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[ASME] ASME B31.3工艺管道阀门类型

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阿斯米 发表于 7 天前 | 查看全部 阅读模式

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1.闸阀

闸阀是工业应用中最常见的阀门类型。

它通过将一个闸板插入流道来实现功能。闸阀可用于流体方向变化且可反向流动的系统中,因为这种阀门类型具有“双向性”,即无论流体流向如何,阀门的操作和流动特性都是相同的。闸阀应仅用于全开或全关状态,因为这种类型的阀门通常不适合用于节流工况。由于其对流体的阻力极小,因此非常适用于压力降至关重要的场合。
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下图展示了一些常见的闸阀闸板设计。所有这些闸板设计都适用于相同类型的工况,但整体楔形闸板设计不适用于温度变化较大的场合。需要注意的是,“双闸板”闸阀有时也被称为“分瓣闸板”闸阀。
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闸阀的一些缺点如下:
1. 阀杆的完全行程需要手轮转动多圈,而当配备齿轮装置时,所需的转动圈数则更多。
2. 由于行程较长,且需要外部附件来适应这一行程,因此需要更长的空间范围(总长度)。
3. 闸阀的阀体密封面更难加工或修复。
4. 在接近全关位置时,闸板的移动极小或缓慢,这会导致高速流动,进而造成滑动部件的磨损以及密封面的划伤(通常称为“拉痕”)。
5. 整体楔形闸阀存在一个常见问题,称为“热卡阻”。当阀门所在的高温系统仍在运行时,若将阀门紧闭,随后系统 shutdown 并开始冷却,就会出现这种情况。由于楔形闸阀的内部设计,阀座向内移动的量大于冷却过程中闸板的收缩量。这种热收缩的差异会将闸板紧紧卡住,直到系统温度升高到足以重新加热阀门时,闸板才能重新开启。
6. 在温度变化剧烈的系统中,整体楔形闸阀还容易出现阀座泄漏过量的问题,这是由于作用在阀门两端的管道载荷导致闸板与阀座密封面之间的角度关系发生变化所致。
7. 金属密封面闸阀不应用于空气或气体系统,因为它们无法实现这些系统所需的气泡级密封。

2.截止阀

截止阀在工业应用中也极为常见。它通过提升或降低一个圆形阀瓣,使其与设计为匹配阀瓣轮廓的阀座配合来控制流量。截止阀常用作节流阀和截止阀,其节流能力很大程度上取决于阀瓣的设计。在大多数情况下,所提供的阀瓣为“快开”或“半节流”设计,无法实现非常精确的节流。如果需要更好的节流效果,可通过特殊订单获取其他形式的阀瓣,如“线性”和“等百分比”设计,这些设计能提供更优良的节流特性。如果阀门需要用于节流工况,这些阀门操作特性就可能至关重要。截止阀可用于气体系统,且如果阀瓣配备弹性嵌件,就能实现“气泡级密封”。下图展示了一些典型的截止阀阀瓣设计。需要注意的是,V型端口柱塞式阀瓣通常用于精细节流场合,而其他阀瓣则属于快开或半节流类别。
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历史上,截止阀主要用于节流工况。在某些系统流量可能反向的情况下,截止阀被用作截止阀(此时压力作用在阀瓣顶部,有迫使阀门关闭的趋势)。2英寸及更小的小型截止阀可用作截止阀,因为阀瓣下方的力在阀杆螺纹的承受范围内,足以保持阀门关闭。在节流工况下(大多数时间处于部分开启状态),阀门必须配备深填料函,且阀瓣在整个行程中都应得到导向。此外,截止阀还用于需要频繁操作和可靠关断的场合。
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阀门两端的最大压差不应超过上游管线压力的20%,且绝不能超过200磅/平方英寸,除非制造商提供了特殊的阀内件和阀瓣设计。小型截止阀可用作管道或设备高点放空或低点排液接口,以及仪表压力接口的根部阀。带有特殊阀内件的截止阀用于排污或放空系统。

截止阀有多种阀体结构。这些不同结构的一些优点如下:
1. T型(标准型):当需要严格节流时,如控制阀旁通管线,此时压力降不是关注点。这种结构的流量系数(Cv)最低。
2. Y型:当阀门通常全开,且在季节性或启动操作期间需要节流时。这种类型的阀门对流量的阻力很小,可长时间“微开”而不会产生严重的冲蚀。
3. 角型:应用与Y型截止阀类似,但流量系数(Cv)略低。特别适合有脉动流的系统,因为这种阀门结构能很好地应对此类流动固有的“ slugging”效应。

