随着越来越多的进口设备进入国内，API阀门得到广泛应用。本文仅以API黑色金属阀门为分析对象。

阀门是管道系统中的重要部件，金属阀门在化工厂中应用最为广泛。阀门的作用主要用于启闭、节流和保证管道和设备的安全运行。因此，正确合理选用金属阀门对工厂安全和流体控制系统起着重要作用。

01丨阀门的种类及用途

工程中的阀门种类很多。由于流体压力、温度和物理化学性质的不同，对流体系统的控制要求也不同。其中闸阀、截止阀（节流阀、针阀）、止回阀、旋塞阀、球阀、蝶阀和隔膜阀在化工厂中应用最为广泛。

1.1闸阀

一般用于控制流体的启闭，流体阻力小，密封性能好，介质流向不受限制，启闭所需外力小，结构长度短的。

阀杆分为明杆和暗杆。明杆闸阀适用于腐蚀性介质，明杆闸阀基本用于化工。暗杆闸阀主要用于水路，多用于低压和非腐蚀性介质的场合，如一些铸铁和铜阀门。滑枕的结构有楔形滑枕和平行滑枕。

楔式滑枕分为单滑枕和双滑枕。平行闸板多用于油气输送系统，不常用于化工厂。

1.2 截止阀

主要用于切割。截止阀流体阻力大，启闭力矩大，有流向要求。与闸阀相比，截止阀具有以下优点：

(1)启闭过程中，密封面摩擦力比闸阀小，耐磨。

(2)开启高度比闸阀小。

(3)截止阀通常只有一个密封面，制造工艺好，维修方便。

截止阀和闸阀一样，也有明杆和暗杆之分，这里不再赘述。根据阀体结构不同，有直通式、角式和Y型截止阀。直通式应用最广，角式用于流体流动方向改变90°的场合。

此外，节流阀和针阀也是截止阀的一种，比普通截止阀具有更强的调节功能。

1.3 止回阀

止回阀又称单向阀，是用来防止流体倒流的，所以在安装止回阀时，要注意介质的流向要与介质的流向一致。止回阀上的箭头。止回阀种类繁多，各厂家产品不同，但从结构上主要分为旋启式和升降式。旋启式止回阀主要有单瓣式和双瓣式。

1.4蝶阀

蝶阀可用于含有悬浮物的液体介质的启闭和节流。流体阻力小，重量轻，结构尺寸小，启闭迅速。适用于大口径管道。蝶阀具有一定的调节作用，可以输送浆液。由于过去加工工艺落后，蝶阀一直用于水系统，但很少用于工艺系统。随着材料、设计和加工工艺的改进，蝶阀在工艺系统中的应用越来越广泛。

蝶阀有软密封和硬密封两种。软密封和硬密封的选择主要取决于流体介质的温度。相对而言，软密封的密封性能要好于硬密封。

软密封有橡胶和PTFE（聚四氟乙烯）阀座两种。胶座蝶阀（衬胶阀体）多用于水系统，为中心线结构。这种蝶阀在管路安装时不需要垫片，因为衬胶的法兰可以起到垫片的作用。聚四氟乙烯阀座蝶阀多用于工艺系统，一般为单偏心或双偏心结构。

硬密封的种类很多，有硬固定密封、多层密封等，由于厂家往往设计不同，其泄漏率也不同。硬密封蝶阀的结构最好是三偏心的，解决了热膨胀补偿和磨损补偿的问题。双偏心或三偏心结构硬密封蝶阀还具有双向密封功能，其反方向（低压侧至高压侧）的密封压力不应低于正向（高压侧至低压侧）的80%压力侧）。设计选择应与制造商协商。

1.5旋塞阀

旋塞阀流体阻力小，密封性能好，使用寿命长，可以双向密封，所以常用于高度或极度危险的物料上，但启闭力矩较大，价格较高. 旋塞阀腔内无液体积聚，特别是不会对间歇装置的材料造成污染，因此在某些场合必须使用旋塞阀。图1显示了旋塞阀和球阀关闭时腔内的液体聚集情况。

图1 旋塞阀和球阀关闭时腔内积液

旋塞阀的流道可分为直通式、三通式和四通式，适用于气相和液相流体的多向分配。

旋塞阀可分为无润滑和润滑两种类型。对于强制润滑的油封旋塞阀，由于强制润滑，在阀芯与阀芯密封面之间形成一层油膜。这样密封性能更好，启闭省力，密封面不被损坏。但必须考虑润滑是否会污染材料，需要定期保养。非润滑型是优选的。

旋塞阀的阀座 () 密封是连续的并包围整个旋塞，因此流体不会与轴接触。此外，旋塞阀还有金属复合材料的隔膜作为第二道密封，因此旋塞阀可以严格控制外泄漏。旋塞阀一般没有填料。当有特殊要求时（如不允许有外泄漏等），需用填料作为第三道密封。

