第八節 安全閥 安全閥是防止介質壓力超過規定數值起安全作用的閥門。 安全閥在管路中，當介質工作壓力超過規定數值時，閥門便自動開啟，排放出多余介質；而當工作壓力恢復到規定值時，又自動關閉。 一、安全閥常用的術語 1、開啟壓力：當介質壓力上升到規定壓力數值時，閥瓣便自動開啟，介質迅速噴出，此時閥門進口處壓力稱為開啟壓力。 2、排放壓力；閥瓣開啟後，如器材管路中的介質壓力繼續上升，閥瓣應全開，排放額定的介質排量，這時閥門進口處的壓力稱為排放壓力。 3、關閉壓力：安全閥開啟，排出了部份介質後，器材管路中的壓力逐漸降低，當降低到小於工作壓力的預定值時，閥瓣關閉，開啟高度為零，介質停止流出。這時閥門進口處的壓力稱為關閉壓力，又稱回座壓力。 4、工作壓力；器材正常工作中的介質壓力稱為工作壓力。此時安全閥處於密封狀態。 5、排量：在排放介質閥瓣處於全開狀態時，從閥門出口處測得的介質在單位時間內的排出量，稱為閥的排量。 二、安全閥的種類 1、根據安全閥的結構可分 (1)重錘（杠桿）式安全閥： 用杠桿和重錘來平衡閥瓣的壓力。重錘式安全閥靠移動重錘的位置或改變重錘的重量來調整壓力。它的優點在於結構簡單；缺點是比較笨重回座力低。這種結構的安全閥只能用於固定的器材上。如圖2--22所示。 (2)彈簧式安全閥： 利用壓縮彈簧的力來平衡閥瓣的壓力並使之密封。彈簧式安全閥靠調節彈簧的壓縮量來調整壓力。它的優點在於比重錘式安全閥體積小、輕便，靈敏度高，安裝位置不受嚴格限制；缺點是作用在閥桿上的力隨彈簧變形而發生變化。同時必須註意彈簧的隔熱和散熱問題。彈簧式安全閥的彈簧作用力一般不要超過2000公斤。因為過大過硬的彈簧不適於精確的工作。
。 (3)脈沖式安全閥： 脈沖式安全閥由主閥和輔閥組成。主閥和輔閥連在一起，透過輔閥的脈沖作用帶動主閥動作。如圖2--24所示。 圖2-22 圖2-23 圖2-24 21 脈沖式安全閥通常用於大口徑管路上。因為大口徑安全閥如采用重錘或彈簧式時都不適應。脈沖式安全閥由主閥和輔閥兩部份組成。當管路中介質超過額定值時，輔閥首先動作帶動主閥動作，排放出多余介質。 2、根據安全閥閥瓣最大開啟高度與閥座通徑之比，又為分可： (1)微啟式： 閥瓣的開啟高度為閥座通徑的1/20～1/10。如圖2--25所示。由於開啟高度小，對這種閥的結構和幾何形狀要求不象全啟式那樣嚴格，設計、制造、維修、和試驗都比較方便，但效率較低。 (2)全啟式： 閥瓣的開啟高度為閥座通徑的1/4～1/3。如圖2--26所示。 圖 2-25 圖2-26 全啟式安全閥是借助氣體介質的膨脹沖力，使閥瓣達到足夠的升高和排量。它利用閥瓣和閥座的上、下兩個調節環，使排出的介質在閥瓣和上下兩個閥節環之間形成一個壓力區，使閥瓣上升到要求的開啟高度和規定的回座壓力。此種結構靈敏度高，使用較多，但上、下調節環的位置難於調整，使用須仔細。 3、根據安全閥閥體構造又可分 (1)全封閉式： 排放介質時不向外泄漏，而全部透過排泄管放掉。 (2)半封閉式： 排放介質時，一部份透過排泄管排放，另一部份從閥蓋與閥桿配合處向外泄漏。 (3)敞開式 ： 排放介質時，不引到外面，直接由閥瓣上訪排泄。 22第三章 閥門主要零件材料 制造閥門零件材料很多，包括各種不同牌號的黑色金屬和有色金屬及其合金、各種非金屬材料等。 制造閥門零件的材料要根據下列因素來選擇： 1、工作介質的壓力、溫度和特性。 2、該零件的受力情況以及在閥門結構中所起作用。 3、有較好的工藝性。 4、在滿足以上條件情況下，要有較低的成本。 第一節 閥體、閥蓋和閥板（閥瓣）的材料 閥體、閥蓋和閘板（閥瓣）是閥門主要零件之一，直接承受介質壓力，所用材料必須符合「閥門的壓力與溫度等級」的規定。