閥門的種類和選用簡介
1.前言
閥用于管路系統中,處理液體之控制裝置,選擇閥的一步驟是了解各種閥之功能及我們所希冀的閥,在裝妥之后能完成我們所托付的任務與功效。
2.閥之分類
(1)閥依其功能,分類如下:
A.開關閥類:閘閥、塞閥、球閥。
B.節流閥類:球型閥、針閥、角閥、碟型閥、隔膜閥。
C.止回閥類:擺動、升降及雙片式逆止閥,底閥。
D.壓力控制閥類:減壓閥、釋壓閥、安全閥。
E.特殊閥類:
a.取樣閥
b.流量控制閥
c.排放閥
d.其它各式樣閥
(2)依材質分類
A.非金屬閥類:PVC、塑膠(鋼)、特氟龍等。
B.金屬閥類
a.鐵金屬:鐵、鋼、不銹鋼、合金鋼等。
b.非金屬:鋁、銅等。
(3)程方式分類
A.鑄造閥類:砂模、殼模、脫臘模、壓鑄等造模法,生產之閥類件。
B.鍛造閥類:由模鍛或自由鍛或丸(方)材值接加工,生產之閥類件。
C.焊接制造閥類:體、蓋分別由若干部分組合焊接制造而成,此類閥注意焊接程序規范及其鑒定(WPS與PQR)。
D.射出成型閥類:一般用之于PVC、塑膠待非金屬閥類之制造。
3.各類閥之特性
(1)閘閥(GATE VALVES)
閘閥是為了于一管線上某一部位系統需要“全開、全關”控制且流體流過僅能以微少之壓力降產生時而設計使用的。當一系統中某一部份需予隔離,而不須考慮流體節流(THROTTING)的控制時閘閥是非常理想而適合的。因當節流使用時,則流體會產生高速流經門座,而造成流體之沖蝕門、座及殼體(產生拉絲現象),或引起震動而損傷。
(2)球型閥(GLOBE VALVES)、角閥(ANGLE VALVES)、針閥(NEEDLE VALVE)
球型閥因球體有球柱狀的外形而稱之,主要是為須緊閉,經常開關及當流體須控制流量之節流作用而設計,其主要特點是有效的節流,使拉絲現象減到較少因而減少閥門及閥座之浸(沖)蝕,但因閥座是平行于流線,流體流經該類閥座時流向之改變,將在閥中產生擾流,以及降力的下降,僅適合不荷求因壓力降所造成揚程失時,方可使用。
角閥的結構,特性是由球型閥修正而來,僅是出口與進中成90度直角之區別。
針閥亦是由塞式球型閥修正而來,閥塞為細長型有錐度的針狀,特別適用于低流量范圍的流量控制。
(3)逆止閥(CHECK VALVES)-----擺動式(SWING TYPE)、升降式(LIFT TYPE)、斜盤(門)式(TILTING DISC)、雙片式(DUALPLATE)、底閥(FOOT VALVES)。
此類閥其作用為容許流體朝一方向自由流動,而限制其反流動,當流體通過系統時的壓力,把閥門開啟,任何流體的反向,會把閥門關閉,關閉的完成,是賴止回機構的重量或賴反壓,或賴彈簧或賴以上幾種的組合。
(4)球型停止逆止閥(GLOBE STOP-CHECK VALVES)
止閥類似3.3項之升降式逆止閥,但加裝閥桿及手輸(或別的輔助操作裝置)做為流體之關斷及止回用,止閥不能以任何機械傳動方式打開,只靠上游流體壓力將閥門升舉,離開閥座面。
(5)塞閥(PLUG VALVES)
此閥由插入閥體中之閥塞(門),為一具有錐度中間開槽的塞件而得名、結構簡單屬古老型式之閥,由全開至關只須轉90度即可、閥塞(門)之流口可為任何尺寸與形狀,也可作成多孔型式來配合三或四條管線連接,而能有不同的流向組合。一般用于全開或全關,不作節流使用(除非開口特殊鉆石形狀并經處理過)。
