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燃气阀门的材质选用、结构造型、工况选型

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随着中国环境意识的加强和能源结构的改变,我国城市燃气事业有了长足的发展,燃气种类从单纯煤制发展到多种气源并举,九十年代后期,中国天然气资源的连续开发、建设和利用,促使中国城镇天然气发展进入了一个新的时期。

天然气输配储存的压力相对人工制燃气高,在人口密集的城镇中安全储存和输送是极为重要的。试想如果因燃气阀门选型不当或质量不佳,以至引发的泄漏、停产事故,轻者影响社会正常生活、生产,重者给国家、人民生命财产带来重大损失。因此笔者认为:阀门是燃气输配、存储系统安全运行和检修、改造、发展必不可少的重要设备,从事燃气行业的领导和技术人员对燃气阀门的选用必须引起足够的重视。本文将对燃气阀门的材质选用、结构造型、工况选型和有关标准提出看法,仅供燃气行业工程选型参考。

中国燃气阀门现状

上世纪八十年代以前,没有燃气专用阀门,只能沿用水阀门。改革开放以来,经济建设的发展促进了燃气制造业的发展,阀门生产厂家注重了研伟燃气专用阀门,当时主要从结构的设计上来克服煤制气中含有较多的杂质,尤其是焦油、芳香烃和粉尘混合形成的"煤气胶"影响阀门密封或"咬死"阀杆的问题。天然气的开发和应用,使燃气的性质发生了变化。天然气较煤制气洁净干燥,但含有砂粒质粉尘,压力也较煤制气高(煤制气压力一般在0.05~0.3MPa,天然气一般在0.4~1.6MPa甚至更高)在高压力作用下砂粒粉尘将对阀门内腔形成较强的冲刷作用,多种气源工况条件下,因此如何在城镇市区、门站、储存设备、地下管道上选用燃气阀门是摆在我们面前的新课题。

安装在地下管网上的阀门应满足的要求

要有足够的"强度"和"刚度"--"强度"是阀门应能承受管线内输配燃气的zui高压力,更重要的是必须具备足够的"刚度"即在承受地下管网受到各种外力情况下仍能保持阀门不发生变形,可靠保证阀门的密封性能:

1、尽可能降低阀门的结构高度(指阀门流通断面中心线到阀顶的高度)以减少埋管深度;

2、阀门顶部应装有全封闭的启闭指示器,便于操作者随时看清阀门所处状态,是安全操作的重要条件;

3、全通径设计,降低流阻,便于通过管道清扫器或管道探测器,还应满足不停输封闭式开孔机在管道上开孔;

4、可靠的密封性能,CJ3055《城镇燃气阀门的实验与检验》标准规定:软密封阀门在1.1倍公称额定使用压力下不允许有任何察觉的内泄漏、硬密封阀门在1.1倍公称额定使用压力下允许的内泄漏量小于0.3DNmm3/s,这个要求是比较严格的,例如:500mm公称通径的燃气阀门每分钟的内泄漏量不能大于9毫升(普通饮水杯的容量是200毫升)至于外泄漏是不允许的;

5、使用于地下管网的燃气阀门的壳体要耐腐蚀,建议根据管线的输送介质和使用压力采用不同的壳体材质;

6、阀门的零部件设计应考虑采用少维护、免维护结构,尽可能减少检修保养的工作量,减少因阀门检修保养而封闭道路,影响交通;

7、地下管线阀门绝大多数为人力启闭,要求阀门的启闭扭矩小,全程转圈数不能太多,事故发生后能够尽快切断气源;

8、我国城市道路地下各种管线拥挤,错综复杂,不宜开挖地下室窨井,因此推荐直埋式阀门。

燃气阀门的阀体材质选用

根据燃气管线的使用压力合理选用阀门壳体材质,既宫满足管线的安全运行又能达到减少造价,物尽其用的目的。

1、中压B级(0.2MPa)以下的输配管线,建议采用灰铸铁制阀门,其zui大的优点是防腐蚀性能好,而且价格便宜,非常适用于地下管线;

2、中压A级(0.4MPa)以下,甚至于高压B级(0.8MPa)以下,建议选用球墨铸铁或铸钢制造,侧重推荐选用球墨铸铁。例如:球墨铸铁牌号QT400--18与铸钢牌号WCB相比较,前者的机械性能不亚于后者,而防腐蚀性能和铸造工艺都优于铸钢,价格也低于铸钢(一般是铸钢的70%左右)因此球墨铸铁阀门的整体性能和价格都优于铸钢阀门,在上述压力范围内尽可选用球墨铸铁阀门,但是特别要注意对球墨铸铁材质质量的监控;

