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石油化工装置止回阀选型分析 |
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石油化工装置止回阀选型分析 止回阀是石油化工装置阀门之一，选用止回阀时，应根据工艺要求、使用工况、安装位置、安装空间以及经济性综合考虑，此外在石油化工装置设计中还要明确止回阀的材质、端面连接型式、压力等级及执行标准等相关技术参数。为了使选用的止回阀能够满足工艺条件的要求，建议在石油化工装置设计过程中应针对止回阀提出详细的技术规格书。从而使止回阀的选用能够达到最佳综合使用效果。文中，对石油化工装置中止回阀概述，分析影响止回阀类型选用的因素，提出止回阀选用的其他技术指标，以期为石油化工装置中止回阀的选用提供借鉴。 止回阀是石油化工装置中较常见的阀门类型，石油化工装置中常用的止回阀根据结构型式主要分为升降式止回阀、旋启式止回阀、斜盘式止回阀、双板式止回阀以及轴流式止回阀等，在密封效果、启闭噪音、压力降及生产成本等方面各有不同的优缺点。在石油化工装置设计过程中，影响止回阀选用的因素主要有工艺要求、操作工况、安装空间以及经济性等，此外，还应考虑止回阀材质、端面连接型式、压力等级和执行标准等主要技术指标。止回阀的选用，应综合考虑以上因素，从而达到最佳的使用效果。
1石油化工装置止回阀选型分析 概述 阀门是石油化工装置中重要的管道承压元件，其数量和种类较多，其中止回阀是的阀门类型之一：一般情况下，一套石油化工装置有数千台阀门，其中止回阀的数量约占工艺阀门数量的5%，表1为某10 Mt/a常减压装置用工艺阀门的统计数据。 止回阀的主要功能是防止管道内流体介质倒流，介质顺向流动时阀瓣自动开启，介质逆向流动时阀瓣自动关闭，因此止回阀又称单向阀。石油化工装置中止回阀主要用于以下防止流体倒流的部位： ①离心泵和旋涡泵出口管道； ②压缩机出口管道； ③背压式汽轮机乏汽管道； ④进出装置的工艺介质管道（兼做开工引油、停工退油的管道除外）； ⑤与可燃气体、液化烃和可燃液体管道、设备连接的公用工程管道； ⑥塔顶馏出线注入其他介质（如氨、缓蚀剂、水）的管道； ⑦加热炉炉管注入水或蒸汽的管道。 止回阀（CheckValve）是一种依靠流体介质自重或外部动力开启、关闭启闭件（阀瓣）的自动阀门，也称单向阀，广泛应用于化工泵管道系统中，可阻止介质逆流，防止泵及驱动电机反转，控制容器内介质泄放等。正确合理选型和配管安装直接关系着设备及管道系统的安全平稳运行。本文依托油田地面工程项目实际，详细介绍了常用止回阀选型原则、安装要求，并结合部分配管安装的实例，为广大工程设计人员提供一定参考。
一、石油化工装置止回阀选型分析 的选择 在油田地面工程中，常用的止回阀包括升降式、旋启式、蝶式、隔膜式等类型，不同类型的止回阀阀瓣结构和启闭方式不同，因此适用工况也不同。通常，工程设计初期，工艺专业设计人员根据特定工况下止回阀对小冲击压力或无撞击关闭时所需要的关闭速度及其速度特性进行定性评估来选择止回阀的类型。这种方法虽不十分精确，但一般适用于大多数场合。 在此基础上，止回阀的选择主要遵循以下原则。 （1）止回阀的公称压力必须与实际工程中所需生产压力相匹配； （2）止回阀不易被所属管道系统的流体介质所腐蚀； （3）止回阀启闭件全开时的摩阻损失等必须满足工艺设计的要求，正常生产时保证启闭件处于全开状态； （4）止回阀可能产生的水锤冲击力不可超过设备或管道系统的阈强度； （5）止回阀组件的抗挠强度和疲劳强度应满足生产运行要求； （6）在满足设计生产的基础上，选择的止回阀应力求经济、体积小、重量轻，宜于运输和维检； （7）不同结构止回阀的适用管道尺寸和压力工况不同，对止回阀的选择有一定的借鉴意义，如表1所示。
在以上阀门选型要求的基础上，前人已总结出一些针对特殊工况适用性的新型止回阀。设计人员可结合工程实际，选型时充分考虑新型阀门优势。如目前在海外油气田地面工程项目中应用较多的高效无声止回阀，阀瓣质量轻、动作灵敏、开启行程极短（快开启时间仅0.15s）、结构长度短，尤其适用于长输管线，可安装在管道任何位置，关闭时无冲击、无噪声。
