1、毕业论文文献综述 机械设计制造及其自动化 一体式减温减压装置的设计 一、 研究现状和发展趋势： 中国 阀门 产品市场随着科学技术的不断发展，也在向高技术含量、高参数、耐强腐蚀、高寿命方向发展。根据对国内外阀门技术的分析和国内外阀门市场需求的分析，研究出近几年来各行业用工业阀门及阀门行业高新技术发展趋势及投资方向，如下： 1.石油、天然气井口装置用阀 石油、天然气井口装置用阀主要为符合美国 API6A 标准的单闸板或双闸板、有 导流孔或无导流孔的锻钢平行式闸阀、泥浆阀、角式节流阀、油田专用平行式调节阀、油田专用直通式止回阀、注水 聚合物专用平行式闸阀、卡箍式平行闸阀、先导式安全阀和止回阀。 石油
2、、天然气井口装置用阀门的公称压力级为 API2000psi、 3000psi、 5000psi、10000psi、 15000psi、 20000psi；公称通径为 DN46228mm(113/16in9in)；温度等级为K(-60182) 、 L(-42182) 、 P(-29182) 、 R(室温 )、 S(-18166) 、 T(-18182 )、U(-18121) 、 V(2121) ；材料要求为 AA、 BB、 CC、 DD、 EE、 FF、 HH；材料性能要求按 36K、 45K、 60K、 75K；产品技术要求按 PSL1(产品规范等级 1)、 PSL2(产品规范等级2)、 PS
3、L3(产品规范等级 3)、 PSL4(产品规范等级 4)。 2.石油、天然气长输管线用阀 石油、天然气长输管线用阀主要为符合美国 API6D 标准的单闸板或双闸板、有导流孔或无导流孔的平板闸阀；锻钢或铸钢三体式、上装式或全焊接式固定球球阀；油密封或压力平衡式旋塞阀；旋启式或蝶式止回阀、通球止回 阀；清管阀等。 这些阀门的公称压力级为 CL150(PN2.0MPa)、 CL300(PN5.0MPa)、 CL400(PN6.4MPa)、CL600(PN10.0MPa)、 CL900(PN15.0MPa)、 CL1500(PN25.0MPa)、 CL2500(PN42.0MPa)；公称通径为 DN5
4、01500mm(2in60in)；耐火试验技术要求按 ISO10497；阀门的压力试验按ISO5208。 3.核电用阀 核电用阀门比常规的大型火力发电站用阀门其技术特点和要求要高。阀类一般有闸阀、截止阀、止回 阀、蝶阀、安全阀、主蒸汽隔离阀、球阀、隔膜阀、减压阀和控制阀等；具有代表性阀门的最高技术参数为：最大口径 DN1200mm(核 3 级的蝶阀 )、 DN800mm(核1 2 级的主蒸汽隔离阀 )、 DN350mm(核 1 级的主回路闸阀 )；最高压力：约 1500 磅级；最高温度：约 350 ；介质：冷却剂 (硼化水 )等。生产核级阀门产品规定要求：通常按核行业标准 EJ、美国 ASME
5、、 IEEE 标准及法国压水堆核岛机械设备设计和建造规则 RCC-M 等。 核电用阀发展的具体类型、参数如下： 无填料函的闸阀： a 液压驱动闸阀。该阀借助自 身压力水推动活塞开启或关闭，该阀公称通径： DN350、400mm；工作压力： PN17.5MPa；工作温度： 315 。 b 全封闭型电动闸阀。该阀应采用特制的屏闭式电机，通过浸水工作的内行星减速机构使闸板作启闭运动。该阀公称通径： DN100800mm；工作压力： PN2.545.0MPa；工作温度： 200500 。 注：上述两种无填料函闸阀优点：没有填料密封，避免了外漏点，同时，减少能耗。缺点：结构复杂、造价较高。 核电用截止阀
6、： 用于辅助管路上的截止阀。该阀通常为三种结构，即填料式截止阀 、波纹管式截止阀和金属膜片式截止阀。该阀介质为中等参数 (中温、中压 )的水和蒸汽；公称通径：DN10150mm。 核电用蝶阀： 用于冷却系统和安全壳内输送空气介质的系统中的蝶阀。该阀通常为三种结构，即同轴直连式衬胶蝶阀、偏心式金属密封蝶阀和双动式 (蝶板在回转前先脱开密封面再回转 )金属密封蝶阀。该阀公称通径： DN2500mm ；工作压力： PN 4.0MPa；工作温度：100150 。此外，用于风道系统中的快速关闭蝶阀，其公称通径： DN4001200mm 也列为发展的方向。 核电用带探测器的先 导式安全阀： 用于核岛系统中