3、在高压A级(1.6MPa)或压力级别更高的地方,建议选用铸钢制阀门,制造4MPa压力级别以下的阀门一般选用WCB牌号;

4、最近几年,各地煤气公司开始使用PE管,PE管目前使用于0.4MPa压力级别以下。

PE球阀也已问世,该系列球阀可直埋,密封性能较好。但是目前PE球阀价格较高,尤其是大于100mm通径以上的球阀。

中国燃气行业目前使用的几种燃气阀门简介

1、油密封式旋塞阀

上世纪八十年代,我国燃气主要是人工煤制气,人工煤制气中有较多的杂质和"煤气胶",原来传统使用的单闸板契式水闸阀越来越不能适应燃气工况的需要,这类阀门普遍存在"关不严"和阀杆咬死的问题,燃气用油密封式旋塞阀,解决了关不严和阀杆咬死的问题。其主要技术特点:采用硬密封结构,使其具有刮胶作用;密封面与煤气杂质不接触,腔内无阀杆,不存在阀杆咬死的问题:专门研制了抗煤气介质侵蚀的密封油脂和O型圈,提高了旋塞阀性能。

但是,油密封式旋塞阀也有其弱点,

一,不与管线同通径,是管线流通面积的75%左右,增加了流阻和涡流,也无法通过清管器;

二、启闭阀门前需加注油脂,给使用者带来不便;

三、公称通径一般为DN300以下,DN400以制造难度较大,DN600以上太重用户不欢迎;

 

2、燃气用平行双闸板闸阀

随着燃气事业的发展和煤气厂的纷纷建立,需要较大甚至特大公称通径的燃气专用阀门,燃气用平行双闸板闸阀针对人工煤气形成的问题给予一一解决,最大通径达1600mm。

一、平行双闸板闸阀在启闭过程中能刮去密封面上的"煤气胶",解决了煤气杂质黏附在密封面上影响阀门密封的大问题;

二、装有阀杆保护套,使阀杆不受"煤气胶"的侵蚀;

三、阀门下部带有排污孔侧盖,可以清扫落在阀腔底部的垃圾;

四、全通径设计流阻小,又能通清管器;

五、阀体采用特殊设计的"鼠笼框架式加强筋"减轻了阀门总体重量,增强了壳体强度和刚度;

六、RZ系列燃气闸阀壳体选用灰铸铁制造,价格低廉;

七、该系列闸阀带有全封闭的启闭指示器,使操作者清楚了解阀门所处状态。

3、蝶阀

蝶阀相比上述几种阀门轻便,口径大,价格较低,八十年代初期部分煤气公司曾一度采用蝶阀,经过十年左右的使用,普遍认为效果不好。

一、蝶阀的密封付隔离宽度太窄,容易造成阀瓣关闭过程中过头或不到位,影响密封;

二、阀瓣在阀腔中部,流阻大,不能通过清扫器;

三、由于密封付中-部分是橡胶或聚四氟乙烯,在气体冲刷中易损坏或脱落,使用年限短。实践证明除特殊位置,燃气管线上不宜采用蝶阀。

4、平板闸阀

平板闸阀是燃气管道近年来才开始使用的通用阀门,全通径时流阻小,两边的密封由聚四氟乙烯或橡胶O型环压紧在闸板上形成,这种阀门在全关或全开时不能做到中腔无气,不便于用户抢修时迅速判断阀门是否关严,要达到中腔无气则启闭扭矩会迅速增加;有些厂家制成缩径的,列如DN200口径,内径只有150mm,用户特别要注意。因此这种平板闸阀适用于压力级制较低,公称通径较小的场合。

5、弹性密封燃气闸阀

弹性密封燃气闸阀是区别于平板闸阀的一种燃气专用阀门。该阀的特点与固定球球阀的弹性阀座结构相似,闸板两边密封座圈采用弹性浮动式结构,密封面在启闭及启闭过程中始终紧贴在一起,而且能补偿密封付的磨损,适用于高压力级制的场合;该阀在全开、全关时阀腔内可达到无气,即使放散完阀腔中剩余的燃气,阀腔内仍无压力,使用者可放心在阀门下游管道施工,大大缩短了施工前的停气准备工时。

