閥門(mén)選型考慮的因素

由于閥門(mén)類型眾多，因此其選型是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。本文介紹了在選擇閥門(mén)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮的四個(gè)因素。

制造和加工設(shè)施通常與在其運(yùn)營(yíng)中管理流體的系統(tǒng)一起工作。這些設(shè)施必須控制不同流體的供應(yīng)和流動(dòng)，這對(duì)常規(guī)工藝至關(guān)重要的。工作流體可以是氣態(tài)、液態(tài)或半固態(tài)（漿液）的，具有獨(dú)特的物理和化學(xué)特性。

任何使用工作流體的系統(tǒng)，都需要閥門(mén)來(lái)控制流體流動(dòng)，同時(shí)還能夠應(yīng)對(duì)溫度和壓力等運(yùn)營(yíng)特性。閥門(mén)通過(guò)管理工作流體來(lái)發(fā)揮作用。

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影響閥門(mén)選型的重要因素

由于閥門(mén)類型眾多，甚至可以定制，因此閥門(mén)選型似乎是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。無(wú)論應(yīng)用具有何種特性，對(duì)安全性和有效性的影響始終是重中之重。在選擇合適的閥門(mén)時(shí)，以下是需要考慮的一些重要因素。

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管線壓力

并非所有流體系統(tǒng)都被加壓到同樣水平。服務(wù)的類型不同，需要的壓力也各不相同。然而，整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該能在合理的安全系數(shù)內(nèi)處理所需的工況。管線壓力特指對(duì)閥體整個(gè)區(qū)域施加的力。它指的是流體進(jìn)入閥門(mén)時(shí)的全部上游壓力。

超過(guò)設(shè)計(jì)壓力限值意味著閥門(mén)操作失效。液體泄漏是超過(guò)壓力極限的常見(jiàn)后果，會(huì)導(dǎo)致管線損失和安全問(wèn)題。超過(guò)閥門(mén)設(shè)計(jì)參數(shù)的任何附加應(yīng)力，也會(huì)損害密封部件，并可能導(dǎo)致閥門(mén)退化。

當(dāng)根據(jù)管道系統(tǒng)的管線壓力選擇閥門(mén)時(shí)，工藝工程師應(yīng)評(píng)估閥門(mén)和整個(gè)管道系統(tǒng)所需的壓降。閥門(mén)內(nèi)件和規(guī)格應(yīng)提供最小的摩擦阻力，以保持閥門(mén)的壓降較低，并減少管線壓力損失，這可能會(huì)影響后續(xù)的制造過(guò)程。這就解釋了為什么在管線壓力應(yīng)保持恒定的工業(yè)管道系統(tǒng)中，閘閥（在全開(kāi)位置具有低壓降）比截止閥更適合。

某些閥門(mén)需要額外考慮某些因素，例如安全泄壓閥（SRV）的設(shè)定壓力。除了評(píng)估管線預(yù)期的最大壓力外，設(shè)計(jì)還需要考慮閥門(mén)打開(kāi)以釋放系統(tǒng)壓力時(shí)的壓力水平。類似的概念適用于止回閥，其中開(kāi)啟壓力是允許單向流動(dòng)的最小壓力。

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流速

不同類型的閥及其不同的運(yùn)行機(jī)制，需要以不同的方式管理流體流動(dòng)。例如，球閥為關(guān)斷應(yīng)用提供了極好的密封。然而，針閥可以提供更好的精度來(lái)控制特定的流量。根據(jù)閥門(mén)的內(nèi)部工作原理，可以了解到如何控制工作流體以及如何執(zhí)行所需的功能。

閥門(mén)的選擇需要了解流量需求。閥門(mén)功能分類廣泛，包括閥門(mén)是否需要打開(kāi)或關(guān)斷流量、調(diào)節(jié)流量或改變流量方向。

開(kāi)關(guān)應(yīng)用要求閥門(mén)允許或限制流量。球閥的工作方式是快速響應(yīng)，這是一個(gè)極好的例子，在這種情況下，中空的球形球體要么打開(kāi)，要么阻擋流體流動(dòng)。閘閥提供了相同的功能—關(guān)斷流量—使用板或當(dāng)作閘門(mén)的阻塞工具。蝶閥還可以使用金屬盤(pán)（蝶形）提供開(kāi)、斷流體服務(wù)，該金屬盤(pán)圍繞固定軸完成四分之一圈的旋轉(zhuǎn)，以開(kāi)啟或關(guān)斷流體。

在調(diào)節(jié)流量時(shí)，流量控制功能需要更精確的增量控制。除了關(guān)斷和打開(kāi)流道，閥門(mén)還應(yīng)能進(jìn)行更精細(xì)的控制。只有當(dāng)打開(kāi)閥門(mén)的動(dòng)作與允許通過(guò)閥門(mén)的流量變化具有可預(yù)測(cè)的關(guān)系時(shí)，才能控制流量。針閥使用一個(gè)針形柱塞，通常與一個(gè)螺旋式控制器相結(jié)合來(lái)限制流量，從而實(shí)現(xiàn)所需的控制精度?？梢允褂肰形球閥實(shí)現(xiàn)線性流量控制，其流量隨軸旋轉(zhuǎn)而增加。V型球閥壓降低，提供氣密關(guān)閉，旨在用于高壓和流量應(yīng)用。