常用材料有下面幾種： 一、灰鑄鐵：灰鑄鐵適用於公稱壓力PN≤1.0MPa，溫度為－10°C～200°C的水、蒸汽、空氣、煤氣及油品等介質。灰鑄鐵常用牌號為：HT200、HT250、HT300、HT350。 二、可鍛鑄鐵：適用於公稱壓力PN≤2.5MPa，溫度為－30～300°C的水、蒸汽、空氣及油品介質，常用牌號有：KTp00—06、KTp30—08、KTp50—10。 三、球墨鑄鐵：適用於PN≤4.0MPa，溫度為－30～350°C的水、蒸汽、空氣及油品等介質。常用牌號有：QT400—15、QT450—10、QT500—7。 鑒於目前國內工藝水平，各廠參差不齊，使用者又往往不易檢驗。根據經驗，建議PN≤2.5MPa，閥門還是采用鋼制閥門為安全。 四、耐酸高矽球墨鑄鐵：適用於公稱壓力PN≤0.25MPa，溫度低於120°C的腐蝕性介質。 五、碳素鋼：適用於公稱壓力PN≤32.0MPa，溫度為－30～425°C的水、蒸汽、空氣、氫、氨、氮及石油制品等介質。常用牌號有WC1、WCB、ZG25及優質鋼20、25、30及低合金結構鋼16Mn。 六、銅合金：適用於PN≤2.5MPa的水、海水、氧氣、空氣、油品等介質，以及溫度－40～250°C的蒸汽介質，常用牌號為ZGnSn10Zn2(錫青銅），H62、Hpb59—1（黃銅）、QAZ19—2、QA19—4(鋁青銅)。 七、高溫銅：適用於公稱壓力PN≤17.0MPA、溫度≤570°C的蒸汽及石油產品。常用牌號有ZGCr5Mo,1Cr5M0. ZG20CrMoV, ZG15Gr1Mo1V, 12CrMoV , WC6, WC9等牌號。具體選用必須按照閥門壓力與溫度規範的規定。 八、低溫鋼，適用於公稱壓力PN≤6.4Mpa,溫度≥—196°C乙烯，丙烯，液態天然氣，液氮等介質，常用牌號）有ZG1Cr18Ni9 、0Cr18Ni9、 1Cr18Ni9Ti 、ZG0Cr18Ni9 九、不銹耐酸鋼，適用於公稱壓力PN≤6.4Mpa 、溫度≤200°C硝酸，醋酸等介質，常用牌號有ZG0Cr18Ni9Ti 、 ZG0Cr18Ni10<耐硝酸>，ZG0Cr18Ni12Mo2Ti 、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti<耐酸和尿素> E-mail:[email protected] 23第二節 密封面材料 密封面是閥門最關鍵的工作面，密封面質素的好壞關系到閥門的使用壽命，通常密封面材料要考慮耐腐蝕，耐擦傷，耐沖蝕，抗氧化等因素。 通常分兩大類： （一） 軟質材料 1、 橡膠（包括丁睛橡膠，氟橡膠等） 2、 塑膠（聚四氟乙烯，尼龍等） （二） 硬密封材料 1、 銅合金（用於低壓閥門） 2、 鉻不銹鋼（用於普通高中壓閥門） 3、 司太立合金（用於高溫高壓閥門及強腐蝕閥門） 4、 鎳基合金（用於腐蝕性介質）
第三節 閥 桿 材 料 閥桿在閥門開啟和關閉過程中，承受拉、壓和扭轉作用力，並與介質直接接觸，同時和填料之間還有相對的摩擦運動，因此閥桿材料必須保證在規定溫度下有足夠的強度和沖擊韌性，有一定的耐腐蝕性和抗擦傷性，以及良好的工藝性。 常用的閥桿材料有以下幾種。 一、碳素鋼 用於低壓和介質溫度不超過300°C的水、蒸汽介質時，一般選用A5普通碳素鋼。 用於中壓和介質溫度不超過450°C的水、蒸汽介質時，一般選用35優質碳素鋼。 二、合金鋼 用於中壓和高壓，介質溫度不超過450°C的水、蒸汽、石油等介質時，一般選用 40Cr（鉻鋼）。 用於高壓、介質溫度不超過540°C的水、蒸汽等介質時，可選用38CrMoALA滲 氮鋼。 用於高壓、介質溫度不超過570°C的蒸汽介質時，一般選用25Cr2MoVA鉻鉬釩鋼。 三、不銹耐酸鋼 用於中壓和高壓、介質溫度不超過450°C的非腐蝕性介質與弱腐蝕性介質，可選 用1Cr13、2Cr13、3Cr13鉻不銹鋼。 