7、的带探测器的先导式安全阀。采用带探测器的先导式安全阀，可以根据压力与弹簧力平衡的敏感关系，来改变位置控制释放和加充介质的两个触点的原理，从结构上避免卡阻问题。该阀采用正作用式带弹簧预紧和波纹管密封的阀瓣结构，可以保证可靠的密封。该阀公称通径： DN600mm；工作压力： PN1.265MPa。 核电用止回阀型隔离阀： 用于蒸汽系统的止回阀型隔离阀，其结构形状类似于升降式止回阀。该阀公称通径：DN64800mm(21/2in30in)；工作压力： PN1.042.0MPa(Class6002500)；工作温度：-291050 。 2 核电用主蒸汽隔离阀 核岛和常规岛用主蒸汽隔离阀、主给水阀门，其
8、公称通径： DN800mm；公称压力：40.0MPa；温度 700 ； 此外，满足地震要求的安全阀也是急需开发的核电阀门 4.海洋石油用阀 海上采油平台的采油、防喷、注水、注气、水下设备等系统需要开发一些耐海水、盐雾侵蚀要求的特种阀门。这些阀门要求有较强的抗腐蚀性、抗风暴等异常外力的能力，并且要求密封可靠、操作灵活、维修方便。 海洋石油用阀发展的具体类型、参 数如下： 锻钢单闸板或双闸板带导流孔或不带导流孔平板闸阀 该阀的结构可参照美国卡麦隆 F 型闸阀、 “AF” 型海底阀门 (用于海下 1000 米 )、“DF” 型海底阀门 (用于海下 3000 米 )、 MCEVOY 公司 C 型、 E
9、 型闸阀。这类阀门的公称通径： DN46162mm(113/16in63/8in)；公称压力级为 API2000psi、 3000psi、 5000psi、10000psi、 15000psi、 20000psi；工作温度： -59343 ；技术要求按 API6A 的规定。 双瓣蝶式止回阀 该阀技术参数 ：公称通径： DN53280mm(21/16in11in)；公称压力级为 API2000psi、3000psi、 5000psi、 10000psi、 15000psi、 20000psi；温度等级为 K(-60182) 、L(-42182) 、 P(-29182) 、 R(室温 )、 S(-
10、18166) 、 T(-18182) 、 U(-18121) 、V(2121) ；材料要求为 AA、 BB、 CC、 DD、 EE、 FF、 HH；材料性能要求按 36K、 45K、60K、 75K；产品技术要求按 PSL1(产品规范等级 1)、 PSL2(产品规范等级 2)、 PSL3(产品规范等级 3)、 PSL4(产品规范等级 4)。 带压平衡阀杆的角式节流阀 该阀的设计、制造按 API6A 标准；其公称压力级为 API3000psi、 5000psi、 10000psi；公称通径： DN50mm、 DN80mm、 DN100mm、 DN150mm(2in、 3in、 4in、 6in)
11、；使用温度： -29121 。(该阀的节流头可设计为针型节流头或套筒节流头 )。 5.石化、电力用阀 石化、电力阀门产品，其结构调整的重点是发展缺门产品。如下： 高温高压调节阀 用于大型火电机组的高温高压调节阀，其结构设计应根据它的流量特性和工况控制要求来确定，可以是单座，也可以是双座或套筒结构。该调节阀的公称通径： DN50500mm；公称压力： 42.0MPa ；使用温度： 510570 3 减温减压阀 该减温减压阀，石化行业要求能设计成类似费希尔的 CVS 阀，并将压力和温度控制在一个阀内完成，减压后的喷水降温控制要精确 (在 47 范围内 )，关阀严密，低噪声，长寿命。 高温高压大口径
