工艺管道阀门基础知识及安装要点

一、管道的分类：

按最高工作压力、最高工作温度、介质、管道材质等因素分类。

1.设计压力、介质：

管道 级别	适用范围
A	1.剧毒介质管道
	2.设计压力大于或等于10Mpa的易燃、可燃介质管道
B	1.介质闪点低于28℃的易燃介质管道
	2.介质爆炸下限低于10%的管道
	3.操作温度高于或等于介质自然点的C级管道
C	1.介质闪点28-60℃的易燃、可燃介质管道
	2.介质爆炸下限高于或等于10％的管道
管道名称		设计压P，Mpa·G
真空管道		＜0
低压管道		0＜P＜1.6
中压管道		1.6≤P＜10
高压管道		10≤P＜35

低温管道：＜-20℃；常温管道：-20～200℃；高温管道：＞200℃。

公称直径：

用符号DN表示，其后附加公称直径的数值。

公称直径为100mm，用DN100表示。

对于引进装置习惯用英寸表示。

公称直径50mm时，2〞表示。

公称直径的作用是：凡是公称直径相同的管子、管件(法兰、阀门等)均能互相联接。

公称压力：

公称压力是为了设计、制造和使用的方便而规定的一种压力等级

指管内工作介质温度在0～120℃范围内的最高允许工作压力

用符号PN表示，其后附公称压力的数值

公称压力为2.5MPa，用PN2.5表示(老产品有用“kgf/cm²单位，注意识别)，或PN25 bar。

当介质温度大于120℃时，材料的强度下降，实际允许的工作压力要小于公称压力。

如铸铁阀门的公称压力为1MPa，在200℃工作时，其工作压力不能大于0.9MPa。

用于高温介质的管子及管件选用时应查阅有关手册，不能只凭公称压力为选用依据。

壁厚：

常用的管子壁厚表示法有管子表号(Sch.）、壁厚尺寸两种方法。

管子表号(Sch.）是设计压力与设计温度下材料的许用应力的比值乘以1000，并经圆整后的数值表号越大，壁厚越厚。

中国、ISO等钢管标准采用壁厚尺寸表示钢管壁厚系列。

表示方法为管外径×壁厚。

例如：φ60.5×3.5mm。

管道材料等级：

根据设计温度、设计压力和输送介质要求及材料的性能和经济合理性确定

管道和管道组成件的材质、品种和规格型号根据PID上的管道材料等级规定选用

材料等级编码由6部分组成：

J A J R 61

J- 项目代码

A- 压力等级(ASME/ANSI B16.5)

J- 材料代码

R- 法兰面(ASME/ANSI B16.5)