3.蝶阀

蝶阀(也称为耳轴阀)是一种四分之一回转阀门,通过在流道中旋转一个圆盘来工作。这些阀门最初设计为 lightweight、非密封的调节风门。许多此类阀门仍用于这种“非密封”场合,但高性能蝶阀的设计改进使其能够用于高压、高温系统,并实现气泡级密封。
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蝶阀通常在水系统中用作截止阀和节流阀。特别是在ANSI 150和300级的大直径管道系统中,采用弹性密封材料的蝶阀,以及采用金属密封材料的更高压力等级的蝶阀,不太适合用作截止阀。小尺寸蝶阀用于空间有限,无法安装尺寸较长的阀门的管道布置中。

除了在大尺寸阀门中具有价格优势外,蝶阀在重量上也有明显优势。以下是ANSI 150级对夹式蝶阀的典型重量对比:
蝶阀 = 53磅
球阀 = 158磅
闸阀 = 310磅

蝶阀属于“流量敏感型阀门”,因为其阀瓣运动不受导向,且其操作性会受到来流湍流的影响。蝶阀靠近某些管道部件安装可能会放大正常的动态反应。例如,泵出口的速度分布不对称。当安装在立式轴离心泵出口时,产生的流体动力扭矩可能是上游有直管段的阀门的两倍。施加在阀瓣上的偏心力会产生过度振动和“阀瓣颤动”,最终导致阀门完全损坏。

蝶阀可用于节流工况。然而,在节流应用中,阀门的主要问题是气蚀。建议的流量控制范围在阀瓣开启30°至80°之间,但节流操作需要单独研究。节流性能的可接受性还可能取决于阀门在管道中的位置,以及阀门是自由排放还是排入封闭系统。

4.球阀

球阀是另一种四分之一回转阀门,由一个高度抛光的球形阀瓣组成,阀瓣中心钻有一个开口(端口)。球体被夹在两个阀座环之间,阀座环通常由相对较软的材料(聚四氟乙烯、氟橡胶、三元乙丙橡胶等)制成。阀门操作包括旋转球体,使端口与流道对齐以开启阀门,或使球体的实心部分与流道对齐以关闭阀门。
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所有配备两个阀座环的二通球阀都是双向的,流体可以从任一端进入,而不会影响阀门的功能。然而,单座阀有一个“首选”入口,因此被归类为“单向”。使球阀成为单向的另一种情况是,当阀门为三通、四通或五通设计时,流体必须进入指定的端口才能将流向转向既定方向。由于多通球阀的球瓣内部加工过程复杂,需要更急剧的转弯,因此与传统的二通阀相比,必然会产生更大的流动阻力。

球阀用作相对清洁的流体系统(如空气、水和气体)的气泡级密封截止阀。这种阀门之所以受欢迎,是因为对于给定的管线尺寸,它的占用空间非常小,而且从关闭到开启只需四分之一回转。

5.旋塞阀

旋塞阀与球阀非常相似,不同之处在于它使用带有椭圆形或圆形端口的圆柱形旋塞,而不是带有端口的球体。旋塞阀在各种流体系统中用作气泡级密封的开关阀,包括空气、气体、油或油混合物以及液体浆料。
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由于旋塞的密封方式不会形成“污垢陷阱”或可能积聚沉积物的内部凹腔,旋塞阀在上述系统中能够成功处理悬浮的灰尘、污垢或其他 gritty 污染物。

这种阀门的独特之处在于,在关闭位置旋转旋塞时能自动“擦除”积聚的沉积物,实现“自清洁”,这使得它非常适合用于受污染的系统。

旋塞密封通过两种方法之一实现:(1)将密封剂压入阀端口周围的机加工通道中;(2)使用弹性衬套或套筒,将机加工的锥形旋塞压入其中。密封剂还起到润滑剂的作用,通常可用于工作温度高达650°F的系统。弹性材料(通常是弹性体)受套筒材料的温度额定值限制。在诸如去离子水等需要监测电导率且不应接触污染物的系统中,不应使用润滑旋塞阀。

节流不应是旋塞阀的主要功能。然而,如果节流精度不重要,非润滑旋塞阀如果配备有将旋塞保持在“设定”位置并防止其“漂移”至关闭位置的装置,则可以使用。润滑旋塞阀不应用于节流,因为靠近端口开口的密封剂槽会暴露在流道中,大量密封剂会被系统流体的流速“冲走”。

圆柱形旋塞阀,特别是带有圆形端口的旋塞阀,许多制造商都不生产,因此选择这种类型的阀门必须基于特定的系统要求。

6.止回阀

止回阀自动工作,允许流体单向流动,防止任何反向流动。这些阀门通常不会显示其设置状态,也不会发出其状态的警告。这些阀门也称为单向阀,通常不用于提供紧密关断功能。止回阀有许多类型和配置。一些较常见的类型包括:旋启式止回阀、升降式止回阀、倾斜盘式止回阀、折叠盘式止回阀和截止止回阀。不同的工况可能需要不同类型的止回阀。选择止回阀时,重要的是要考虑使止回阀完全开启所需的流速、流量反向时的关闭时间以及其他操作特性。许多此类信息特定于特定阀门,仅可从制造商处获得。