12、安全阀 用于蒸汽系统的高温高压大口径安全阀，其设计结构可采用弹簧式。设计中主 要解决的关键问题是：该类阀门的整定压力、回座压力、密封性能、重复动作稳定性及弹簧的疲劳。其公称通径： DN200400mm；公称压力： 5.0MPa ；最高使用温度： 570 。 高压蒸气疏水阀 用于高压蒸汽系统排除凝结水的高压蒸汽疏水阀，其开发的结构可以为热动力型HRW、 HRF 圆盘式；机械型高压自由浮球式；热静力型 BK27、 BK28、 BK212 双金属片式。该类阀门的公称通径： DN1550mm；公称压力： 15.0MPa。 6.环保用阀 该环保系统需发展的阀门：陶瓷片密封旋转阀、 PVC 塑料阀、 大密
13、封面平板闸阀、不锈钢旋塞阀等。 7.冶金系统用阀 冶金系统用阀，由于介质常为粉状和悬浮固体颗粒状，加之温度较高，故对阀门的耐磨、耐温及耐蚀等要求较高。 冶金系统用阀发展的具体类型、参数如下： 圆顶阀 用于火力发电厂气力除灰、进料、放料系统的圆顶阀。该阀由阀体、主动轴、从动轴、球体等组成，其公称通径： DN50300mm；工作压力： PN1.00.6MPa；最高使用温度：1050 。设计该阀时，其密封面应考虑采用喷涂钴基碳化钨合金材料，使其更加坚硬，增强耐磨性能 排灰平板闸阀 用于炼钢厂炼铁除灰系统的 “ 排灰平板闸阀 ” 。该除灰系统的介质 “ 灰粉 ” ，不仅形状是颗粒的 (有时是分散形状，
14、有时是混合形状 )，而且具有一定的粘性，还夹有一氧化碳 (CO)。由于介质 “ 灰粉 ” 中的颗粒，阀座往往有不同程度的损伤、擦伤、磨损，故，要求其 “ 排灰平板闸阀 ” 的主件，例如闸板、阀座等零部件均应具有较强的耐磨性。炼铁除灰系统工况的使用压力在 0.25MPa 左右的低压范围内；温度在 250 的范围内(一般情况下为常温，有时瞬间温度可达 250) ；公称管径仅从 DN50mmDN400mm(DN300mm4 的管径最常 见 )。 该阀其结构如采用带导流孔，并且 “ 加大密封面 ” 的密封设计，不仅能提高其耐磨性；满足其密封性能；而且能避免灰粉进入阀体底腔。在设计中，可充分利用现行带导
15、流孔平板闸阀产品，将阀座改为 “ 加大密封面 ” 的密封状态。对耐磨性而言，其金属对金属硬密封寿命虽最长，但金属对金属 “ 加大密封面 ” 的硬密封，一则标准上允许漏，(如设计为零泄漏成本将十分高昂且加工难度大 )；二则密封不如非金属材料。其密封不如非金属材料，是因为金属表面磨蚀时会产生一层氧化物，尽管这层氧化物覆盖在受到腐蚀作用的部位上，能减慢金属的进一步腐蚀，但如 果发生滑动的话，该层氧化物就会被清除，使裸露出来的金属表面受到进一步的腐蚀，从而加快磨损，削弱其密封性能。而采用非金属材料，不仅能节约成本，降低加工难度，而且能保证其密封性能。 由于钢厂炼铁除灰系统的工况温度一般为常温，有时瞬间
16、最高温度也只有 250 。故采用非金属材料 (建议采用对位聚苯 )作密封面，既可以满足其工况温度、耐磨，又可以满足其密封性能。非金属材料 对位聚苯，适用温度为 300 ，且比硬质的 PTFE更硬，能满足炼铁厂除灰系统的工况，不失为较理想的密封面材料。阀座材料建议采用1Cr13。 耐强酸腐蚀的不锈钢阀 冶金系统用耐强酸腐蚀的不锈钢阀。该阀其公称通径： DN502400mm；公称压力0.051.6MPa；最高使用温度： 1050 。 8.氧化铝工业用阀 氧化铝工业在生产过程中，介质多为碱性泥浆和颗粒状物质，结疤现象极为严重，且介质对阀门体腔及内件的冲蚀现象也很严重。因此，氧化铝工业用阀要求其抗结疤
17、耐结疤；抗冲蚀耐冲蚀。 集氧化铝生产系统中普通结构的闸阀、截止阀、球阀等众多之长于一身的料浆阀 (直通式截止阀 )，不仅抗结疤耐结疤，而且抗冲蚀耐冲蚀，是氧化铝生产用阀的理想产品。该阀的整体结构采用 Y 型结构，即阀杆中心线于介质流动方向成 45 夹角，连接形式为法兰连接；支架为光杆；密封面堆焊硬质合金；阀体采用两开式、中间夹阀座的形式，为防止介质对体腔内的冲蚀，在体腔内受冲刷较严重的部位镶嵌耐磨的硬质合金钢圈。 该阀的公称压力级为 CL150(PN2.0MPa)、 CL300(PN5.0MPa)、 CL400(PN6.4MPa)；公称通径： DN50350mm；工作温度： 450 。 9.大