旋塞阀的设计结构允许旋塞阀在线调整密封座。由于长期运行，密封面会磨损，因为旋塞是锥形的，可以通过阀盖的螺栓将旋塞压下，使其与阀座紧密贴合，达到密封效果。

1.6球阀

球阀的作用类似于旋塞阀（球阀是旋塞阀的派生产品）。球阀的密封效果好，因此应用广泛。球阀启闭迅速，启闭力矩比旋塞阀小，阻力很小，维修方便。适用于浆液、粘性流体及密封要求高的介质管道。并且由于价格较低，球阀比旋塞阀应用更广泛。球阀一般可从球体的结构、阀体的结构、流道的形式和阀座的材料来分类。

按球体结构分，有浮动球阀和固定球阀。前者多用于小口径，后者多用于大口径，一般以DN200（CLASS 150）、DN150（CLASS 300和CLASS 600）为界。

根据阀体的结构形式，有一体式、两片式和三片式三种。有一体式、顶装式和侧装式两种。

按流道形式有全径和缩径。与全通径球阀相比，缩径球阀用料少，价格便宜。如果工艺条件允许，可先用。球阀的流道可分为直通式、三通式和四通式，适用于气相和液相流体的多向分配。按阀座材料分，有软密封和硬密封。在易燃介质或外界环境可能燃烧时，软密封球阀应有防静电防火设计，厂家产品应通过防静电防火测试，如在按照其他规定。

1.7隔膜阀

隔膜阀可双向密封，适用于低压、腐蚀性浆液或悬浮粘稠流体介质。并且由于操作机构与介质通道分离，流体被弹性隔膜隔断，特别适用于食品和医疗卫生行业的介质。隔膜阀的工作温度取决于隔膜材料的耐温能力。从结构上可分为直通式和堰式。

02丨端接形式的选择

阀端常用的连接形式有法兰连接、螺纹连接、对焊连接和承插焊连接等。

2.1 法兰连接

法兰连接便于阀门的安装和拆卸。阀端法兰密封面形式主要有全平面（FF）、凸面（RF）、凹面（FM）、榫槽面（TG）和环接合面（RJ）。API阀门使用的法兰标准为.5等系列。有时在法兰阀门上可以看到 125 级和 250 级。这是铸铁法兰的压力等级。与150级和300级的连接尺寸相同，只是前两者的密封面为全平面（FF）。

对夹阀和凸耳阀也采用法兰连接。

2.2 对焊连接

由于对焊接头强度高、密封性好，化工系统中对焊连接的阀门多用于一些高温、高压、剧毒介质、易燃易爆的场合。

2.3 承插焊和螺纹连接

一般用于公称通径不超过DN40的管道系统，但不能用于有缝隙腐蚀的流体介质。

在有剧毒、易燃介质的管道上不宜采用螺纹连接，也应避免在循环载荷条件下使用。目前多用于压力不大的项目。管子上的螺纹形式主要是锥形管螺纹。锥管螺纹有两种规格。锥角分别为55°和60°，两者不可互换。在有易燃或高度危险介质的管道上，如安装需要螺纹连接，公称通径不应超过DN20，螺纹连接后应进行密封焊接。

03丨材料

阀门材料包括阀壳、内件、垫片、填料和紧固件材料。由于阀门材料较多，限于篇幅，本文仅对典型的阀体材料进行简单介绍。黑色金属外壳材料包括铸铁、碳钢、不锈钢和合金钢。

3.1铸铁

灰口铸铁（）一般用在低压阀门上，不推荐用于工艺管道。球墨铸铁 (A395) 具有比灰铸铁更好的性能（强度和韧性）。

3.2碳钢

阀门制造中最常用的碳钢材料是（铸件）和A105（锻件）。碳钢长期在400℃以上工作要特别注意，会影响阀门的寿命。对于低温工况下的阀门，常用（铸件）和（锻件）。

3.3 奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢材料通常用于腐蚀性工况或超低温工况。其中，常用的铸件有A351-CF8、A351-CF8M、A351-CF3和A351-CF3M；常用的锻件有A182-F304、A182-F316、A182-F304L和A182-F316L。

3.4合金钢材质

低温工况下的阀门，常用A352-LC3（铸件）和A350-LF3（锻件）。

高温工况下的阀门，常用A217-WC6（铸件）、A182-F11（锻件）、A217-WC9（铸件）、A182-F22（锻件）。由于WC9和F22属于2-1/4Cr-1Mo系列，比属于1-1/4Cr-1/2Mo系列的WC6和F11含有更高的Cr和Mo，因此具有更好的高温抗蠕变性能。