61- 序列号

工厂管道应用条件：

涉及介质种类，有LNG、MDEA、CO2、乙烯、丁烷、低温工艺物料、其他化学物等

介质有一定腐蚀性。

环境温度低。

冷区部分管线温度极低。

管道设计压力Pmax=7.2MPa，设计温度Tmin= -196℃，Tmax=260℃。

管道直径规格为1/2”~48”。

管道材料主要是各种与设计温度相对应的碳钢材料，深冷温度时则采用奥氏体不锈钢。

低温管道的材料应用：

碳钢管在＋5℃至－19℃内处于延性状态，可正常使用，如果使用温度低于或等于－20℃，碳钢管就逐渐变为以脆性状态为主。

低于或等于－20℃的管道属于低温管道。

低温管道选择材料：

第一是“低温脆性”，合理选择“冲击韧性”高的钢板，同时从配管设计和管系制作上防止脆断和脆裂。

第二是管道的保冷结构设计和满足保冷的设计要求，它直接关系到能耗和设备管道的操作、施工、检修等。

低温管道的布置：

管道有足够的柔性，利用管道的自然补偿或设置补偿器。

避免管道振动：

泵、压缩机和排气管须防整条管道的振动。

机械振源处的管道设置弹性元件，如波纹补偿器隔断振源。

装有安全阀、排气管或排污阀的支管，在容易结冰范围内采用奥氏体不锈钢材料，再使用法兰连接不同材质的支管。

弯头处应力最大，最容易脆裂，不应焊接支吊架。

靠近弯头或三通处需要接一短管后再焊接法兰（留出保冷厚度）。对接法兰中只需保证法兰一端留有装卸螺栓的间距。

阀门组的配管能顺利卸下其中任一阀不影响管道保冷结构。

低温保冷管道支架，防止产生“冷桥”的措施。

管道水平敷设，底部垫有木块或硬质隔热材料块，避免管道冷损。

管道垂直敷设，支架生根设备和管道均垫木块或硬质隔热材料块。

二、阀门的基础知识：

1.阀门主要功能是：接通和截断介质；防止介质倒流；调节介质压力、流量；分离、混合或分配介质；防上介质压力超过规定数值，以保证管道或设备安全运行等。

2.阀门投资约占装置配管费用的40～50％。

选用阀门主要从装置无故障操作和经济两方面考虑。

3.阀门-选择原则：

迅速接通和截断介质：-闸阀、蝶阀、球阀；

防止介质倒流：-止回阀；

调节介质压力、流量：-截止阀、调节阀；

分离、混合或分配介质：-旋塞阀、闸阀、调节阀；

防止介质压力超过规定数值，以保证管道或设备安全运行：-安全阀。

4.输送流体的性质；阀门的功能；

5.阀门的尺寸；阀门的阻力损失；

6.阀门的工作温度和工作压力；（对可为两条）

阀门的材质。

阀门的分类：

使用场所不同：高温阀、低温阀、高压阀和低压阀；

材料的不同：铸钢阀、铸铁阀。

7.阀门类型的选择：

根据介质的性质、操作条件及对阀门的要求等因素确定。

物料状态-物性、气/液比、挥发性、凝点、粘度、腐蚀性、毒性、易燃易爆性。

操作条件-温度、压力、开停工或再生、允许压降。

阀门功能：阀门在结构设汁、材料选用和制造技术、加工精度和性能检验也比较严格。

 

注：符号表示：O适用；●可用；▲适当可用；◆不适用。

闸阀结构特点及应用：

闸阀由阀体、阀盖、闸板、阀杆、手轮等零件组成。

明杆闸阀：闸板随阀杆一起作直线运动。

暗杆闸阀：闸板随阀杆启闭只是旋转使闸板升降，阀杆位置无变化。

DN50以下的低压的无腐蚀介质阀门常采用暗杆。

闸阀只能作全开和全关 , 不能作调节和节流。

 

截止阀结构特点及应用：

截止阀的启闭件是塞形的阀瓣，密封面呈平面或锥面，阀瓣沿流体的中心线作直线运动。允许作调节和节流。

直通式和直流式的截止阀、节流阀可安装在水平或垂直管道上，角式截止阀和节流阀需安装在垂直相交的管道上。

安装时要注意阀体的指示方向与介质的流向一致。

 

止回阀结构特点及应用：

止回阀用于需要防止流体逆向流动的场合，介质顺流时开启，逆流时关闭。

旋启式，升降式，轴流式（喷咀）。

 

旋启式止回阀：阀内通道成流线形，流动阻力比直通式升降止回阀小，适用于大口径的场合。密封性能不如升降式，适用于低流速和流动不常变动的场合，不宜用于脉动流。

升降式止回阀：

按管道的安装位置分为两种：

直通式：介质停止流动时，阀瓣靠自重降落在阀座上可阻止介质倒流。

立式升降式：介质进出口通道方向与阀座通道方向相同，其流动阻力小。

轴流式止回阀（喷咀）：

 

在管道系统中防止流体倒流危害，保护机械设备。

止回阀的应用：

直通式升降止回阀安装在水平管道上。

立式升降止回阀和底阀安装在垂直管道上，要求介质自下而上流动。

旋启式止回阀安装在水平管道上，也可安装在垂直管道或倾斜管道上。

小口径管道上选用升降式止回阀，大口径管道上选用旋启式止回阀。

安装止回阀时要注意介质流动方向与止回阀箭头指示方向一致。

球阀工作原理：球阀的阀瓣为一中间有通道的球体，球体围绕自己的轴心线作90°旋转以达到启闭。

由阀体、球体、密封圈、阀杆及驱动装置组成。

 

