淺析天然氣閥門的選型及應用

【摘 要】本文在分析目前國內燃氣閥門現狀的基礎上，筆者結合工作實際，對燃氣閥門的相關標準、材質選用、閥門類型選擇及閥門使用工況等加以分析和比較，僅供燃氣行業(yè)工程閥門選型參考。

【關鍵詞】球閥；蝶閥；閘閥；截止閥；灰鑄鐵；鑄鋼；管網；埋地

0 前言

在城鎮(zhèn)燃氣的制氣、凈化、儲存、輸配和應用的過程當中，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。閥門的應用十分廣泛，根據石化行業(yè)的權威統計，閥門在工程項目的總投資中所占比例達到8%。由于天然氣是易燃易爆物質，因此保證閥門在運行周轉中的安全可靠性就顯得尤為重要。

1 燃氣閥門現狀

20世紀80年代以前，國內沒有天燃氣專用閥門，只能沿用水閥門代替。改革開放以來，經濟建設的發(fā)展促進了燃氣制造業(yè)的發(fā)展，閥門生產廠家開始注重研制燃氣用閥門，當時主要從結構的設計來克服煤制氣中含有較多的雜質，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，然而其管網壓力較煤制氣高，在燃氣微量雜質中仍含有粉塵、不飽和水分、硫化氫、焦油、苯和萘等，介質對閥門內腔加工面和密封件形成較強的沖擊力，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，同時應選擇密封面與介質不接觸的密封方式。

2 閥門標準的選用

我國工業(yè)及市政管線用閥門，是參照前蘇聯國家標準（гост）制定成的JB標準體系。隨著科技的發(fā)展，燃氣行業(yè)也引進了不少歐美技術設備。根據閥門的實際使用情況來看，同類型的歐美閥門比JB閥門結構長度短、重量輕、占空間小、壽命長、操作填料密封結構較優(yōu)且不易發(fā)生內、外漏。因此有必要考慮按美國ANSI、ASME、API標準，德國DIN標準，英國BS標準以及日本JIS標準設計、制造閥門在國內生產及推廣應用，促進國標GB閥門標準體系日趨完善。下表1為三種不同標準生產的閥門結構長度對比，由表可以看出，同口徑的閥門中，JB標準只有長系列而沒有ASME標準中的短系列閥門。

3 閥門材料的選型

根據輸氣管網的壓力，選用合適的閥門殼體材質。既要滿足管網的安全運行，又要降低成本，選用時要注意以下幾點：

1）經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的氣體，它和鐵反應生成硫化鐵，呈片狀剝落，腐蝕機械設備，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，建議選用灰鑄鐵閥門。雖然灰鑄鐵強度和塑性較低（片狀石墨割裂基體、易引起應力集中）、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。因為就力學性能而言，二者相當，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，需加強對球磨鑄鐵材質的質量加以監(jiān)控。三種材料的各種參數見下表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，還需不斷總結經驗。

4 常用閥門的特點

閥門本質上是一個節(jié)流機構，當介質通過節(jié)流機構時會產生壓力損失，其大小主要取決于介質與閥門密封部件的摩擦阻力。當在燃氣工程上使用時，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。閘閥廣泛地應用于各種介質的啟閉，當部分開啟時，在閥板背面會產生渦流，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閥使用，不做節(jié)流用。

閘閥的主要性能特點如下：

①適用于含砂質粉塵，黏性微量雜志和腐蝕性較強的氣體；

②適用于做切斷閥用，不宜用于進行流量調節(jié)；

③外形尺寸較大，開關操作慢，啟動桿提升轉數多；

④密封面易引起沖蝕和擦傷，且密封面磨損不易修復，加工也較復雜；

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°旋轉以達到開啟和關閉的效果。由于球閥的球體和閥座之間的運動帶有擦拭的作用，因此球閥可適用于帶有懸浮顆粒的介質。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，使用球閥時也會因為這些纖維纏繞在球體上而出現問題。球閥的主要特點歸納如下：

①球閥通道平整光滑、阻力小、啟閉迅速、操作方便；

②球閥結構簡單、但對密封面的加工要求較高；

③密封性能好，全開或全關狀態(tài)密封面均不與介質直接接觸，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，加工也較復雜；

⑤除了V型球閥以外，其他球閥均不能作為調節(jié)閥用；

⑥適用于高溫、高壓和低溫以及黏性較大的介質；

⑦為了防止中腔壓力過高，可采用DBB結構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

蝶閥的關閉件是一個圓盤形的閥板，在閥體內繞自身的軸線旋轉，從而達到啟閉或調節(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)行機構上需加裝定位裝置，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：

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，故在工程設計中對管系支架的設計要求大大降低；

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系，因而可做調節(jié)閥使用；

⑥大口徑偏心結構的蝶閥密封性能優(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，通過調節(jié)閥瓣的升降從而達到啟閉或調節(jié)流量的作用。由于流經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系，根據這一特性，截止閥非常適用于對流量的調節(jié)。在美國，閘閥主要用于切斷，截止閥主要用于流量調節(jié)，在歐洲，有的截止閥是按照切斷閥設計的，這種截止閥采用平面閥座，閥空直徑較大適用于當切斷閥而不用于調節(jié)。我國生產的截止閥兩種都有，在選用前，要對選用閥門產品有所了解。

截止閥的主要特點歸納如下：

①由于閥門自身的結構特點，故流體流經閥門時壓力降較大，Y型截止閥相對較小；

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；

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 燃氣閥門的選型建議

根據以上各個閥門的結構特點和實用工況， 對于地下管網的閥門，根據不同的壓力級制，我們推薦：

①當管網壓力P≤0.2MPa時，推薦使用直埋式燃氣灰鑄鐵平行雙閘板埋地閘閥；

②當管網壓力0.2MPa﹤P≤0.8MPa時，推薦使用直埋式燃氣球墨鑄鐵平行雙閘板埋地閘閥或彈性平板埋地閘閥，關鍵部位推薦使用燃氣球閥；

③當管網壓力0.8MPa﹤P≤2.5MPa時，推薦使用直埋式燃氣鑄鋼彈性平板埋地閘閥和固定球燃氣球閥；

④當管網壓力P﹥2.5MPa時，推薦使用固定球燃氣球閥。

6 總結

隨著我國燃氣事業(yè)和科學技術的不斷發(fā)展，類似于PE球閥等新材料、新品種閥門將更多地應用于燃氣行業(yè)。因此燃氣閥門的選用標準也應不斷的改進，以適應燃氣用戶的需要。

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[責任編輯：程龍]