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1石化防腐襯氟閥門設計選型概述

隨著現代石油化工工業的快速發展, 帶動了襯里閥門的發展, 較早生產的襯橡膠和搪瓷閥門已不能滿足日新月異的工業需要, 因此出現了各種材料的襯里閥門, 其中襯氟塑料閥門已成為現代石油和化工工業中應用*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腐蝕性介質，閥體內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中控制部件，它是用來改變通路斷面和介質流動方向的，具有導流、截止、調節、節流、止回、分流或溢流等功能。

2石化防腐襯氟閥門設計選型分析

氟塑料是性能*的熱塑性材料, 典型的聚四氟乙烯 (PTFE) 材料具有優良的耐熱性和耐寒性, 可長期在-195～200℃范圍內使用。其低摩擦性和自潤滑性非常好, 還具有優良的電絕緣性和優異的化學穩定性, 可耐各種強酸、強堿和強氧化劑的腐蝕。由于氟塑料具有這些優異特性, 所以特別適合做耐腐蝕性強的閥門材料, 已部分替代昂貴的哈氏合金和鈦合金材料。

氟塑料的抗拉強度和硬度相對較低, 不適宜單獨做閥門殼體材料, 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。灰鑄鐵由于機械強度低, 容易碎裂, 現在使用較少。

石化防腐襯氟閥門設計選型行業間的運用十分廣泛，但如何合理的運用襯氟閥門呢？

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

2、不要有負壓。襯氟閥門應避免使用的管道內有負壓，如有負壓，易造成閥門內腔的襯氟塑層被吸出(鼓出)、脫殼，導致閥門開啟、關閉發生故障。

3、壓力、壓差應控制在允許范圍內。尤其是波紋管密封的襯氟調節閥、截止閥。因波紋管是四氟材料制作的，壓力高、壓差高，容易導致波紋管破裂。

波紋管密封的襯氟調節閥，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條件不宜有硬質顆粒、結晶、雜質等，以免閥門在開啟、關閉的運行中磨破閥芯、閥座的襯氟層或四氟波紋管。

5、襯氟調節閥應按需要的流量(CV值)正確選用閥門的通徑大小。在選用時，應根據需要的流量(CV值)等技術參數計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行，加上介質的壓力，這樣容易使閥門受到介質的沖擊而產生振動，閥芯桿長期在介質的沖擊、振動下，甚至會使閥桿斷裂。

3石化防腐襯氟閥門設計選型設計

3.1 技術條件

襯氟塑料閥門的設計壓力一般為PN≤2.0MPa (150Lb) , 其使用溫度應根據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企業的生產條件而定, 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條件可參照相應金屬閥門的技術條件或設計規范。如襯氟塑料閘閥的技術要求參照采用GB/T 12234, 襯氟塑料截止閥和升降式止回閥的技術要求參照采用GB/T 12235, 襯氟塑料止回閥的技術要求參照采用GB/T 12236, 襯氟塑料球閥的技術要求參照采用GB/T 12237, 襯氟塑料蝶閥的技術要求參照采用GB/T 12238, 襯氟塑料隔膜閥的技術要求參照采用GB/T 12239, 襯氟塑料旋塞閥的技術要求參照采用GB/T 12240。

3.2 石化防腐襯氟閥門設計選型相關要求

由于襯氟塑料閥門有其自身的特點和要求, 因此還必須滿足相關的技術要求。

(1) 閥門殼體的最小壁厚按照GB/T 12224標準中的規定, 其壓力等級按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構長度按GB/T 12221的規定, 也可按用戶的要求確定其結構長度。

(3) 襯氟塑料閥門的法蘭連接尺寸按GB/T 9113.1的規定或行業標準的規定。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, 還可根據用戶要求確定。對于閥門的可掃線性, 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不超過360N。扳手應不長于兩倍的閥門結構長度。