用于需要快速启闭或要求阻力小的场合；

用于高压管道和低压力降的管道；

其使用寿命长，启闭省力。适用于较大口径及压力较高的场合。

由于节流可能造成密封件或球体的损坏，一般不用球阀节流。

全通道球阀不适用于调节流量。

蝶阀工作原理：蝶阀是由阀体、圆盘、阀杆和手柄组成。

 

在许多场合蝶阀取代了截止阀和自控系统的调节阀，特别是在大流量调节场合。

可广泛用于操作压力2.0Mpa，工作温度200℃以下的输送各种介质。水、油品、气体、液体、浆液、悬浮液的管道上的截流和调节流量。

低温阀门：

低温阀门主要用于介质温度-40℃～ -196℃的阀门。

低温球阀、低温闸阀、低温截止阀。

输送介质易燃、易爆、渗透性强的介质，如乙烯，液化天然气、LNG储罐。

介质在升温时要气化，气化时体积可膨胀数百倍。

低温条件下，材料的抗拉强度和硬度提高，塑性和韧性降低，呈现低温脆性材质不合格，会造成壳体及密封面的外漏或内漏；零部件的综合机械性能、强度和钢度满足不了使用要求甚至断裂。导致介质泄漏引起爆炸。

基木要求：所有低温材料部件在精加工之前必须进行深冷处理，以减小低温阀门在低温工况下的收缩变形。

阀体、阀盖、阀座、启闭件：温度高于-100℃选用铁素体不锈钢，温度低于-100℃时选用奥氏体不锈钢。

阀杆：奥氏体不锈耐酸钢制造，经热处理，以提高抗拉强度，镀硬铬（镀层厚度0.04~0.06mm），或进行渗氮处理，以提高表面硬度。

紧固件：温度高于-100℃时，螺栓采用Ni、Cr-Mo等合金钢，经热处理，以防止螺纹咬伤；温度低于-100℃时，螺栓材料用奥氏体不锈钢。螺母材料采用Mo钢或Ni钢。

垫片：使用温度高于-196℃，低温最高使用压力为5MPa时，采用不锈钢带石棉缠绕式垫片、不锈钢带聚四氟乙烯缠绕式垫片或不锈钢带膨胀石墨缠绕式垫片。

三、阀门安装一般规定：

阀门应根据管道及仪表流程图（PID）上所示类型及数量设置。当PID对某些阀门安装位置有具体要求时，应按工艺要求设置。

阀门的类型和温压等级应按照各工程规定中的配管材料等级来选用。

对于不需要经常操作的阀门（只在开停车时使用），如果在地面上无法操作时，也应布置在能架设临时梯子的地方。

阀门手轮的中心距操作面的高度为750～1500mm之间，最佳高度为1200mm，不需经常操作的阀门安装高度可达1500～1800mm。当安装高度无法降低且又需要经常操作时，设计时应考虑设操作踏步。

不同方位上阀门的安装高度和距离详见下图。

 

阀门手轮中心距操作面的高度超过1800mm时，应设置链轮挂钩，链轮的链距地面宜为800mm左右。为不影响应链轮操作，将链子下端挂在靠近的墙上或柱子上。

安装在管沟内的阀门，当打开沟盖板能够操作时，阀门的手轮不应低于沟盖板下300mm，当低于300mm以下时，应设阀门伸长杆，使其手轮在沟盖板下100mm以内。

安装在管沟内的阀门需要在地面上操作的，或安装在上一层楼面（平台）下方的阀门，可设阀门伸长杆使其延伸至沟盖板、楼板、平台上面进行操作。伸长杆的手轮距操作面1200mm左右为宜。

小于等于DN40及丝扣连接的阀门不应使用链轮或伸长杆进行操作，以免损坏阀门。

通常情况下，应尽量少使用伸长杆和链轮来操作阀门。

布置在平台周围的阀门手轮距平台边缘的距离不宜大于450mm。当阀杆和手轮伸入平台内的上方且高度小于2000mm时，应使其不影响操作人员的操作和通行，以免造成人身伤害。

