第八节 安全阀 安全阀是防止介质压力超过规定数值起安全作用的阀门。 安全阀在管路中，当介质工作压力超过规定数值时，阀门便自动开启，排放出多余介质；而当工作压力恢复到规定值时，又自动关闭。 一、安全阀常用的术语 1、开启压力：当介质压力上升到规定压力数值时，阀瓣便自动开启，介质迅速喷出，此时阀门进口处压力称为开启压力。 2、排放压力；阀瓣开启后，如设备管路中的介质压力继续上升，阀瓣应全开，排放额定的介质排量，这时阀门进口处的压力称为排放压力。 3、关闭压力：安全阀开启，排出了部分介质后，设备管路中的压力逐渐降低，当降低到小于工作压力的预定值时，阀瓣关闭，开启高度为零，介质停止流出。这时阀门进口处的压力称为关闭压力，又称回座压力。 4、工作压力；设备正常工作中的介质压力称为工作压力。此时安全阀处于密封状态。 5、排量：在排放介质阀瓣处于全开状态时，从阀门出口处测得的介质在单位时间内的排出量，称为阀的排量。 二、安全阀的种类 1、根据安全阀的结构可分 (1)重锤（杠杆）式安全阀： 用杠杆和重锤来平衡阀瓣的压力。重锤式安全阀靠移动重锤的位置或改变重锤的重量来调整压力。它的优点在于结构简单；缺点是比较笨重回座力低。这种结构的安全阀只能用于固定的设备上。如图2--22所示。 (2)弹簧式安全阀： 利用压缩弹簧的力来平衡阀瓣的压力并使之密封。弹簧式安全阀靠调节弹簧的压缩量来调整压力。它的优点在于比重锤式安全阀体积小、轻便，灵敏度高，安装位置不受严格限制；缺点是作用在阀杆上的力随弹簧变形而发生变化。同时必须注意弹簧的隔热和散热问题。弹簧式安全阀的弹簧作用力一般不要超过2000公斤。因为过大过硬的弹簧不适于精确的工作。
。 (3)脉冲式安全阀： 脉冲式安全阀由主阀和辅阀组成。主阀和辅阀连在一起，通过辅阀的脉冲作用带动主阀动作。如图2--24所示。 图2-22 图2-23 图2-24 21 脉冲式安全阀通常用于大口径管路上。因为大口径安全阀如采用重锤或弹簧式时都不适应。脉冲式安全阀由主阀和辅阀两部分组成。当管路中介质超过额定值时，辅阀首先动作带动主阀动作，排放出多余介质。 2、根据安全阀阀瓣最大开启高度与阀座通径之比，又为分可： (1)微启式： 阀瓣的开启高度为阀座通径的1/20～1/10。如图2--25所示。由于开启高度小，对这种阀的结构和几何形状要求不象全启式那样严格，设计、制造、维修、和试验都比较方便，但效率较低。 (2)全启式： 阀瓣的开启高度为阀座通径的1/4～1/3。如图2--26所示。 图 2-25 图2-26 全启式安全阀是借助气体介质的膨胀冲力，使阀瓣达到足够的升高和排量。它利用阀瓣和阀座的上、下两个调节环，使排出的介质在阀瓣和上下两个阀节环之间形成一个压力区，使阀瓣上升到要求的开启高度和规定的回座压力。此种结构灵敏度高，使用较多，但上、下调节环的位置难于调整，使用须仔细。 3、根据安全阀阀体构造又可分 (1)全封闭式： 排放介质时不向外泄漏，而全部通过排泄管放掉。 (2)半封闭式： 排放介质时，一部分通过排泄管排放，另一部分从阀盖与阀杆配合处向外泄漏。 (3)敞开式 ： 排放介质时，不引到外面，直接由阀瓣上访排泄。 22第三章 阀门主要零件材料 制造阀门零件材料很多，包括各种不同牌号的黑色金属和有色金属及其合金、各种非金属材料等。 制造阀门零件的材料要根据下列因素来选择： 1、工作介质的压力、温度和特性。 2、该零件的受力情况以及在阀门结构中所起作用。 3、有较好的工艺性。 4、在满足以上条件情况下，要有较低的成本。 第一节 阀体、阀盖和阀板（阀瓣）的材料 阀体、阀盖和闸板（阀瓣）是阀门主要零件之一，直接承受介质压力，所用材料必须符合「阀门的压力与温度等级」的规定。常用材料有下面几种： 一、灰铸铁：灰铸铁适用于公称压力PN≤1.0MPa，温度为－10°C～200°C的水、蒸汽、空气、煤气及油品等介质。