學(xué)習(xí)情境9 管道與閥門

第十一章

管道與閥門生物醫(yī)藥系精化101班第一節(jié)化工管道一、管子及管件

按材質(zhì)可分為金屬管和非金屬管

按形狀可分為套管、翅片管、各種襯里管

我國(guó)配管用的鋼管標(biāo)準(zhǔn)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB)、冶金部標(biāo)準(zhǔn)(YB、YB／T)和石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(SY、SY／T)?；ぱb置常用鋼管見表11-1?；ぱb置中常用的非金屬管主要有：

聚氯乙烯管(PVC管)、聚乙烯管(PE)、聚丙烯管(PP)、玻璃鋼管(FPR)、聚氯乙烯／玻璃鋼復(fù)合管(PVC／FRP)、聚丙烯／玻璃鋼復(fù)合管(PP／FRP)、不透性石墨管以及鋼塑復(fù)合管。(1)聚氯乙烯管(PVC管)

聚氯乙烯管廣泛應(yīng)用于石油化工、冷卻水等領(lǐng)域，具有良好的耐腐蝕性能、機(jī)械加工性能和力學(xué)性能。PVC管的適用溫度范圍為-l5～60℃.(2)玻璃鋼管

玻璃鋼管是將浸有樹脂的纖維增強(qiáng)材料按照特定的工藝條件逐層纏繞，經(jīng)固化處理而制成，管壁是層狀結(jié)構(gòu)。(3)聚丙烯／玻璃鋼復(fù)合管(PP／FRP復(fù)合管)聚丙烯管普遍適用于石油化工、化纖、農(nóng)藥、化肥、染料、制藥等工業(yè)領(lǐng)域。聚丙烯管將表面進(jìn)行特殊處理后與熱固性玻璃鋼牢固地結(jié)合成整體，形成聚丙烯／玻璃鋼復(fù)合管結(jié)構(gòu)。(4)襯里管

使用襯里管的目的是防腐、電絕緣、減少流體阻力、提高耐磨性、防止金屬離子混入介質(zhì)以及污染等。2.管件表11-2管件用途管件名稱用途活接頭、管箍直管與直管連接彎頭、彎管改變走向三通、四通、承插焊管接頭、螺紋管管接頭分支異徑管（大小頭）、異徑短節(jié)、異徑管箍、內(nèi)外對(duì)絲改變管徑管帽、絲堵封閉管端

在管路中改變走向、標(biāo)高或管徑以及由主管上引出支管等均需用管件，管件與管子的連接方法有很多，一般有對(duì)焊連接、螺紋連接、承插焊接及法蘭連接四種。二、法蘭連接圖11-1法蘭連接結(jié)構(gòu)1.法蘭連接結(jié)構(gòu)與密封原理

法蘭介質(zhì)結(jié)構(gòu)是一個(gè)組合件，一般由法蘭、密封墊、螺栓與螺母組成。

為了實(shí)現(xiàn)法蘭連接口的密封，必須使密封組合件的各部分的變形與操作條件下的密封條件相適應(yīng)，使密封元件在操作壓力作用下仍然保持密封。為此，螺栓和法蘭都必須具有足夠大的強(qiáng)度和剛度，使螺栓和法蘭在介質(zhì)壓力作用下不發(fā)生過大的變形。2．管法蘭的常用標(biāo)準(zhǔn)及類型

管法蘭是容器、設(shè)備與管道連接的標(biāo)準(zhǔn)件及通用件。管法蘭標(biāo)準(zhǔn)的選用必須考慮各相關(guān)行業(yè)的協(xié)調(diào)。管法蘭標(biāo)準(zhǔn)涉及的內(nèi)容相當(dāng)廣泛，除了管法蘭本身以外，還與鋼管系列(外徑、厚度)、公稱壓力等級(jí)、墊片材料及尺寸、緊固件、螺紋等密切相關(guān)。表11-3管法蘭標(biāo)準(zhǔn)

表11-4管法蘭和鋼管公稱直徑和外徑（單位：mm）3.影響法蘭密封的因素

(1)螺栓預(yù)緊力螺栓預(yù)緊力必須使墊片壓緊并實(shí)現(xiàn)初始密封條件。(2)密封面形式

壓緊面直接與墊片接觸，它既傳遞螺栓力使墊片變形，同時(shí)約束墊片表面變形。因而，為了達(dá)到預(yù)期的密封效果，壓緊面的形狀和表面粗糙度應(yīng)與墊片相配合。(3)墊片性能