阀门相邻布置时，手轮间的净距不宜小于100mm。

除了因工艺需要用于沉淀物料或固体放料阀门外，一般阀门的手轮不得朝下，尤其是危险介质管道上的阀门严禁手轮朝下，以免操作时泄漏危及人身安全。

阀门手轮的方位依次为：垂直向上，水平，垂直向上左右倾斜45°，垂直向下左右倾斜45°（最好不用）。

 

塔、反应器、立式容器等设备底部管道上的阀门不得布置在裙座内。

工艺管道及仪表流程图（P&ID）上与设备管口画在一起的阀门，应当直接与设备管口相连接。

通常情况下切断设备用的阀门，在条件允许时宜与设备设备管口直接相接，或尽量靠近设备。与装有剧毒介质的设备相连接的管道上的阀门，应与设备管口直接相接，该阀门不得使用链轮操作。

与设备管口直接相接的阀门，设计时应特别注意阀门侧的法兰必须与设备管口上的法兰配对。当阀门上是凹面法兰时，要提请设备专业在相应的管口配置凸面法兰。

从干管上引出支管时，其切断阀应尽量靠近干管并装在支管水平段的最高点上，以便流体向阀门两侧排净。

管廊上的支管切断阀不经常操作（仅在停车检修时用），若没有设永久性梯子时，设计时应考虑留出使用临时梯子的空间位置。

大型阀门的操作应使用带齿轮传动机构，安装时应考虑齿轮传动机构所需空间位置。通常，阀门的尺寸大于下列等级的尺寸应考虑使用带齿轮传动机构的阀门。

 

 

对于蒸汽加热设备，可在蒸汽入口处设一小的旁通线，以免开始送汽时加热太快。

当阀门两侧压差大时，为方便阀门的开启需设置压力平衡旁通阀，旁通阀尺寸可按下表选用。

DN600以上的阀门，其旁通管和旁通阀为DN40。

旁通阀尺寸选用表

 

阀门安装时，应尽量不要使阀门承受外加载荷，以免应力过大损坏阀门。除非经过应力分析，否则低压阀门不可用于厚壁钢管的管道上。

较大的阀门应在阀门的一侧或两侧设置支架，设置的原则为拆下阀门时不应影响管道的支撑，一般支架距法兰300mm左右。

高压阀门开启时启动力大，必须设置阀架以支承阀门和减少启动应力，其安装高度以600～1200mm为宜。

在进出装置界区处的管廊上的切断阀应集中布置并设置操作平台。

对夹式阀门或蝶阀不得与其它阀门和管道附件直接连接，中间应设一短管。

装置界区的消防水和消防蒸汽的阀门应布置在发生事故时，操作人员易接近的安全地带。

升降式止回阀应安装在水平管道上,立式升降式止回阀可装在垂直管道上。升降式止回阀一般适用于干净的流体上。

旋启式止回阀应优先安装在水平管道上，也可安装在介质自下向上流动的垂直管道上。

管道上安装丝扣连接的阀门时，设计时在阀门邻近必须安装活接头，以便拆装。

加热炉灭火蒸汽管道的阀组应便于操作，距炉体不得小于15m。

水管道上阀门的安装，在寒冷地区要考虑防冻问题，要避免阀前出现积液造成停工时水排不净冻坏阀门，同时还要采取必要的防冻措施，如加防冻排液阀及防冻循环阀等。

减压阀的安装：

在蒸汽管道和压缩空气管道上，当系统压力比较高，而用户要求较低压力时，可采用减压阀减压的办法来满足用户的要求。

减压阀应布置在易检修、振动小、周围较空的地方，不应布置在靠近移动设备和易受冲击的地方。

减压阀可布置在距地面（楼面）1～2m以下的地方，靠墙设置，但占地较大。

减压阀也可布置在距地面（楼面）3m左右的空中，但要设平台。

蒸汽系统减压阀组前应设汽水分离罐和疏水阀。

为了检修需要，减压阀组应加切断阀和旁路阀，旁路阀应选截止阀。为了避免管道中杂质对减压阀的磨损，可在减压阀前设置Y型过滤器。减压阀前后应装压力表指示压力，以便于调节。为保证安全，减压阀组后应设置安全阀，当压力超过时能起到泄压作用。