灰铸铁常用牌号为：HT200、HT250、HT300、HT350。 二、可锻铸铁：适用于公称压力PN≤2.5MPa，温度为－30～300°C的水、蒸汽、空气及油品介质，常用牌号有：KTp00—06、KTp30—08、KTp50—10。 三、球墨铸铁：适用于PN≤4.0MPa，温度为－30～350°C的水、蒸汽、空气及油品等介质。常用牌号有：QT400—15、QT450—10、QT500—7。 鉴于目前国内工艺水平，各厂参差不齐，用户又往往不易检验。根据经验，建议PN≤2.5MPa，阀门还是采用钢制阀门为安全。 四、耐酸高硅球墨铸铁：适用于公称压力PN≤0.25MPa，温度低于120°C的腐蚀性介质。 五、碳素钢：适用于公称压力PN≤32.0MPa，温度为－30～425°C的水、蒸汽、空气、氢、氨、氮及石油制品等介质。常用牌号有WC1、WCB、ZG25及优质钢20、25、30及低合金结构钢16Mn。 六、铜合金：适用于PN≤2.5MPa的水、海水、氧气、空气、油品等介质，以及温度－40～250°C的蒸汽介质，常用牌号为ZGnSn10Zn2(锡青铜），H62、Hpb59—1（黄铜）、QAZ19—2、QA19—4(铝青铜)。 七、高温铜：适用于公称压力PN≤17.0MPA、温度≤570°C的蒸汽及石油产品。常用牌号有ZGCr5Mo,1Cr5M0. ZG20CrMoV, ZG15Gr1Mo1V, 12CrMoV , WC6, WC9等牌号。具体选用必须按照阀门压力与温度规范的规定。 八、低温钢，适用于公称压力PN≤6.4Mpa,温度≥—196°C乙烯，丙烯，液态天然气，液氮等介质，常用牌号）有ZG1Cr18Ni9 、0Cr18Ni9、 1Cr18Ni9Ti 、ZG0Cr18Ni9 九、不锈耐酸钢，适用于公称压力PN≤6.4Mpa 、温度≤200°C硝酸，醋酸等介质，常用牌号有ZG0Cr18Ni9Ti 、 ZG0Cr18Ni10<耐硝酸>，ZG0Cr18Ni12Mo2Ti 、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti<耐酸和尿素> E-mail:[email protected] 23第二节 密封面材料 密封面是阀门最关键的工作面，密封面质量的好坏关系到阀门的使用寿命，通常密封面材料要考虑耐腐蚀，耐擦伤，耐冲蚀，抗氧化等因素。 通常分两大类： （一） 软质材料 1、 橡胶（包括丁睛橡胶，氟橡胶等） 2、 塑料（聚四氟乙烯，尼龙等） （二） 硬密封材料 1、 铜合金（用于低压阀门） 2、 铬不锈钢（用于普通高中压阀门） 3、 司太立合金（用于高温高压阀门及强腐蚀阀门） 4、 镍基合金（用于腐蚀性介质）
第三节 阀 杆 材 料 阀杆在阀门开启和关闭过程中，承受拉、压和扭转作用力，并与介质直接接触，同时和填料之间还有相对的摩擦运动，因此阀杆材料必须保证在规定温度下有足够的强度和冲击韧性，有一定的耐腐蚀性和抗擦伤性，以及良好的工艺性。 常用的阀杆材料有以下几种。 一、碳素钢 用于低压和介质温度不超过300°C的水、蒸汽介质时，一般选用A5普通碳素钢。 用于中压和介质温度不超过450°C的水、蒸汽介质时，一般选用35优质碳素钢。 二、合金钢 用于中压和高压，介质温度不超过450°C的水、蒸汽、石油等介质时，一般选用 40Cr（铬钢）。 用于高压、介质温度不超过540°C的水、蒸汽等介质时，可选用38CrMoALA渗 氮钢。 用于高压、介质温度不超过570°C的蒸汽介质时，一般选用25Cr2MoVA铬钼钒钢。 三、不锈耐酸钢 用于中压和高压、介质温度不超过450°C的非腐蚀性介质与弱腐蚀性介质，可选 用1Cr13、2Cr13、3Cr13铬不锈钢。 