用於腐蝕性介質時，可選用Cr17Ni2、1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo2Ti、Cr18Ni12Mo3Ti 等不銹耐酸鋼和Pp5-7Mo沈澱硬化鋼。 四、耐熱鋼 用於介質溫度不超過600°C的高溫閥門時，可選用4Cr10Si2Mo馬氏體型耐熱鋼和 4Cr14Ni14W2Mo奧氏體型耐熱鋼。 第四節 閥桿螺母材料 閥桿螺母在閥門開啟和關閉過程中，直接承受閥桿軸向力，因此必須具備一定的強度。同時它與閥桿是螺紋傳動，要求摩擦系數小，不生銹和避免咬死現象。 一、銅合金 銅合金的摩擦系數較小，不生銹，是目前普遍采用的材料之一。對於Pg<1.6Mpa的低壓閥門可采用ZHMn58-2-2鑄黃銅。對於Pg16-6.4Mpa的中壓閥門可采用ZQAL9-4無錫青銅。對於高壓閥門可采用ZHAL66-6-3-2鑄黃銅。 24二、鋼 當工作條件不允許采用銅合金時，可選用35、40等優質炭素鋼，2Cr13、1Cr18Ni9、Cr17Ni2等不銹耐酸鋼。 工作條件不允許指下列情況。 1、用於電動閥門上，帶有瓜形離合器的閥桿螺母，需要進行熱處理獲得高的硬度或表面硬度。 2、工作介質或周圍環境不適合選用銅合金時，如對銅有腐蝕的氨介質。 選用鋼制閥桿螺母時，要特別註意螺紋的咬死現象。 第五節 緊固件、填料及墊片材料 一、緊固件材料 緊固件主要包括螺栓、雙頭螺栓和螺母。緊固件在閥門上直接承受壓力，對防止介質外流起關重要作用，因此選用的材料必須保證在使用溫度下有足夠的強度與沖擊韌性。 根據介質壓力和溫度選擇緊固件材料時可按表5-1選擇。 表5-1 介 質 溫 度 （°C） 公稱壓力 Pg 名稱 (Mpa) 300 350 400 425 450 530 1.6-2.5 A3 35 30CrMoA _ 4.0-10.0 35 35CrMoA 25Cr2MoVA螺栓 雙頭 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 選用合金鋼材料時必須經過熱處理。對緊回件有特殊耐腐蝕要求時，可選用Cr17Ni2、2Cr13、1Cr18Ni9等不銹耐酸鋼。 二、填料材料 在閥門上，填料是用來充填閥蓋填料室的空間，以防止介質經由閥桿和閥蓋填料室空間泄漏。 1、 對填料的要求 1） 耐腐蝕性好，填料與介質接觸，必須能耐介質的腐蝕。 2） 密封性好，填料在介質及工作溫度的作用下不泄漏。 3） 摩擦系數小，以減小閥桿與填料間的摩擦力矩。 2、 填料的種類 填料可分為軟質填料及硬質填料兩種： 1）軟質填料：系由植物質，即大麻、亞麻、棉、黃麻等，或由礦物質，即石棉纖維， 或由石棉纖維內夾金屬絲和外塗石墨粉等編織的線繩，也有壓成的成型的填料，以及近年來新發展的柔性石墨填料材料。 植物質填料較便宜，常用於100°C以下的低壓閥門；礦物質填料可用於450-500°C的閥門。 近年來使用橡膠O型圈做填料的結構在逐步推廣，但介質溫度一般限制在60°C以下。 25高溫高壓閥門上的填料也有采用純石棉加片狀石墨粉壓緊而成的。 2）硬質填料：即由金屬或金屬與石棉、石墨混合而成的填料以及聚四氟乙烯壓合燒結而成型的填料，金屬填料使用較少。 3、 填料的選擇 選擇填料要根據介質、溫度和壓力來選擇，常用的材料有以下幾種： 1）油浸石棉繩，可按表5-2選擇。 2）橡膠石棉繩：可按表5-3選擇。 3）石墨石棉繩：石棉繩上塗有石墨粉，可用溫度450°C以上，壓力可以達到16Mpa ，一般適用於高壓蒸汽上。近後來又逐步采用了壓成人字型填料，單圈放置，密封性好。 4）聚四氟乙烯：這是一種目前使用較廣的一種填料。