工藝工程師可以使用設(shè)計(jì)緊湊且只需低驅(qū)動(dòng)力的滑動(dòng)閘閥來(lái)實(shí)現(xiàn)精確的流量控制。滑動(dòng)閘閥重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，對(duì)管線壓力變化的響應(yīng)更靈敏。在工業(yè)管道系統(tǒng)中，考慮不同精確流量控制時(shí)，旋塞閥也是合適的選擇。

將控制定向流視為開(kāi)/關(guān)應(yīng)用概念的擴(kuò)展。它可以是限制流動(dòng)方向，或管理多個(gè)入口和出口。止回閥是限制單向流體流動(dòng)的一個(gè)例子。最小設(shè)定壓力允許流體沿一個(gè)方向而不是另一個(gè)方向流動(dòng)。

方向控制的另一個(gè)例子是：流體不是在一條路徑中關(guān)斷，而是重新定向到另一條路徑上。具有開(kāi)關(guān)功能的多端口閥（如三通球閥），可用于允許多個(gè)出口或入口的配置。

03

溫度

與壓力一樣，溫度也會(huì)影響流經(jīng)管道的介質(zhì)和閥門(mén)本身的特性。溫度不一樣，工作流體具有的能量也不一樣。極端溫度條件也會(huì)加劇流體對(duì)某些材料的腐蝕作用。單個(gè)閥門(mén)部件也可能由幾種材料構(gòu)成，這些材料的高溫和低溫耐受能力也各不相同。

隨著溫度的升高，流體尤其是氣體通常會(huì)占據(jù)更多的空間。氣體隨著溫度的變化而膨脹和收縮。高溫空氣和其它氣體往往密度較低，如果流體是封閉的，則壓力額定值會(huì)增加；如果流體只是經(jīng)過(guò)，則流量會(huì)增加。這種情況下，閥門(mén)需要考慮更高的壓力額定值或更精確的流量增量控制。

除了影響流經(jīng)系統(tǒng)的流體外，溫度額定值還影響閥門(mén)及其部件。材料通常在低溫下收縮，在高溫下膨脹。由于閥門(mén)由許多不同材料組成，溫度差異會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)部件變化不均勻。

金屬和金屬合金是閥體最常用的材料。對(duì)于高達(dá)約400℉的非腐蝕性氣體，選擇各種不銹鋼是明智的。一般情況下，奧氏體鋼和鎳合金適合于高溫場(chǎng)景，也適用于腐蝕性環(huán)境。另一方面，特氟隆被認(rèn)為是一種適用于整個(gè)溫度范圍的通用閥座材料，而EPDM橡膠則提供了較窄的溫度容差范圍。在為關(guān)鍵流體服務(wù)設(shè)計(jì)或選擇閥門(mén)規(guī)格時(shí)，請(qǐng)務(wù)必咨詢閥門(mén)專家，以避免在使用過(guò)程中閥門(mén)出現(xiàn)問(wèn)題或故障。

閥門(mén)具有典型的適用溫度范圍。根據(jù)制造材料和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，所有工業(yè)閥門(mén)都有指定的溫度等級(jí)。根據(jù)允許的溫度范圍對(duì)閥門(mén)進(jìn)行分類，可以更容易地選擇合適的工藝閥門(mén)，并確保耐用。高溫工藝閥門(mén)使用堅(jiān)固的制造材料（包括合金），以防止在較高的工藝溫度下控制流體流動(dòng)時(shí)，與不同的工作流體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或變形。在為低溫應(yīng)用選擇閥門(mén)時(shí)，也應(yīng)謹(jǐn)慎。

04

預(yù)算

選擇閥門(mén)時(shí)需要考慮預(yù)算限制。不同類型的閥門(mén)其相關(guān)制造成本也不同。閥門(mén)材料類型和預(yù)期控制介質(zhì)，會(huì)影響閥門(mén)結(jié)構(gòu)材料滿足任何特殊要求及預(yù)算。閥門(mén)操作和自動(dòng)化定制也會(huì)產(chǎn)生額外成本。使用執(zhí)行器需要更多的專用部件，這也意味著費(fèi)用的增加。

具體情況也跟閥門(mén)結(jié)構(gòu)有關(guān)，即使額定值相同，具有較少運(yùn)動(dòng)部件的簡(jiǎn)單閥門(mén)通常成本較低。例如，由于設(shè)計(jì)原因，如果規(guī)格類似，閘閥的成本通常低于球閥。然而，使閘閥在結(jié)構(gòu)上更便宜的設(shè)計(jì)，也使其在密封方面的效率降低。