用于腐蚀性介质时，可选用Cr17Ni2、1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo2Ti、Cr18Ni12Mo3Ti 等不锈耐酸钢和Pp5-7Mo沉淀硬化钢。 四、耐热钢 用于介质温度不超过600°C的高温阀门时，可选用4Cr10Si2Mo马氏体型耐热钢和 4Cr14Ni14W2Mo奥氏体型耐热钢。 第四节 阀杆螺母材料 阀杆螺母在阀门开启和关闭过程中，直接承受阀杆轴向力，因此必须具备一定的强度。同时它与阀杆是螺纹传动，要求摩擦系数小，不生锈和避免咬死现象。 一、铜合金 铜合金的摩擦系数较小，不生锈，是目前普遍采用的材料之一。对于Pg<1.6Mpa的低压阀门可采用ZHMn58-2-2铸黄铜。对于Pg16-6.4Mpa的中压阀门可采用ZQAL9-4无锡青铜。对于高压阀门可采用ZHAL66-6-3-2铸黄铜。 24二、钢 当工作条件不允许采用铜合金时，可选用35、40等优质炭素钢，2Cr13、1Cr18Ni9、Cr17Ni2等不锈耐酸钢。 工作条件不允许指下列情况。 1、用于电动阀门上，带有瓜形离合器的阀杆螺母，需要进行热处理获得高的硬度或表面硬度。 2、工作介质或周围环境不适合选用铜合金时，如对铜有腐蚀的氨介质。 选用钢制阀杆螺母时，要特别注意螺纹的咬死现象。 第五节 紧固件、填料及垫片材料 一、紧固件材料 紧固件主要包括螺栓、双头螺栓和螺母。紧固件在阀门上直接承受压力，对防止介质外流起关重要作用，因此选用的材料必须保证在使用温度下有足够的强度与冲击韧性。 根据介质压力和温度选择紧固件材料时可按表5-1选择。 表5-1 介 质 温 度 （°C） 公称压力 Pg 名称 (Mpa) 300 350 400 425 450 530 1.6-2.5 A3 35 30CrMoA _ 4.0-10.0 35 35CrMoA 25Cr2MoVA螺栓 双头 螺栓 16.0-20.0 30CrMoA 35CrMoA 25Cr2MoVA1.6-2.5 A3 30 35 _ 4.0-10.0 30 35 35CrMoA 螺母 16.0-20.2 35 35CrMoA 选用合金钢材料时必须经过热处理。对紧回件有特殊耐腐蚀要求时，可选用Cr17Ni2、2Cr13、1Cr18Ni9等不锈耐酸钢。 二、填料材料 在阀门上，填料是用来充填阀盖填料室的空间，以防止介质经由阀杆和阀盖填料室空间泄漏。 1、 对填料的要求 1） 耐腐蚀性好，填料与介质接触，必须能耐介质的腐蚀。 2） 密封性好，填料在介质及工作温度的作用下不泄漏。 3） 摩擦系数小，以减小阀杆与填料间的摩擦力矩。 2、 填料的种类 填料可分为软质填料及硬质填料两种： 1）软质填料：系由植物质，即大麻、亚麻、棉、黄麻等，或由矿物质，即石棉纤维， 或由石棉纤维内夹金属丝和外涂石墨粉等编织的线绳，也有压成的成型的填料，以及近年来新发展的柔性石墨填料材料。 植物质填料较便宜，常用于100°C以下的低压阀门；矿物质填料可用于450-500°C的阀门。 近年来使用橡胶O型圈做填料的结构在逐步推广，但介质温度一般限制在60°C以下。 25高温高压阀门上的填料也有采用纯石棉加片状石墨粉压紧而成的。 2）硬质填料：即由金属或金属与石棉、石墨混合而成的填料以及聚四氟乙烯压合烧结而成型的填料，金属填料使用较少。 3、 填料的选择 选择填料要根据介质、温度和压力来选择，常用的材料有以下几种： 1）油浸石棉绳，可按表5-2选择。 2）橡胶石棉绳：可按表5-3选择。 3）石墨石棉绳：石棉绳上涂有石墨粉，可用温度450°C以上，压力可以达到16Mpa ，一般适用于高压蒸汽上。近后来又逐步采用了压成人字型填料，单圈放置，密封性好。 4）聚四氟乙烯：这是一种目前使用较广的一种填料。特别适用腐蚀性介质上，但温度不得起过200°C。一般采用压制或棒料车制而成，形状如图5-1所示。 