2 石油化工装置止回阀选型分析 类型选用的因素 由于止回阀的种类较多，在进行石油化工装置管道设计时，不可避免要涉及到止回阀的选用。止回阀类型的选用是否合理，不仅影响工程建设的投资和装置的正常生产，还会影响管道系统以及设备的安全性。因此，止回阀的选用非常重要，影响止回阀类型选用的主要因素如下： （1）首先应理解工艺设置止回阀的目的，满足工艺要求。当工艺对止回阀的结构有特殊要求时，一般应在PID（工艺管道仪表流程图）中注明。如往复式压缩机出口管道，工艺会要求采用无冲击式止回阀，其目的是避免由于往复式压缩机的出口压力频繁波动，导致止回阀的阀瓣频繁开启和受到冲击，从而造成止回阀损坏。而对于出口与人口压差大于4.0 MPa的离心泵，工艺一般要求在泵出口管道上设置型式不同的双止回阀。这是由于泵出、人口压差较大，泵突然停止运转的情况下，止回阀的泄漏量较大，为了降低止回阀的泄漏量，同时降低止回阀损坏失效的机率，所以采用两个不同类型的止回阀。 （2）应满足压力降的要求。有些管道对压力降要求特别严格，这些管道上的止回阀就要采用低压力降止回阀，常用的有双板式止回阀等。必要时，还需要进行模拟计算以确定压力降是否满足设计要求。 （3）操作压力要求。对于操作压力特别低的大口径止回阀，若选用标准压力等级的旋启式止回阀或升降式止回阀，可能会由于阀瓣较重，导致正常操作条件下，阀瓣无法打开。而对于操作压力较高的高压止回阀，可选用压力密封阀盖的止回阀。 （4）阀门尺寸的影响。一般，公称直径小于DN50的止回阀常用升降式止回阀；公称直径大于等于DN50、小于DN400时，可选用旋启式止回阀；公称直径大于DN400、小于DN600时，可选用斜盘式止回阀；公称直径大于DN50、小于DNl200时，可选用双板式止回阀。 （5）安装方向的影响。不带弹簧的升降式止回阀应安装在水平管道上；旋启式止回阀和斜盘式止回阀一般安装在水平管道上，也可以安装在介质由下向上流动的垂直管道或倾斜管道上；双板式止回阀、轴流式止回阀则既可以水平安装也可以垂直安装。 （6）安装空间的影响。对于较大口径的止回阀，当安装空间较小时，可以选用对夹双式板止回阀。 （7）经济性的影响。当多种止回阀均能满足要求时，应优先选用结构简单、价格低廉的止回阀。石油化工装置中，用量最大的是升降式止回阀和旋启式止回阀。止回阀的选用，不能只考虑单一因素的影响，往往是多种因素综合考虑的结果。
3 石油化工装置止回阀选型分析 选用的其他技术指标 止回阀的选用除了结构类型外，还要明确其他一些主要技术指标。如材质、端面连接型式、压力等级、执行标准等。止回阀的阀体、阀盖材质一般与主管一致或相当，当公称直径小于DN50时，阀体、阀盖一般采用锻件；当公称直径大于或等于DN50时，阀体、阀盖一般采用铸件，当然对于苛刻工况，也常采用锻件。阀座密封面和阀瓣密封面材质一般采用不锈钢或硬质合金，当采用带弹簧的止回阀时，还需要明确弹簧材质。阀门材料的化学成分、力学性能、热处理状态、晶粒度、非金属夹杂物、无损检测、耐腐蚀性能等指标应根据使用工况，由设计提出限制和附加要求，以满足特定工况的要求。 止回阀的端面连接型式常用的有法兰连接、承插焊连接、对焊连接和螺纹连接。对于石油化工装置，承插焊连接和螺纹连接一般仅用于公称直径小于DN50的管道，且不得用于发生缝隙腐蚀介质的管道。对于压力等级大于等于CL900的阀门，为减少泄漏点一般采用承插焊连接（公称直径小于DN50）和对焊连接（公称直径大于等于DN50）。止回阀的压力等级一般与管道系统的压力等级一致，当采用螺纹或承插焊连接时，阀门压力等级最小采用CL800。 此外，某些特定工况下阀门关闭时要求水锤冲击力较小或无水锤冲击，建议选用缓闭旋启式止回阀和缓闭蝶式止回阀。但为节省投资，在水泵扬程高、压力管段短，且设置了气压式调压室的供输水管路中，无需使用缓闭式止回阀，普通止回阀即可保证工程的安全性。