選擇手動(dòng)或自動(dòng)操作閥門(mén)，是影響總成本的另一個(gè)考慮因素。選擇允許遠(yuǎn)程和自動(dòng)控制的執(zhí)行器，需要承受額外的費(fèi)用。執(zhí)行器通常采用液壓、氣動(dòng)或電氣方式。在公司預(yù)算范圍內(nèi)選擇一種閥門(mén)，可以提供可靠和持久的流體控制。不管閥門(mén)的周期和規(guī)格，目標(biāo)是最大限度地降低閥門(mén)總的擁有成本，即在閥門(mén)的整個(gè)生命周期內(nèi)購(gòu)買和維護(hù)閥門(mén)的費(fèi)用。

液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的是高壓油，具有較高的受力能力，因此可對(duì)大型閥門(mén)進(jìn)行快速響應(yīng)。處理液壓油時(shí)還應(yīng)采取額外的安全預(yù)防措施，因?yàn)閷?shí)際的維護(hù)可能很復(fù)雜。

氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用壓縮空氣來(lái)代替油，使其更適合危險(xiǎn)應(yīng)用。然而，由于空氣具有壓縮性，在精度方面存在缺陷。保持儀表空氣質(zhì)量至關(guān)重要。壓縮空氣中的雜質(zhì)會(huì)加速執(zhí)行器和相鄰閥門(mén)部件的磨損。

對(duì)于規(guī)模較小的運(yùn)營(yíng)，電動(dòng)執(zhí)行器相對(duì)便宜。如果可以接受較慢的驅(qū)動(dòng)速度的話，電動(dòng)執(zhí)行器通常也更緊

湊和更輕。

應(yīng)根據(jù)應(yīng)用需求，在預(yù)算和效率之間進(jìn)行平衡。雖然有機(jī)會(huì)選擇更便宜的型號(hào)，但對(duì)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)目標(biāo)和工作場(chǎng)所安全的影響，仍然是優(yōu)先事項(xiàng)。

02

考慮閥門(mén)的類型

閥門(mén)選型不是由偏好主導(dǎo)的選擇。相反，大多數(shù)考慮因素來(lái)自對(duì)實(shí)用性和運(yùn)行條件規(guī)范的滿足。

球閥設(shè)計(jì)旨在滿足工業(yè)流體應(yīng)用，是選擇閥門(mén)的良好起點(diǎn)。它們提供可靠的密封，適用于開(kāi)關(guān)應(yīng)用。因?yàn)樵诖蜷_(kāi)時(shí)，球的中空部分允許流體無(wú)阻礙的流動(dòng)，所以穿過(guò)閥門(mén)的壓降最小。雖然大多數(shù)球閥適用于中、高壓，但大型球閥應(yīng)用可使用耳軸安裝球閥，為穩(wěn)定性提供額外的機(jī)械支撐。

如果用戶希望更緩慢的流量釋放，在所有閥門(mén)中，閘閥是合適的選擇。這種偏好更適用于需要額外考慮水錘效應(yīng)的水系統(tǒng)。對(duì)于任何其它應(yīng)用，閘閥也具有成本比其它閥低的優(yōu)點(diǎn)。

對(duì)于流量控制功能，針閥可提供高精度。典型應(yīng)用包括氣體校準(zhǔn)和輸送清潔流體（如丙烷）的管線。對(duì)工業(yè)高流量功能，球閥是一種更經(jīng)濟(jì)的選擇。

截止閥用一個(gè)線性調(diào)節(jié)其位置的閥瓣元件來(lái)阻礙或允許流動(dòng)。該元件通常與允許逐漸增加流量的螺桿式控制裝置相結(jié)合。增加或減少開(kāi)口量，成比例地影響流量，從而實(shí)現(xiàn)控制。不同配置的截止閥還能夠?qū)崿F(xiàn)不同的流動(dòng)模式，如橫流和Y流布置。

蝶閥是工業(yè)管道系統(tǒng)的另一種選擇。它們具有緊湊和輕量化的設(shè)計(jì)，使其更能響應(yīng)管道中的壓力變化，同時(shí)具有優(yōu)異的密封特性。多種蝶閥設(shè)計(jì)可滿足工業(yè)流體系統(tǒng)壓力和溫度的要求。

在各種應(yīng)用中，無(wú)論閥門(mén)類型如何，設(shè)計(jì)考慮因素都應(yīng)包括評(píng)估合適的閥門(mén)材料。流體的毒性和任何腐蝕性特性都需要能夠應(yīng)對(duì)化學(xué)損耗的材料。高溫或低溫工況也需要適當(dāng)?shù)牟牧项愋汀?/p>

無(wú)論最終采用何種類型的閥門(mén)設(shè)計(jì)，保持運(yùn)營(yíng)安全有效始終是首要任務(wù)。在為不同的流體應(yīng)用選擇閥門(mén)時(shí)，建議保持與閥門(mén)專家的溝通和合作，以確保選擇合適的規(guī)格，并最大限度地提高工業(yè)過(guò)程的生產(chǎn)效率。

編輯：黃飛