墊片是構(gòu)成密封的重要元件，適當(dāng)?shù)膲|片變形和回彈能力是形成密封的必要條件。(4)法蘭剛度

在實(shí)際生產(chǎn)中，由于法蘭剛度不足而產(chǎn)生過大的翹曲變形，法蘭發(fā)生翹曲變形往往是導(dǎo)致密封失效的原因之一。(5)操作條件

操作條件即介質(zhì)壓力、溫度和物理、化學(xué)性質(zhì)。單純的壓力或介質(zhì)因素對(duì)泄漏的影響并不是主要的，只有和溫度聯(lián)合作用時(shí)，問題才顯得嚴(yán)重。墊片斷面形狀三、管道熱膨脹與熱補(bǔ)償1.管道熱膨脹2.管道熱補(bǔ)償

管道由安裝狀態(tài)過渡到運(yùn)行狀態(tài)，由于管內(nèi)介質(zhì)的溫度變化，管道產(chǎn)生熱脹或冷縮，使之變形。

應(yīng)盡量利用管道自身的彎曲或扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的變位來實(shí)現(xiàn)熱脹或冷縮時(shí)的自補(bǔ)償。常用補(bǔ)償器可分成兩類一是自然補(bǔ)償器，是工藝需要在布置管道時(shí)自然形成的彎曲管段。二是專門設(shè)置用于吸收管道熱膨脹的彎曲管段或伸縮裝置，稱人工補(bǔ)償器。（a）∏型補(bǔ)償器(b)波紋式補(bǔ)償器(c)填料函式補(bǔ)償器

圖11-3人工補(bǔ)償器

四、管路絕熱

絕熱是保溫和保冷的統(tǒng)稱。其目的是為了防止在生產(chǎn)過程中設(shè)備或管道等向環(huán)境散熱或吸熱，以節(jié)約能源，降低消耗，改善操作條件，保護(hù)環(huán)境，保障設(shè)備和管道的安全運(yùn)行.下列情況應(yīng)該采取絕熱措施：(1)當(dāng)設(shè)備、管道及其附件外表面溫度達(dá)到50℃時(shí)，或者外表面溫度低于等于50℃，且生產(chǎn)工藝要求保溫時(shí)，須采取保溫措施。(2)當(dāng)介質(zhì)溫度低于環(huán)境大氣露點(diǎn)溫度時(shí)，設(shè)備或管道外壁就會(huì)結(jié)露，容易造成銹蝕。(3)外表面溫度超過60℃時(shí).(4)有些設(shè)備需要通過絕熱提高耐火等級(jí)，則需要進(jìn)行絕熱處理。(5)會(huì)造成升溫或氣化，造成冷量損失，影響系統(tǒng)制冷效率。不需要進(jìn)行絕熱處理的設(shè)備、

管道及其附件主要有：1)生產(chǎn)過程中或工藝要求必須裸露的設(shè)備和管道；(2)生產(chǎn)過程中要求及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏的設(shè)備、管道法蘭及附件；(3)工藝上無特殊要求的放空、排凝液的管道；要求經(jīng)常監(jiān)測(cè)，防止發(fā)生損壞的部位等。1.絕熱結(jié)構(gòu)形式

絕熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本要求：①絕熱效果好，熱損失不超過國(guó)家規(guī)定的最大損耗允許值；②足夠的機(jī)械強(qiáng)度；③良好的保護(hù)層，抵御外部雨水和蒸汽的侵蝕；④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于施工；⑤外表整齊美觀，與環(huán)境協(xié)調(diào)。

閥門保溫充填結(jié)構(gòu)

工程上常用的絕熱結(jié)構(gòu)，通常有如下形式：(1)膠泥結(jié)構(gòu):膠泥結(jié)構(gòu)所用保溫材料是石棉、石棉硅藻土或碳酸鈣石棉粉等(2)填充結(jié)構(gòu):(3)捆扎絕熱結(jié)構(gòu):絕熱結(jié)構(gòu)

(4)復(fù)合結(jié)構(gòu)(5)噴涂結(jié)構(gòu)(6)纏繞式結(jié)構(gòu)

