全系數(shù);④ 疏水閥是以壓差來確定排水量的。

  具體選用說明如下:

 ?、?機械型疏水閥較大背壓度為 80%,工作質(zhì)量高,是生產(chǎn)工藝加熱設(shè)備較理想的疏水閥。小門徑的閥靈敏度較大門徑的高。除倒吊桶式疏水閥可以排除少量的冷熱空氣外,這類閥不能排除空氣。自由浮球式結(jié)構(gòu)簡單,靈敏度高,可排飽和水,抗水擊、抗污垢能力差,適用于大口徑及大排量,但制造工藝復(fù)雜。

 ?、? 熱靜力型疏水閥可裝在用汽設(shè)備上部,單純作排空氣閥使用。液體膨脹式適用于要求伴熱溫度較低的伴熱管線排凝及采暖用管線。蒸汽壓力式或平衡壓力式結(jié)構(gòu)簡單,動作靈敏,可連續(xù)排水、排空氣,性能良好,漏氣量小,但抗水擊及抗污垢能力差,應(yīng)用范圍廣,可作為蒸汽系統(tǒng)的排空氣閥。波紋管式廣泛用作采暖系統(tǒng)疏水用,也可作為蒸汽系統(tǒng)的排空氣閥。雙金屬片式動作靈敏度不高,能連續(xù)排水,排水性能好,過冷度較大且可調(diào)節(jié),從低壓到高壓都適用,較高使用溫度可達 550℃。抗污垢、抗水擊性強。

 ?、? 熱動力型疏水閥處理凝結(jié)水的靈敏度較高,啟閉件小、慣性也小、開關(guān)速度迅速。圓盤式疏水閥適用于高溫高壓蒸汽管線、干燥機、加熱器及過熱蒸汽設(shè)備等。脈沖式疏水閥背壓度較低,適用于回轉(zhuǎn)干燥滾筒的虹吸管排水,能排除一定量的冷熱空氣。迷宮式或微孔式疏水閥結(jié)構(gòu)簡單,能連續(xù)排水、排空氣。微孔式適用于小排量,迷宮式適用于特大排量。

  2.3 疏水閥的安裝要求

  熱動力式疏水閥應(yīng)安裝在水平管道;浮球式疏水閥必須水平安裝,布置在室外的應(yīng)采取必要的防凍措施;雙金屬片式疏水閥可水平安裝或直立安裝;脈沖式疏水閥一般安裝在水平管道上,閥蓋朝上;倒吊桶式疏水閥應(yīng)水平安裝不可傾斜;安裝疏水閥時,其本體上指示的流向箭頭必須與管道內(nèi)凝結(jié)水流向一致,否則疏水閥失去作用。

  3 減壓閥及其選型方法

  減壓閥是通過啟閉件的節(jié)流,將進口壓力降至某一需要的出口壓力,并能在進口壓力及流量變動時,利用自身介質(zhì)能量保持出口壓力基本不變的閥門。其作用是依靠敏感元件,如膜片、彈簧等來改變閥瓣的位置,將介質(zhì)壓力降低,達到減壓的目的。一般情況下,減壓閥的出口壓力應(yīng)小于 0.5 倍的進口壓力。減壓閥進口壓力的波動應(yīng)控制在進口壓力給定值的 80%~105%,如超過該范圍,減壓前期的性能會受影響。為了操作、調(diào)整和維修的方便,減壓閥一般應(yīng)安裝在水平管道上。

  3.1 減壓閥的分類

  減壓閥可分為波紋管式(直接作用式)減壓閥、活塞式減壓閥、薄膜式減壓閥。

  ① 波紋管式(直接作用式)減壓閥。較簡單的減壓閥,直接作用式減壓閥,帶有平膜片或波紋管。獨立結(jié)構(gòu),無需在下游安裝外部傳感線。是三種減壓閥中體積較小、使用較經(jīng)濟的一種,專為中低流量設(shè)計。直接作用式減壓閥的精確度通常為下游設(shè)定點的(+10%~-10%);

 ?、? 活塞式減壓閥。該類型的減壓閥集兩種閥——導(dǎo)閥和主閥于一體。導(dǎo)閥的設(shè)計與直接作用式減壓閥類似。來自導(dǎo)閥的排氣壓力作用在活塞上,使活塞打開主閥。如果主閥較大,無法直接打開時,這種設(shè)計就會利用人口壓力打開主閥。因此,這種類型的減壓閥,與直接作用式減壓閥相比,在相同的管道尺寸下,容量和精確度(+5%~-5%)更高。與直接作用式減壓閥相同的是,減壓閥內(nèi)部感知壓力,無須外部安裝傳感線;

  ③ 薄膜式減壓閥。這種類型的減壓閥中,雙膜片代替了內(nèi)導(dǎo)式減壓閥中的活塞。這個增大的膜片面積能夠打開更大的主閥,并且在相同的管道尺寸下,其容量比內(nèi)導(dǎo)式活塞減壓閥大。另外,膜片對壓力變化更為敏感,精確度可達(+1%~-1%)。精確性更高是由于下游傳感線的定位(閥的外部),其所在位置氣體或液體動蕩更少。該減壓閥非常靈活,可以采用不同類型的導(dǎo)閥,如壓力閥、溫度閥與空氣裝載閥。

  3.2 減壓閥選型說明

  減壓閥應(yīng)用范圍廣,在蒸汽、壓縮空氣、工業(yè)用氣、水、油和其他液體介質(zhì)的設(shè)備和管路上均可使用,具體選用說明如下:

 ?、?波紋管直接作用式減壓閥適用于低壓、中小口徑的蒸汽、空氣等介質(zhì);

 ?、?薄膜直接作用式減壓閥適用于中低壓、中小口徑的蒸汽或水等介質(zhì);

 ?、?先導(dǎo)活塞式減壓閥,適用于各種壓力、各種口徑、各種溫度的蒸汽、空氣和水介質(zhì),若用不銹耐酸鋼制造,叮適用于各種腐蝕性介質(zhì);

  ④ 介質(zhì)工作溫度較高的場合,一般選用活塞式減壓閥;

 ?、?靈敏度要求較高時,可選用彈簧薄膜式減壓閥;

  ⑥ 介質(zhì)為空氣或水(液體)的場合,一般選用直接作用薄膜式減壓閥或先導(dǎo)薄膜式減壓閥。