弹性密封燃气闸阀的连接形式有法兰式和焊接式两种,法兰式是传统的连接方式,焊接式可将阀门与管道直接焊接,节约铺管费用;两种阀门均可直埋,避免了不必要的窨井,给施工带来了方便。

弹性密封燃气闸阀全开时,似管线同通径的一段管道,流阻极小;且所有密封面暗藏,不与介质接触,对人工煤制气来讲,"煤气胶"不可能黏附在密封面上,对天然气来讲粉尘砂砾冲刷不到零部件上。

总而言之,弹性密封燃气闸阀适用于燃气管线,特别适用于地下燃气管线,从国外考察的情况来看,许多国家的天然气管线上都采用弹性平板闸阀,同公称通径弹性平板闸阀与球阀相比,都有防火功能,而价格比球阀低30%左右,使用效果相同。TRZ系列弹性密封燃气闸阀的缺点是结构高度较大,有4个公称通径的高度,因为埋在地下,管线中轴线上面的高度与通常闸阀相同,其缺点还不明显,主要是下半部高度较通常闸阀大-些,施工时埋设深度大些,但-般不影响管线铺设;

6、球阀

球阀是因其流阻小、结构高度小、密封性能好等优点而得到广泛应用,近年来得到迅速发展。球阀有两种,一种是浮动球阀,即球体在阀腔内可浮动,依靠两端的密封座压紧球体而稳定。这种球阀只能用于公称通径较小(150mm以下)或压力级制较低(0.8MPa以下)的场合,否则启闭扭矩会很大,给使用者带来困难。

在公称通径大于DN200或压力级制较高的场合,需用固定球结构,固定球阀在阀门全关时,压在球体上的作用力传递到上下两个球体支撑轴上,大大减少操作力矩,压力增加而扔矩不会明显增加,便于操作者使用。

固定球球阀是专门为燃气行业设计制造的,该阀结合了国内外各类球阀的特点,再根据中国国情开发研制,适用于燃气长输干线、城市燃气设施。该阀除具有一般球阀的优点外还有明显的特点。

一、耐火性,火灾高温烧毁密封座上的聚四氟乙烯材料后,金属密封座及各个密封部位均能形成金属对金属的密封结构,阻止燃气介质扩散,防止灾情继续扩大;

二、防静电,球阀在启闭过程中形成的静电极易点燃燃气,该球阀将静电导入地下,确保设备安全;

三、限位加锁,球阀是旋转机构,容易造成360度旋转,除了有限位机构外再可加锁,防止操作人员误操作或非操作人员擅自操作而引发的事故;

四、球阀阀杆密封设计有防阀杆冲击装置,并采用特殊O型圈密封,力矩比同类球阀小,操作轻便,启闭快速。

几种特殊用途的燃气阀门介绍

1、调压器用紧急切断阀

调压器用紧急切断阀是燃气输配系统中的重要安全保护装置。紧急切断阀是在截止阀上位或侧位安装紧急脱扣机构,也有与调压器本体连成一个整体,也有与过滤器连成一个整体,其作用是在调压器失灵,造成超压或失压后紧急关闭气源,保证安全。天然气在城市中的大量使用,提高了管网压力级制,调压器的失灵将给城市带来灾难性的后果,国内燃气行业对此越来越重视。国内选用的产品还没有形成一定的趋向,进口的、合资的、国产的,良莠难分,选用需谨慎。RAQ系列燃气紧急切断阀是与过滤器连为一体,结构新颖紧凑,灵敏度高,能在设定的超压(300mm/H2O)和失压(180mm/H2O)迅速切断调压器气源,确保用户安全;

2、燃气紧急切断阀

燃气锅炉、燃气空调、燃气设备在发生燃气泄漏或其他灾情时,紧急切断阀快速切断燃气来源,防止灾情扩大。目前燃气紧急切断阀在国内还没有普及,随着环保意识和安全意识的加强,以及燃气事业的发展,燃气紧急切断阀必定会得到人们的重视。燃气紧急切断阀是保障安全性质的阀门,与自动化监控设备连机,执行关阀指令,因此燃气紧急切断阀都是电动阀门,据现有资料反映该类阀门有两大类型,一类是电磁阀,一类是电动阀。由于燃气紧急切断阀要求高,主要是快速、密封、流阻小、口径规格安等,现有的电磁阀、电动阀都有一定的缺陷,不能满足其所有要求。下面对这些阀门逐一进行分析:

一、电磁阀,目前大多选用进口电磁阀,电磁阀速度快,但是流阻大,是截止阀中流阻最大的,压力损失大,而且口径小,大口径的电磁阀制造困难,一般只能做到DN150以下,价格昂贵,如配备大口径的电磁阀以满足通径要求,技术经济比指标就很差。有些电磁阀是靠电磁场吸住开阀,一旦失电,哪怕瞬间失电阀门就关闭,不符合工况实际。脱钩式电磁阀,通电脱钩关阀,灵敏度很高,速度很快,因为用直流低电压,有一点干扰或电源"晃动"就会产生误动作,影响正常生活和生产;

二、电动蝶阀,价格较低,容易做成大口径,启闭速度较闸阀快,较电磁阀慢;流阴较电磁阀小,较闸阀大;密封性较电磁阀和闸阀都差,而且由于密封隔离宽度小,快速启闭的速度冲击容易造成启闭不足或过头的现象;

三、电动闸阀,价格较电动蝶阀高,流阻小,密封性好,但是速度慢,达不到紧急切断的要求;

四、球阀,流阻小,密封性好,但是市场上国产或进口的电动球阀,启闭速度一般在15~30秒,还不能满足快速的要求,用户对紧急切断阀启闭速度要求一般在10秒以内,电动球阀有许多优点,只要在启闭速度上改进提高就能成为理想的紧急切断阀。

紧急切断电动球阀集合了球阀的优点,启闭速度达到3.75秒,填补了国内外空白,而且在结构上设计有防静电和防火功能,电器设备可与燃气泄漏报警器、灾情控制设备连机,又可与风机等辅助设备连控,整体设计符合DBJ08--65--97《城市天然气管道工程技术规范》价格比同类进口产品低得多。一经问世即被燃气用户所接受,并得到好评。

3、燃气止回阀

燃气储配站的压缩机往往需要配置止回阀,防止燃气回流进压缩机。水用止回阀在燃气行业已经淘汰,一般燃气止回阀的主要缺点是阀板随着压缩机往复运动而颤动,与阀体碰撞发生很大的响声,容易损坏阀板;第二是密封性差。

燃气阀门有关标准

燃气阀门在燃气行业中占有重要的地位,建设部十分重视对燃气阀门的规范性建设,燃气阀门的行业标准有CJ 3005《城镇燃气用灰铸铁阀门的通用技术要求》、CJ3055 《城镇燃气用阀门的试验与检验》、CJ3056《城镇燃气用球墨铸铁和铸钢制阀门的通用技术条件》、2002年6月又通过了《家用手动燃气阀门》的行业标准。这些标准的制订和颁布规范了阀门行业、推动了燃气阀门的进步和发展、促进了燃气事业的发展;为研制、生产、使用单位提供了参考依据;提高了对燃气阀门与通用阀门区别的认识,保证了燃气阀门的安全裕度;受到了燃气同行们的欢迎。

燃气阀门结论

根据我国国情和燃气阀门现状的分析,可以得出以下基本结论。

1、地下管网中压B级以下压力级制,推荐使用直埋式灰铸铁平行双闸板闸阀;

2、地下管网中压A级以下压力级制,推荐使用直埋式平行双闸板闸阀或弹性平板闸阀;

3、地下管网高压B级以下或高压A级压力级制,推荐使用直埋式弹性平板闸阀和固定球燃气球阀;

4、地下管网高压A级以上压力级制,推荐使用固定球燃气球阀;

5、储配站或地面设备上由于压力在0.4MPa以下,大于DN500口径的,尽量使用闸阀,可降低价格。

6、在调压器或调压站内,压力级制较低(0.4MPa以下)建议采用平行双闸板闸阀,燃气球阀可采用浮动型燃气球阀,如压力级制低于1.6MPa,可用固定型燃气球阀和弹性平板闸阀。

7、在调压箱内,因空间条件限制,必须选用蝶阀时,应选用多偏心蝶阀,密封材料选用聚四氟乙烯或硬密封,调试时必须准确调整到关闭位置。

我国的燃气事业,尤其是天然气的快速发展和普及,带动了燃气阀门制造业的进步和发展。随着西气东输、海洋天然气上岸、俄罗斯气源的引进,新型的燃气阀门将会问世,以适应广大燃气用户的需要

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