减压阀前后应设置直管段，阀前直管长度约600mm，阀后直管长度约1500mm。当减压比（阀后压力比阀前压力之比）小于25％时，阀后管径可扩大为阀前的两倍。减压阀均应直立安装在水平管道上。

安全阀的布置：

在设备或管道上的安全阀一般应直立垂直安装，但对设置的液体管道、换热器或容器等处的安全阀，当阀门关闭后，可能由于热膨胀而使压力升高的场所，可水平安装。

安全阀不应安装在长的水平管道的死段，以免积聚固体物或液体。

安全阀一般应安装在易于检修和调节之处，周围要有足够的工作空间，如：立式容器的安全阀，DN80以下者，可安装在平台内靠外侧；DN100以上者安装在平台外靠平台处，借助平台可以对阀门进行维修。

由于大直径安全阀重量大，故在布置时要考虑大直径安全阀卸开后吊装的可能，必要时设置吊杆。

安全阀入口管道的设计：

安全阀入口管道最大压力损失不超过安全阀定压的3％，它是按照通过安全阀的最大流量计算出的（包括入口压力损失、管道阻力和切断阀阻力之和）。为了减少入口压力降，可采取下列措施：

安全阀的安装位置应尽量靠近被保护的设备或管道。

管道上或设备上安全阀接管公称直径可大于安全阀入口直径的1~3级。

增大入口管径：安全阀入口管道的管径必须大于或等于安全阀入口管径，其连接大小头尽量设在靠近安全阀的入口处。

采用长半径弯头。

如果采用先导式安全阀，由容器或管道直接取压时，可不受入口管的压力降不大于安装定压的3％的限制。

应考虑压力脉冲的影响，管道上安装的安全阀，应位于压力比较稳定，距波动源有一定距离的地方。

安全阀出口的设计应考虑背压不超过安全阀定压的一定值。对于弹簧式安全阀，其背压不超过安全阀定压的10％，波纹管型（平衡型）背压不宜超过定压的30％，先导式安全阀，其背压不超过安全阀定压的60％。

安全阀排放管向大气排放时，要注意其排出口不能朝向设备、平台、梯子、电缆等。

安全阀排放管排入大气时，端部切成平口，使排除物直接向上高速排出，远离平台等有人之处，减少对环境的影响。此时，在安全阀出口弯头附近的低处开设φ6～φ10mm的小孔，以免雨、雪或冷凝液积聚在排出管内。

排入密闭系统的安全阀出口管道应顺介质流向45°斜接在排放总管的顶部，以免总管内的凝液倒流入支管，并可减少安全阀背压。

当安全阀进出口管道上设有切断阀时，应选用单闸板闸阀，并铅封开，阀杆应水平安装，不可朝上，以免阀杆和阀板连接的销钉腐蚀或松动时，阀板下滑。当安全阀设有旁路阀时，该阀应铅封关。

对可能用蒸汽吹扫的泄压管道，应考虑由于蒸汽吹扫产生的热膨胀。

对可能有液化烃类排入的泄压管道，因介质汽化而导致低温的管道，应考虑采用低温钢，并保温和伴热。

安全阀的反作用力：气体或蒸汽有安全阀出口排出时，在出口管中心线上，产生与流向相反的作用力，成为安全阀的反作用力。在进行安全阀出口管道设计时，应考虑此作用力的影响。

 

阀门操作使用注意事项：

阀门开度不易过大,以免阀杆从阀芯中脱落。在操作中，阀门开至最大时，应将手轮关闭2~3圈，以躲过虚扣。

闸阀不能当作节流阀使用，使用中，其开度不易过小，以减小过流介质对阀芯的冲刷和腐蚀。

关闭阀门时用力不易过大，以避免阀杆铜套损坏或开关困难。用阀扳关闭阀门时，不得用力过猛、野蛮操作，以阀门不内漏为标准。

对于压力表手阀（特别是高温或危险介质处的手阀），其开度不易过大，以避免压力表出现大量泄漏时，关阀时间太长，事态进一步扩大。其开度以压力表能正常显示压力为准。

单向阀有立装、平装和方向区别，使用安装时应注意区别。

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