特別適用腐蝕性介質上，但溫度不得起過200°C。一般采用壓制或棒料車制而成，形狀如圖5-1所示。 a b c 圖5-1 名 稱 牌 號 形 狀 規 格 （直徑或方形邊長） 適用極限壓力kgf/cm² 適用極限溫度 （°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 繩 YS250 F、Y、N 3.5.6.8.10.13. 16.19.22.25 45 250 用於水蒸氣、空氣、石油產品 表5-2 註：形狀代號F表示方的，穿心或一至多層編結；Y表示圓的，中間是一扭制芯子，外邊是一至多層編結；N表示扭制的。 名 稱 牌 號 規 格 （直公式或方形邊長）適用極限壓力kgf/cm² 適用極限溫度 （°C） 用 途 XS450 60 450 XS350 45 350 橡膠 石棉 盤根 XS250 3 . 4 . 5 . 6 . 8 10 . 13 . 16 . 19 22 . 25 . 28 45 250 用於蒸汽、石油產品 表5-3 三、墊片材料 墊片是用來充填兩個結合面（如閥體和閥蓋之間的密封面）間所有凹凸不平處，以防止介質從結合面間泄漏。 1、 對墊片的要求 E-mail:[email protected] 26墊片材料在工作溫度下具有一定的彈性和塑性以及足夠的強度，以保證密封。同時要具有良好的耐腐蝕性。 2、 墊片材料的種類和選擇 墊片可分為軟質和硬質兩種，軟質一般為非金屬材料，如硬紙板、橡膠、石棉橡膠板， 聚四氟乙烯等。硬質一般為金屬材料或者金屬包石棉、金屬與石棉纏繞的等。 墊片的形狀有很多，有扁平的、圓形的、橢圓形的、齒形的、透鏡式的以及其他特殊形狀的。 圖5-2為金屬包有石棉襯墊和金屬石棉纏繞式墊片 圖5-3為橡膠制O形圈。 圖5-4為梯形槽式金屬墊片。 圖5-5為密封面凹凸式金屬齒形墊片。 圖5-6為密封面透鏡式金屬墊片。 圖5-5 圖5-6 金屬墊片的材料一般用08、10、20優質碳素鋼和1Cr13、1Cr18Ni9不銹鋼，加工精度和表面光潔度要求較高，適用於高溫高壓閥門。 非金屬墊片材料一般塑性較好，用不大的壓力就能達到密封。適用於低溫低壓閥門。 墊片材料可按表5-4選擇。 E-mail:[email protected] 27表5-4 套用範圍 墊 片 材 料 介 質 壓力（Mpa） 溫度（°C） 厚紙板 水、油類 ≤10 40 油浸紙板 水、油類 ≤10 40 橡膠板 水、空氣 ≤6 50 石棉板 蒸汽、煤氣 ≤6 450 聚四氟乙烯 腐蝕性介質 ≤25 200 橡膠石棉板XB-450 水蒸汽、空氣、煤氣 ≤60 450 XB-350 水蒸汽、空氣、煤氣 ≤40 350 XB-200 水蒸汽、空氣、煤氣 ≤15 200 耐油橡膠石棉板 油類 160 30 08鋼與XB-450充填 蒸汽 100 450 08鋼與XB-350充填 蒸汽 40 350 1Cr13、0Cr13石棉充填 蒸汽 100 600 08鋼與耐油橡膠石棉充填 油類 100 350 銅 水蒸汽、空氣 100 250 鋁 水蒸汽、空氣 64 350 10鋼、20鋼 水蒸汽、油類 200 450 1Cr13 蒸汽 200 550 1Cr13Ni9 蒸汽 200 600 制造閥門零件材料很多，包括各種不同牌號的黑色金屬和有色金屬及其合金、各種非金屬材料等。 制造閥門零件的材料要根據下列因素來選擇： 1、工作介質的壓力、溫度和特性。 2、該零件的受力情況以及在閥門結構中所起作用。 3、有較好的工藝性。 4、在滿足以上條件情況下，要有較低的成本。 E-mail:[email protected] 28第四章 閥門的安裝、維護與操作 正確地選擇了閥門之後，還要正確安裝、維護與操作，這樣才能充分發揮其效能。