復(fù)合結(jié)構(gòu)絕熱結(jié)構(gòu)2.絕熱材料（1）硅酸鈣保溫材料（2）石棉保溫材料（3）玻璃棉保溫材料（4）硅酸鋁纖維保溫材料（5）硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料（6）聚苯乙烯泡沫塑料第二節(jié)閥門及其使用一、閥門的基本參數(shù)1.公稱通徑:閥門的公稱尺寸系列(GB／Tl047--2005)

2.閥門的公稱壓力:閥門的公稱壓力(GBl048—90)是指與閥門的機(jī)械強(qiáng)度有關(guān)的設(shè)計(jì)給定壓力，用PN表示。3.適用介質(zhì)①氣體：如空氣、氨、石油氣、煤氣等；②液體：如油品、水、液氨等；③含固體介質(zhì)；④腐蝕性介質(zhì)和劇毒介質(zhì)。

4.試驗(yàn)壓力:①強(qiáng)度試驗(yàn)壓力：按規(guī)定的試驗(yàn)介質(zhì)，對(duì)閥門受壓零件的強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)規(guī)定的壓力。②密封試驗(yàn)壓力：按規(guī)定的試驗(yàn)介質(zhì)，對(duì)閥門進(jìn)行密封試驗(yàn)時(shí)規(guī)定的壓力。主要功能是：接通和截?cái)嗔魍ń橘|(zhì)；防止介質(zhì)倒流；調(diào)解介質(zhì)壓力、流量；分離、混合或分配介質(zhì)；防止介質(zhì)壓力超過規(guī)定數(shù)值，以保證管道或設(shè)備安全運(yùn)行等。二、常用閥門結(jié)構(gòu)1.閘閥閘閥適用于蒸汽、高溫油品及油氣等介質(zhì)，以及開關(guān)頻繁的部位，不宜用于易結(jié)焦的介質(zhì)。圖11-6閘閥結(jié)構(gòu)圖11-7單閘板

圖11-8雙閘板

雙閘板閥2.截止閥圖11-9截止閥結(jié)構(gòu)3.節(jié)流閥4.止回閥11-11升降式止回閥結(jié)構(gòu)

11-12旋啟式止回閥結(jié)構(gòu)5.球閥浮動(dòng)球球閥

固定球球閥a-1型全焊接球閥6.柱塞閥7.旋塞閥（a）T型通道閥芯（b）L型通道閥芯（c）四通道閥芯圖10-17三通和四通旋塞閥8.隔膜閥9.蝶閥10.減壓閥膜片式減壓閥的工作原理

圖11-20活塞式減壓閥蒸汽減壓閥一體化式減溫器減壓閥及減溫

壓力調(diào)節(jié)閥蒸汽減壓閥

11.疏水閥圖11-21浮球式疏水閥

疏水閥也稱阻氣排水閥，疏水器。其作用是自動(dòng)排泄蒸汽管道和設(shè)備中不斷產(chǎn)生的凝結(jié)水、空氣及其他不可凝性氣體，同時(shí)又阻止蒸汽的逸出。疏水閥有熱動(dòng)力型、熱靜力型和機(jī)械型等。（1）機(jī)械型疏水閥是利用蒸汽和凝結(jié)水的密度工作的。（2熱靜力型疏水閥是由凝結(jié)水溫度變化驅(qū)動(dòng)啟閉件，使其完成阻汽排水動(dòng)作。（3）熱動(dòng)力型疏水閥的動(dòng)作原理是：在人口和出口中間設(shè)置了中間變壓室，當(dāng)變壓室內(nèi)流入了蒸汽或高溫凝結(jié)水時(shí)，圖11-22敞口向下浮子式蒸汽疏水閥浮球疏水閥/德國(guó)

圖11-24波紋管式蒸汽疏水閥圖11-23敞口向上浮子式蒸汽疏水閥

敞口向上浮子式疏水閥，如圖11-23所示。又稱為浮桶式疏水閥，由浮子內(nèi)凝結(jié)水的液位變化控制啟閉件的開關(guān)動(dòng)作。其缺點(diǎn)是在每次設(shè)備啟動(dòng)時(shí)要特別打開手動(dòng)排放空氣。

在波紋管內(nèi)封入沸點(diǎn)低、易揮發(fā)的液體作為感溫元件。在波紋管上固定著閥瓣，隨著溫度變化，波紋管產(chǎn)生伸縮而啟閉疏水閥。如圖11-24圖11-25膜盒式蒸汽疏水閥