a b c 图5-1 名 称 牌 号 形 状 规 格 （直径或方形边长） 适用极限压力kgf/cm² 适用极限温度 （°C） 用途 F 3.4.5.6.8.10 13.16.19.22.25 Y 5.6.8.10.13 16.19.22.25 YS450 N 3.5.6.8.10.13 16.19.22.25 60 450 YS350 F、Y、N 3.5.6.8.10.13 16.19.22.25. 45 350 油 浸 石 棉 绳 YS250 F、Y、N 3.5.6.8.10.13. 16.19.22.25 45 250 用于水蒸气、空气、石油产品 表5-2 注：形状代号F表示方的，穿心或一至多层编结；Y表示圆的，中间是一扭制芯子，外边是一至多层编结；N表示扭制的。 名 称 牌 号 规 格 （直公式或方形边长）适用极限压力kgf/cm² 适用极限温度 （°C） 用 途 XS450 60 450 XS350 45 350 橡胶 石棉 盘根 XS250 3 . 4 . 5 . 6 . 8 10 . 13 . 16 . 19 22 . 25 . 28 45 250 用于蒸汽、石油产品 表5-3 三、垫片材料 垫片是用来充填两个结合面（如阀体和阀盖之间的密封面）间所有凹凸不平处，以防止介质从结合面间泄漏。 1、 对垫片的要求 E-mail:[email protected] 26垫片材料在工作温度下具有一定的弹性和塑性以及足够的强度，以保证密封。同时要具有良好的耐腐蚀性。 2、 垫片材料的种类和选择 垫片可分为软质和硬质两种，软质一般为非金属材料，如硬纸板、橡胶、石棉橡胶板， 聚四氟乙烯等。硬质一般为金属材料或者金属包石棉、金属与石棉缠绕的等。 垫片的形状有很多，有扁平的、圆形的、椭圆形的、齿形的、透镜式的以及其他特殊形状的。 图5-2为金属包有石棉衬垫和金属石棉缠绕式垫片 图5-3为橡胶制O形圈。 图5-4为梯形槽式金属垫片。 图5-5为密封面凹凸式金属齿形垫片。 图5-6为密封面透镜式金属垫片。 图5-5 图5-6 金属垫片的材料一般用08、10、20优质碳素钢和1Cr13、1Cr18Ni9不锈钢，加工精度和表面光洁度要求较高，适用于高温高压阀门。 非金属垫片材料一般塑性较好，用不大的压力就能达到密封。适用于低温低压阀门。 垫片材料可按表5-4选择。 E-mail:[email protected] 27表5-4 应用范围 垫 片 材 料 介 质 压力（Mpa） 温度（°C） 厚纸板 水、油类 ≤10 40 油浸纸板 水、油类 ≤10 40 橡胶板 水、空气 ≤6 50 石棉板 蒸汽、煤气 ≤6 450 聚四氟乙烯 腐蚀性介质 ≤25 200 橡胶石棉板XB-450 水蒸汽、空气、煤气 ≤60 450 XB-350 水蒸汽、空气、煤气 ≤40 350 XB-200 水蒸汽、空气、煤气 ≤15 200 耐油橡胶石棉板 油类 160 30 08钢与XB-450充填 蒸汽 100 450 08钢与XB-350充填 蒸汽 40 350 1Cr13、0Cr13石棉充填 蒸汽 100 600 08钢与耐油橡胶石棉充填 油类 100 350 铜 水蒸汽、空气 100 250 铝 水蒸汽、空气 64 350 10钢、20钢 水蒸汽、油类 200 450 1Cr13 蒸汽 200 550 1Cr13Ni9 蒸汽 200 600 制造阀门零件材料很多，包括各种不同牌号的黑色金属和有色金属及其合金、各种非金属材料等。 制造阀门零件的材料要根据下列因素来选择： 1、工作介质的压力、温度和特性。 2、该零件的受力情况以及在阀门结构中所起作用。 3、有较好的工艺性。 4、在满足以上条件情况下，要有较低的成本。 E-mail:[email protected] 28第四章 阀门的安装、维护与操作 正确地选择了阀门之后，还要正确安装、维护与操作，这样才能充分发挥其效能。