18、型化工成套装置用阀 大型化工成套装置主要是乙烯、合成氨、空分等装置 5 乙烯装置用阀 乙烯生产常用的原料是常压轻柴油和减压重柴油，并且乙烯装置的工况条件极其恶劣，高温 (900) 、高压 (10.0MPa)、超低温 (-196) 、大流量等工况都在乙烯中体现。 乙烯装置用低温阀 该阀的结构形式可以是闸阀、截止阀的结构形式，也可以是止回阀的结构形式。其公称通径： DN50700mm；公称压力： 1.66.4MPa；最低使用温度： -196 。 合成氨装置用阀 合成氨装置的介质主要为三大类，即合成气 含有 H2、 N2、 CO、 CO2、 NH3 合成的组成类似于人工煤气 (H2 属于爆炸限很低的
19、极 危险气体， CO 有毒 )；尿素 含有NH3、 CO2、氨基甲酸铵等；液氨或汽氨。合成氨装置用阀的最高工作温度在 500 左右，最低温度为液氨介质在 -196 ，最高工作压力达 32.0MPa。 合成氨装置用阀发展的具体类型、参数如下： a 高温、高压角式截止阀 该阀公称通径： DN101100mm；公称压力： 42.0MPa ；最高使用温度： 560 。 b 节流阀 该阀公称通径： DN101100mm；公称压力： 42.0MPa ；最高使用温度： 560 。 空分装置用阀 由于空分装置生产氧、氮 气体过程都是在 -183 低温下进行，因此空分装置用阀要求较高。 空分装置用阀发展的具体类
20、型、参数如下： 空分装置用低温阀 该阀公称通径： DN1.5900mm；公称压力： 0.216.0MPa；最低使用温度： -183 。 10.城建用阀 城建用阀将呈现如下走势：发展城市燃气发电机组燃料煤气切断球阀；发展取代城市供水和供热系统中普通蝶阀、低压闸阀和截止阀的中线蝶阀和软密封闸阀；发展汽车用液化石油气、液化天然气 汽油钢瓶阀门。发展城市楼寓采暖，空调用水力平衡阀、智能仪表及热计量阀。发展城市 燃气管网用安全放散阀、电动流量调节阀、气液联动紧急切断球阀。 二、 存在问题 通过本次设计，留给我印象最深的是要设计一个成功的一体式减温减压阀，必须要有耐心，要有坚持的毅力。在整个减温减压装置的
21、设计过程中，花费时间最多的是一体6 式减温减压阀的计算上。我也查阅了不少资料，最后还是在老师的耐心指导下，使我的计算可以符合装置的正常运行。实习过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要有耐心，细心。有时候一个很小的设计上都会导致整个装置不能正常运行。通过这次设计能够更好的将在学校中所学习到的知识和实际生产密切结合起来。深化 我们对理论知识的学习，从而为以后的实际生产带来更大的帮助。 参考文献 1、 成大先 机械设计手册（单行本） 化学工业出版社 2004.1 2、陆培文 实用阀门设计手册 机械工业出版社 2007.8 3、陆培文 调节阀实用技术 机械工业出版社 2007.9 4、明赐东 调节阀
22、及其应用 四川省科学技术出版社 1989 5、 付敬奇 执行器及其应用 机械工业出版社 2009 6、 斯派莎克工程 (中国有限公司 ) 蒸汽和冷凝水系统手册 上海科学技术文献出版社 2007 7、 Bill Fitzgerald Control Valves For The Chemical Process Industries McGraw-Hill, inc. 1995 8、 KOSO Sizing Handbook of KOSO KOSO 2009 9、 Les Driskell Control Valve Selection and Sizing Instrument Society of America 1983 10、 Brian Nesbitt Handbook of VALVES AND ACTUATORS Roles & Associates LTD 2007