(6)球閥(BALL VALVE)
球閥是由塞閥修改而來,以球塞代替柱塞,來控制液體、閥塞(門)內通道截面積,則與配合管線的管徑相同,流體作直線通過閥體,且吸有微小之壓力降?,F一般均使用PTEE、EPDM等材料,為閥座,因此,氣泡密封性佳。且改良為防火及防靜電之安全設計,被廣泛使用,但因閥座為PTFE材質,其使用溫度一般受限于250度以下。
(7)蝶形閥(BUTTERFLY VALVES)
此閥的構造,是根據管子擋扳的原理,其流動控制元件是一有傾角的盤(門)(其材質可為金屬或金屬外緣包上塑膠、特氟隆等),圓盤固定在心軸上,并以能旋轉的心軸來控制開閉(開、閉只須90度之旋轉),閥座可為金屬、橡膠、特氟隆等材料,而固定于閥體壁上,此閥構造簡單,其閥體為薄餅(WAFER)型、重量輕,不占空間適合于節流及開閉之用。尤其用于大流量之控制(不適用于小流量)。
(8)隔膜閥(DIAPHRAGM VALVES)
此閥實際上不過是“鉗夾”的閥,一個彈性的,可擾的膜片,用螺椿連接在壓縮件上,壓縮件是由閥桿所操作而上下移動,當壓縮件上升, 膜片就高舉,而造成通路,當壓縮件下降,膜片就壓在閥體堰上(假使為堰式閥)或壓在輪廓的底部(假使為直通式),此閥適用于開關及節流之用。
隔膜閥是特別適用于運送有腐蝕性,有粘性的流體,例如泥漿、食品、藥品、織維性粘合液等,因管線中,此閥的操作機構,是不暴露在運送流體中,故不具污染性,也不需要填料,閥桿填料部也不可能會泄漏。
(9)安全閥(SAFETY BALVES)、泄壓閥(RELIDF VALVES)、安全、泄壓閥
工廠中,使用高溫、高壓氣體的機會相當大,尤其在電廠、化學工廠,由于壓力異常而造成塔槽、鍋爐、管線等壓力容器、設備被破壞而生泄漏,火災或爆炸的機率相當高,為了防止此類意外事故之發生,使制程穩定操作,依美國機械工程師協會(ASME)之規定,必須在所有高壓設備均裝設此等安全排放裝置之閥類。
此類閥之構造類似角閥,依其作動方式之不同可分為彈箕負載式(SPRING LOADED TYPE)及輔助閥作動式(PILOT OPERATED TYPE)?;旧鲜且懒ζ胶夥绞阶鲃友b置。一旦閥盤(門)所受之壓力大于彈箕或輔助閥之設定壓力時,閥盤就會被此壓力推開,其壓力容器內之氣(液)體會被排出,以降低該壓力容器內之壓力。
安全閥須設計成有全開急泄的作用,其容量超壓以及沖放必須受ASME法規的規定。
泄壓閥,設計成在初壓力增加時,閥慢慢開啟,且沒有法規作依據,亦不必需立刻開啟到全開位置,但壓力增加時,它要繼續不斷的開啟。
(10)冷凍閥類(CRYOGENIC VALVES)
用于在冷凍場所之運送液化氣體(氧、氮、氫、氦)通常是用青銅或300系列不銹鋼材質制成,閥的形式,可以是閘閥、球型閥、球閥、針閥、碟形閥等,該閥類異于上述各普通閥類之處理,其一是有延伸式閥蓋,如此設計,是要有一足夠之氣室,防止閥桿填料凍結,而影響操作與密封性,及減少了通通閥桿的熱泄漏,也在管線與手輸之間,提供了絕熱的空間,其二是在雙閥座之密閉式空穴內在關閉時,必須考慮排泄掉入之液化氣體,避免汽化時產生過高之壓力。
(11)其它特殊閥類,列舉如下,不作一一介紹。