相反，在水泵扬程高、压力管段长且未设置气压式调解室的场合，目前多采用液控缓闭式止回阀。在水泵扬程低的长输管线中，介质倒流速度慢，不宜采用缓闭式止回阀，应选择电动型止回阀起到慢关效果。 作为配管专业设计人员，在工艺专业优选阀门类型的基础上，根据工艺管道及仪表流程图（P&ID）合理安装止回阀。安装特定类型的止回阀时，需充分考虑其尺寸参数和安装条件。在海外油田地面工程项目中，止回阀参数主要参考API、ASME、BS等国际通用规范，如API6D、API594、API602、ASMEB16.34、BS1868、BS1873、ISO15761、MSSSP-42、MSSSP-80等；在国内油田地面工程项目中主要依照GB/T12233、GB/T12235、GB/T12236、GB/T13932、JB/T8937等标准。
石油化工装置止回阀选型分析 的安装 止回阀应安装在操作人员易接近、便于维修的地方，止回阀的内部结构决定了其的安装特点。 （1）必须严格按照阀门箭头标示方向安装，不可反向； （2）直通式升降止回阀常安装于水平管道，而立式升降止回阀可安装在介质自下而上流动的垂直管道上； （3）升降式底阀主要安装在不能自吸或无真空泵抽气引水的水泵吸水管尾端立管。底阀需没入水中，防止进入吸水管中的水或启动前预先灌入水泵和吸水管中的水倒流，保证水泵正常开启。内含过滤网，可阻止杂质进入吸水管，避免水泵及有关设备受到损坏； （4）旋启式止回阀宜于安装在水平管道；安装于垂直管道时，介质必须为自下而上，同时也可安装于倾斜管道； （5）对夹式止回阀安装位置较为灵活，体积小，便于管道布置，常安装于100mm≤DN≤400mm的管道系统，用来代替升降式和旋启式止回阀； （6）蝶式止回阀结构简单，只能安装在水平管道上；为降低泵出口切断阀的安装高度，可考虑优先使用此种类型； （7）缓闭止回阀多水平安装，若置于井内，应留有检修空间；不应置于0℃以下的环境； （8）隔膜式止回阀一般安装在两片法兰之间，或者加紧在管接头之间；对工况要求较为严苛，如褶皱环状橡胶隔膜止回阀较适用于介质流变化范围很大的场合，但工况仅限于1MPa、70℃以内； （9）止回阀应安装在远离脉动源的地方，尽量保证前后管道不出现大的扰动。部分止回阀前后有直管段长度的要求，配管时可选择合适支吊架来提高管道稳定性，保证止回阀的正常工作，延长其使用寿命。
石油化工装置止回阀选型分析 石油化工装置用止回阀一般采用美国标准或英国标准，常用标准有API 602--2009《石油和天然气工业用公称尺寸小于和等于DNl00的钢制闸阀、截止阀和止回阀》，API 594--2010《对夹式，凸耳对夹式和双法兰式止回阀》，ASMEB16.34_2009《法兰、螺纹和焊接端连接的阀门》以及BS 1868--1975（石油、石化及联合工业用钢制止回阀（有法兰及对焊端）用规范》等。
为了保证止回阀设计的需要和制造质量，从而满足止回阀对使用工况条件的要求，建议在石油化工装置设计过程中针对止回阀提出技术规格书，且规格书的内容应至少包括阀门结构、执行标准、阀门规格、压力等级、阀体材质、阀芯材质、工作温度、工作压力、介质及介质特性、允许压力降、安装位置以及工艺特殊要求等。制造商应根据上述条件和要求，进行止回阀的设计，必要时通过分析计算、计算机流体模拟分析或模拟试验、型式试验等方法验证止回阀的性能，以确保止回阀满足使用工况的要求。
综上所述，止回阀虽然仅仅是一个附件，似乎对系统影响不大，在选型设计和实际采购上普遍不受重视，但通过本文的分析，止回阀的选型设计必须引起给设计师的高度重视，在不同的情况下选用适当 止回阀是油田地面工程管道系统中常用的阀门类型之一，选型和配管安装要综合考虑阀门特性、生产工况、工程需求、设备总图布置及管线路由走向等，需要设计团队中工艺专业与配管专业等协同合作，以保证管道系统安装设计的合理性与可靠性，从而保障油田地面工程安全投产与平稳运行。 |
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