6.1 旋启式止回阀

旋启式止回阀应用广泛,因为大多数系统的流动条件(流速和压力)都在其推荐的可接受范围内。阀体结构有T型、倾斜型或Y型以及对夹式。大多数这些阀门在顶部或靠近检修口处有“旋启”或铰链。旋启式止回阀(对夹式除外)通常可从顶部检修阀内部,以便更换零件或修复阀座。
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旋启式止回阀的阀座材料因服务要求而异。密封可以是金属对金属或金属对弹性材料,并且可以是整体式或可更换式。密封角度从0°到45°不等,有两个作用:

1. 阀座角度越大,阀瓣行程越短。因此,更快关闭的阀瓣也可能减少水锤的危险。
2. 当带有垂直阀座(0°角)的旋启式止回阀安装在水平管道中时,轻微的倾斜可能导致阀门悬开。5°至7°的阀座角度通常可以解决这个问题。

由于阀座对准问题,密封面有较大的接触面积。旋启式阀瓣在整个行程中无导向,依靠铰链动作,而铰链动作必须保持相对较松的公差,才能实现最佳的密封效果(中等程度的密封)。阀瓣与阀瓣支架或枢轴臂的连接松动,允许阀瓣在湍流流动下旋转。这种旋转在某些情况下导致阀瓣与其支架分离。工程师可能需要特别强调支架的阀瓣连接细节和紧固方法。

重要的是,工作条件要确保阀瓣保持在完全开启位置,以防止阀瓣颤动损坏阀门。旋启式止回阀在流量反向时有“ slam”关闭的趋势,这会缩短密封面的寿命和密封性能。一些制造商提供了诸如外部杠杆等选项来控制阀瓣的行程时间。

6.2 升降式止回阀

升降式止回阀是另一种广泛使用的止回阀。它比旋启式止回阀更通用,因为某些设计适用于脉动流,并且通常可用于更高流速的系统。其密封结构与截止阀类似,阀瓣行程有完全导向,密封面为点接触,因此比旋启式止回阀的密封性能更好。
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阀体结构与截止阀相似,流动损失特性也相似。升降式止回阀的阀瓣有活塞(或提升阀)和球两种形式。球形升降式止回阀通常用于高粘度流体,在这种流体中,低流速不会导致球过度旋转。

6.3 倾斜盘式止回阀

倾斜盘式止回阀旨在在旋启式止回阀和升降式止回阀之间取得平衡。这种阀门的主要特点是减少了流量反向时阀瓣的 slam 效应,并且行程很短,因此关闭速度快。这种类型的止回阀通常可检修内部以进行维护。
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6.4 折叠盘式止回阀

折叠盘式止回阀(也称为分裂盘式止回阀)采用在流道中间折叠的阀瓣来允许流体通过。这种类型的止回阀因其节省空间和关闭速度快的特点而被使用。与其他类型的止回阀相比,提供这种阀门的制造商相对有限。它几乎可以安装在任何位置,因为它使用一个正向力(通常是弹簧)来提供关闭力。
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这些阀门有多种密封材料选项,包括弹性材料或金属对金属类型,并为各种服务(包括空气或气体)制造。折叠式止回阀的一个优点是没有内部紧固件会松动并导致阀门功能故障。

6.5 截止止回阀

截止止回阀结合了止回阀的正常自由操作功能,还具有提供临时截止阀功能的额外能力。为实现这一点,它们配备了一个螺旋下降的阀杆,该阀杆不固定在阀瓣上,但可以将阀瓣保持在关闭位置。这种阀门有旋启式止回阀和活塞升降式止回阀两种类型。
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这些阀门必须配备阀盖,以容纳在阀杆周围提供动态密封所需的填料函。这就需要对阀杆、填料等材料进行额外考虑。
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评论5

ZZCSJVLv.8 发表于 前天 21:17 | 查看全部
ASME B31.3工艺管道阀门类型         
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glguoLv.5 发表于 昨天 21:19 | 查看全部
学习ASME B31.3工艺管道阀门类型
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Self-relianceLv.10 发表于 5 小时前 | 查看全部
什么是 ASME B31.3?
ASME B31.3,正式名称为:

工艺管道

它是ASME B31工业管道标准系列的一部分。该标准全面涵盖以下内容:

工艺管道设计

材料选择

施工和安装方法

焊接和无损检测

水压试验和气压试验

最低安全要求

管道系统的允许压力和温度

ASME B31.3 用于在高压、高温、腐蚀或风险条件下发生流体运动的装置中。

ASME B31.3 标准的历史
ASME B31 标准制定于 20 世纪 20 年代,旨在为工业管道设计制定统一规则。后来,又针对工艺管道、发电厂、气体输送、设施等各个领域制定了不同的章节。

ASME B31.3 标准的新版本大约每隔一到两年发布一次,其中包括:

压力设计修改

新的焊接方法

添加新材料

更新应力系数

新的安全标准

最新发布的版本通常是行业标杆。

ASME B31.3标准的适用范围
本标准适用于输送下列流体的所有系统:

高温气体、蒸汽和液体

腐蚀性液体

易燃易爆材料

有毒物质

高压流体

工艺化学品

炼油厂、石化厂和化工联合企业管道

简而言之:
ASME B31.3 适用于输送危险或工艺流体的任何类型的工业管道。

但是,该标准不包括以下内容:

城际输电管道(ASME B31.4 和 B31.8)

建筑给排水(ASHRAE 和 ASME B31.9)

液压系统(SAE)

ASME B31.3 中的服务分类
ASME B31.3 标准根据风险和敏感性水平将管道服务分为几个主要类别:

1. 正常液体服务
该级别最常见的服务类型
是低至中等危险性液体,适用通用标准 B31.3 的要求。

2. D类流体服务(D类服务)
低危险性和低压流体:

压力低于 150 psi

温度介于 -29 至 186 °C 之间

无毒且不易燃的材料

对于这项服务,设计和测试要求都比较简单。

CLok 高压球阀

3. M类流体服务(M服务)
对于剧毒的极度危险液体,
即使少量接触也可能致命。

这项服务的要求非常严格。

4. 高压流体服务 (HPFS)
对于极高压系统,
其设计必须基于特殊公式和严格的测试。

5. 高纯度管道
对于一些敏感行业,例如:

药店

食品工业

半导体

该项服务对焊接和清洁要求非常严格。

ASME B31.3 允许使用的材料
标准 B31.3 列出了一系列可用材料:

常见金属
碳钢(A106、A53)

合金钢(A335)

不锈钢(SS304、SS316)

双相钢

镍及镍合金



铜及铜合金

非金属
热塑性塑料(PVC、PE、PP)

玻璃钢(FRP)

橡皮

陶瓷制品

每种材料的容许应力标准基于以下因素:

温度

压力

爬行

屈服应力

具体说明。

ASME B31.3 管道设计
管道设计是该标准中最重要的部分之一。



1. 管道壁厚计算(压力设计)
本节中最重要的标准关系:

t=PD2(SEW+PY)t = \frac{PD}{2 (SEW + PY)} t = 2 ( SE W + P Y ) P D

在哪里:

t:所需厚度

P:设计压力

D:外径

S:允许应力

E:焊接系数

W:施工质量因素

Y:内部压力系数

该公式确保管道能够承受内部压力。

2. 柔性设计(柔性分析)
为避免热应力,分析应使用以下软件进行:

凯撒二世

AutoPIPE

启动工厂

待办事项。

重要因素:

热伸长

牙套

支持

固定点和滑动点

蠕变和疲劳

3. 允许应力
应力不应超过 ASME B31.3 规定的允许值:

压力引起的压力

体重带来的压力

热膨胀引起的应力

振动引起的应力

4. 配件和连接件
以下各项的选择必须符合标准:

护膝

三岔路口

减速器

法兰(ASME B16.5)

阀门

ASME B31.3 焊接规范
本标准规定了精确的焊接要求:

最重要的包括:
焊接工艺规程 (WPS)

焊接工艺评定 (PQR)

电极和填料的选择

无损焊接检测(VT、PT、RT、UT)

预热要求

焊后热处理(PWHT)

在 M 服务等敏感服务中,焊接控制要严格得多。

根据 ASME B31.3 进行检验和测试
检验是该标准中最重要的组成部分之一。

1. 水压试验
最常用的检测方法:

测试压力 = 1.5 × 设计压力

至少保持10分钟。

没有泄漏

2. 气压试验
在某些情况下,它可以代替水浸试验:

压力 = 1.1 × 设计压力

比水压试验更危险

需要更多安全措施

3. 无损检测 (NDT)
在不同层面上:

目视检查(VT)

渗透染色试验(PT)

磁粉检测(MT)

放射线照相术(RT)

超声波(UT)

无损检测的数量根据服务类型而定。
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明月照积雪Lv.7 发表于 4 小时前 | 查看全部
ASME B31.3工艺管道阀门类型
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whngomjLv.8 发表于 3 小时前 | 查看全部
ASME B31.3工艺管道阀门类型
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