A.取樣閥
B.底槽沖冼閥
C.減壓閥
D.反壓調整閥
E.電磁閥
F.控制閥
4.閥之選用要點
選用適宜閥類需依下列程序,逐一檢核,如此被選取用之閥才能符合其功能,執行所交付之任務。
(1)閥之特性與主要執行功能
了解各類閥之特性及其執行功能,為選用合適性閥類之第一步驟,其各類閥之特性,分類及主要執行功能前面第2、第3節已述及,現歸納整理為表一、表二、供其選用參考。
(2)口徑或流(容)量“表三所示”
A.閥之公稱直徑,與流道之直徑不一定一致,其選擇之大小,由輸送流體之條件算出需求Cv值,然后由Cv值(參考制造廠商目錄)選定適合閥之口徑。
B.Cv值之定義為在華氏60度下之水流經閥后,其壓力降在1時,其每分鐘測得之美國侖,即為該閥之Cv值。
C.Cv值可以計算出流經該閥之流量(Q)。
Q=CvΔP=7.9Cv
P=液體的密度,LB/FT3
ΔP=通過閥之后的壓力降,PSI
(3)溫度VS壓力
閥的“溫度VS壓力”是指閥在某一定的溫度下所規定的允許且安全的壓力(但此壓力為在沒有沖擊下的最大允許壓力)?!叭绫硭乃尽?
5.閥之結構材料
閥類結構上材料的選擇,在閥之功能壽命上可說重要,然一般閥之結構材料主要區分為二大類:
A.壓力主體材料:閥體、閥蓋、底蓋、螺栓等。
壓力主體材料選擇所考慮之主要因素:
a.流體之溫度、壓力:
A)高溫使用:金屬材料一般在高溫環境中,其抗拉強度與壽命隨溫度之升高而有所降低,其潛變之強度亦有所影響。
B)低溫使用:金屬材料在低溫之使用場合中,其破壞之韌性急劇降低產生低溫脆性的現象。
b.材料之腐蝕抗性:
閥結構金屬發生腐蝕之原因:
(A)流體之種類(B)濃度(C)溫度
腐蝕損害之形式:
(A)均勻腐蝕(B)孔蝕(C)脫鋅和剝離(D)晶粒間腐蝕(E)破裂
c.材料之沖蝕抗性:
通常耐沖蝕材料必須具備以下之特點:
A)強大的氧化被膜材料
B)降伏點、耐力之材料
C)疲勞界限高之材料
D)硬度值較高之材料
B.主要配件材料(TRIIM):閥門座面、閥座座面、閥桿、導套及內部小零件等
主配件材料選擇所考慮之因素:
a)流體之溫度
b)材料腐蝕抗性
c)材料沖蝕抗性
d)材料之抗磨損與抗黏滯性
6閥蓋形式
一般閥蓋與閥體結合方式,有下列數種,依閥之尺寸,使用狀況,溫度壓力及泄漏造成的危險性等條件,供其評估選擇。
A.鎖牙結合式(SCREWED BONNET)
B.螺栓結合式(BOLTED BONNET)
C.圍焊結合式(SEAL WELDED BONNET)
D.壓力密封式(PRESSURE SEAL BONNET)
E.由令結合式(UNION TYPE)
7閥結構特殊需求
依使用溫度,場所不同,而有所特殊的要求列舉如下:
A.防火與防靜電設計——在球閥設計時與使用須特別注意。
B.延伸式閥蓋設計——應用于冷凍閥、輸送液化氣體。
C.噪音與空蝕之限制——尤其應用于控制閥設計與使用之特別考慮。
D.防填料泄漏之伸縮囊之引用設計——須封閉不外場所考慮。
8操作方式
一般限于安裝環境、操作、運轉條件或次數,而有電動、氣動驅動裝置之考慮,且因電腦之應用普及,現及發展至整個系統制程之連線與監控,無須人為驅動。但因于輪或加裝齒輪減速裝置之經濟性與耐用性,仍大部份被人所樂意采用。