(6) 如果買方有要求, 閥門應提供鎖定機構。鎖定機構應設計為在開啟或關閉位置鎖定閥門。特別是有毒有害的介質上使用的閥門, 應提供鎖定機構, 保證使用安全。

(7) 配有手動或動力驅動裝置的閥門應提供一個可見的位置指示器以指示關閉件的開啟和關閉位置。特別是襯里閘閥和截止閥, 位置指示器的作用十分明顯, 因為氟塑料相對較軟, 用力過大容易損壞密封面, 減少使用壽命。對于旋塞閥和球閥, 其扳手或位置指示器, 當閥門在開啟的位置, 應與管道在一直線上, 當閥門在關閉位置, 應橫置于管道上。

(8) 操作裝置和閥桿加長裝配應提供一種防止由閥桿或閥蓋密封泄漏引起的在機構中壓力聚集的方法。外部的連接應加以密封, 例如用墊片或O形圈, 以防止外界雜質進入機構。

(9) 驅動裝置可采用電動、液動、氣動和蝸桿傳動方式。裝置與閥蓋或閥桿加長裝置的連接面應設計成能防止零件的錯誤或不當的裝配。傳動裝置的輸出應不超過閥門驅動鏈的最大載荷能力。

(10) 閥桿應設計有防噴出機構, 以防止在閥桿填料或保護圈卸去后在內壓下閥桿噴出。

3.3 石化防腐襯氟閥門設計選型內部結構

(1) 常規閥門的設計, 只需考慮閥門鑄件的鑄造工藝性和結構的合理性, 對于襯氟塑料閥門, 還應考慮襯氟塑料的模壓工藝性、生產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計 (圖1) , 在鑄造工藝性上沒有問題, 如果是襯氟塑料截止閥設計成這樣的結構, 襯氟塑料模壓工藝將無法實現。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規范。此襯氟塑料截止閥應設計成如圖2的樣式。

又如球閥的球體與閥桿, 蝶閥的蝶板與閥桿, 常規閥門的設計是分開的 (圖3) , 如果襯氟塑料球閥和蝶閥采用這樣的連接方式, 可以達到規定的襯氟工藝性, 但使用過程中常常出現問題。閥桿頭部受力部位在反復交變受力過程中, 容易損壞襯里層, 導致襯里層破壞, 鋼質骨架會受到腐蝕性介質的腐蝕而失效。從而縮短閥門使用壽命。所以, 在設計中, 通常設計成整體式 (圖4) , 實踐證明, 閥桿與閾瓣整體式的結構的設計使用效果良好。

(2) 襯氟塑料閥門的內部設計形狀應盡量簡潔, 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, 并保證介質流動順暢, 要求襯里面平整, 所有轉角處呈圓弧過渡, 圓弧半徑R≥2mm。

(3) 襯氟塑料閥門的殼體內件如采用焊接方式, 其焊縫應設計成連續焊, 并且為對接焊縫。焊縫應符合GB/T 150的規定。

(4) 法蘭面的襯氟塑料應設計成襯滿密封面, 并且有扣緊基體的設計結構, 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。因為氟塑料是高分子材料, 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, 只有適當增加厚度才能減少滲透。因此, 在襯里層設計時采用增加厚度來彌補這一缺陷, 經過試驗、研究確定δ≥2mm較為合適。

(6) 襯里層的表面應當光滑平整, 無氣孔、裂紋、夾雜等缺陷。法蘭的翻邊處及其他轉角處應色澤均勻, 無泛白現象。(a) 襯滿密封面并附加扣緊基體結構 (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計選型材料選擇

襯里材料必須符合相關材料標準的規定, 其密度宜選用≥2.16g/cm3的氟塑料, 且不允許有雜質存在。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, 將給閥門襯里增添更多的品種。用于食品、醫藥、衛生級閥門襯里材料, 還要求無毒、無菌、無雜質及清潔衛生的材料, 嚴禁使用再生、回收或無牌號的材料。襯氟塑料閥門的連接螺栓應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計選型結語

還有很多設計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合材料等新工藝、新技術及新材料在閥門襯里上的應用, 并取得非常好的效果。