膜盒式蒸汽疏水閥是由凝結(jié)水的壓力與可變形元件內(nèi)揮發(fā)性液體的蒸汽壓力之間的不平衡來驅(qū)動(dòng)啟閉件的開關(guān)動(dòng)作，如圖11-25所示。

雙金屬片式蒸汽疏水閥是由凝結(jié)水的溫度變化，引起雙金屬片變形驅(qū)動(dòng)啟閉件的開關(guān)動(dòng)作，如圖11-26所示。其工作原理與其它蒸汽疏水閥相反，閉閥時(shí)，把閥瓣拉向高壓區(qū)，閥開啟。圖11-26雙金屬片式蒸汽疏水閥12.安全閥圖11-27封閉式彈簧安全閥圖11-28帶扳手的彈簧式安全閥①封閉式彈簧安全閥：②非封閉式彈簧安全閥：③帶扳手的彈簧式安全閥：13.氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥

氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥是以壓縮空氣為動(dòng)力源的一種自動(dòng)執(zhí)行器，它接收調(diào)解器送來的控制信號(hào)，去改變管道中被調(diào)介質(zhì)的流量。其外形如圖11-29所示。圖11-29氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥圖11-30正作用式氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)

1-上膜蓋；2-波紋膜片；3-下膜蓋；4-支架；5-推桿；6-彈簧；7-彈簧座；8-調(diào)節(jié)件；9-連接閥桿螺母；10-行程標(biāo)尺

圖11-31反作用式氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)

1-上膜蓋；2-波紋膜片；3-下膜蓋；4-密封墊片；5-密封環(huán)；6-填塊；7-支架；8-推桿；9-彈簧；10-彈簧座；ll-襯套；l2-調(diào)節(jié)件；13-行程標(biāo)尺

（1）氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)

①執(zhí)行機(jī)構(gòu)

當(dāng)來自調(diào)解器或閥門定位器的信號(hào)壓力自上膜蓋進(jìn)入并增大時(shí)，推桿向下動(dòng)作，稱之為正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如圖11-31所示。當(dāng)信號(hào)壓力自下膜蓋進(jìn)入并增大時(shí)，推桿向上動(dòng)作，稱之為反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如圖11-32所示。正作用機(jī)構(gòu)的信號(hào)壓力通人波紋膜片上方的薄膜氣室，而反作用機(jī)構(gòu)的信號(hào)壓力通入波紋膜片下方的薄膜氣室。②調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)—調(diào)節(jié)閥

調(diào)節(jié)閥閥桿的上端與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推桿通過螺母相連接，推桿帶動(dòng)閥桿及閥桿下端的閥芯上下移動(dòng)。流體從左側(cè)進(jìn)入調(diào)節(jié)閥，流過上、下閥芯與閥座的間隙，從右側(cè)流出。

圖11-32直通雙座調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)圖1一閥桿；2—壓板；3-填料；4-上閥蓋；5、12一斜孔；6、11一襯套；7-閥芯；8、9一閥座；10一閥體；l3-下閥蓋；l4一銷釘（2）調(diào)節(jié)閥的種類

①直通雙座調(diào)節(jié)閥：圖11-32所示。②直通單座調(diào)節(jié)閥有調(diào)節(jié)型和切斷型：圖11-33所示。③高壓調(diào)節(jié)閥使用的最大公稱壓力為32MPa，廣泛應(yīng)用于化肥和石油化工生產(chǎn)中，圖11-34所示。圖11-33直通單座調(diào)節(jié)閥圖11-34高壓調(diào)節(jié)閥圖11-35隔膜調(diào)節(jié)閥

④隔膜調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)隔膜用銷釘和閥芯連接，并被閥體、閥蓋用螺桿、螺母夾緊。閥桿的位移通過閥芯使隔膜做上下動(dòng)作，改變它與閥體堰面間的流通截面，從而調(diào)節(jié)流體流量。調(diào)節(jié)閥膜片

水力控制閥結(jié)構(gòu)圖

蝶閥⑤蝶閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，流阻小，適用于低壓差和大流量氣體，也可用于含少量懸浮物或黏度不大的液體的調(diào)節(jié)，但泄漏量大。

V形球閥球閥球閥⑥球閥按結(jié)構(gòu)分為兩種：V形球閥和球閥。V形球閥的節(jié)流元件是V形缺口球形體，轉(zhuǎn)動(dòng)球心使V形缺口起到節(jié)流和切斷的作用圖11-37V形