04丨驱动模式

通常阀门操作是手动的。当阀门公称压力较高或公称通径较大，手动操作阀门有困难时，可采用齿轮传动等操作方式。阀门驱动方式的选择应根据阀门的型式、公称压力和公称通径来确定。表1给出了不同阀门应考虑齿轮传动的条件。对于不同的制造商，这些条件可能会略有不同，可以通过协商确定。

表1 考虑不同阀门齿轮传动的条件

05丨阀门选择原则

5.1 阀门选型应考虑的主要参数

(1)被输送流体的性质，这将影响阀门类型和阀门结构材料的选择。

(2)功能要求(调节或截止)，主要影响阀门选型。

(3)操作条件(是否频繁)，这将影响阀门类型和阀门材料的选择。

(4)流动特性和摩擦损失。

(5)阀门公称通径的大小(公称通径大的阀门只能在有限范围内的阀门型号中找到)。

(6) 其他特殊要求，如自动切断、平衡压力等。

5.2 材料选择

(1)小口径(DN≤40)一般采用锻件，大口径(DN>40)一般采用铸件。对于锻造阀体的端面法兰，应优先选用整体锻造阀体。如果法兰焊接在阀体上，焊缝应进行 100% 射线检测。

(2)对焊和承插焊碳钢阀体的含碳量不应超过0.25%，碳当量不应超过0.45%。

(3) 常用材料的推荐工作温度见表2。

表2 常用材料的推荐工作温度

注：奥氏体不锈钢工作温度超过425℃时，含碳量不应低于0.04%，热处理状态大于1040℃急冷（CF8）和1100℃急冷（CF8M） ).

(4) 当流体腐蚀性强，不能使用普通奥氏体不锈钢时，应考虑使用一些特殊材料，如904L、双相钢（如等）、蒙乃尔合金和哈氏合金等。

5.3 闸阀的选用

(1)DN≤50时一般采用刚性单闸板；DN>50时一般采用弹性单闸门。

(2)对于低温系统的弹性单闸阀，应在高压侧闸板上开排气孔。

(3)在要求低泄漏的工况下，宜选用低泄漏闸阀。低泄漏闸阀有多种结构，其中化工厂普遍采用波纹管闸阀，其最小循环寿命见表3。

表 3 波纹管闸阀的最低循环寿命

注：1 英寸 = 0.0254 米

(4)虽然闸阀是石化生产设备中应用最广泛的一种。但下列情况不宜使用闸阀：

① 由于开启高度高，操作所需空间大，不适用于操作空间较小的场合。

②启闭??时间长，不适合快速启闭场合。

③不适用于有固体沉降的流体。因为密封面会磨损，所以闸板关不上。

④ 不适用于流量调节。因为闸阀部分开启时，介质会在闸板背面产生涡流，容易引起闸板的冲蚀和振动，阀座密封面也容易损坏。

⑤ 阀门频繁操作会造成阀座表面过度磨损，因此通常只适用于不频繁操作

5.4 截止阀的选择

(1)截止阀与同规格闸阀相比，结构长度较大，一般用于DN≤250的管路上，因为大口径截止阀加工制造比较麻烦，而且密封性能不如小口径截止阀。.

(2)由于截止阀流体阻力大，不适用于悬浮物和高粘度流体介质。

(3)针型阀是一种带细锥形塞的截止阀，可作小流量微调或作取样阀，通常用于小口径。如果口径大，还需要有调节功能，可以使用节流阀。此时阀盘呈抛物线状。

(4)对于要求低泄漏的工况，宜采用低泄漏截止阀。低泄漏截止阀有多种结构，其中化工厂普遍采用波纹管式截止阀，其最短循环寿命见表4。

表 4 波纹管式截止阀的最低循环寿命

波纹管式截止阀比波纹管式闸阀应用更广泛，因为波纹管式截止阀的波纹管更短，循环寿命更长。但波纹管阀价格昂贵，波纹管的质量（如材质、循环次数要求等）和焊接直接影响阀门的使用寿命和性能，所以在选用时要特别注意。

5.5 止回阀的选择

(1)卧式升降式止回阀一般用于DN≤50的场合，只能安装在水平管道上。立式升降式止回阀通常用于DN≤100的场合止回阀维修，安装在垂直管道上。

(2)升降式止回阀可选用带弹簧的，此时的密封性能比不带弹簧的要好。

(3)旋启式止回阀的最小通径一般为DN>50，可用于水平管道或垂直管道(流体必须自下而上)，但容易引起水锤现象。双瓣式止回阀（Disc）通常为对夹式，是最节省空间的止回阀，便于管路布置，特别是在大口径上应用广泛。由于普通旋启式止回阀（单瓣式）的阀瓣不能全开到90°，有一定的流阻，所以在工艺需要时，可以提出特殊要求（要求阀瓣全开打开）或 Y 型可以使用。提起止回阀。

(4)在可能出现水锤的情况下，可考虑带有缓闭装置和阻尼机构的止回阀。这种阀门利用管路中的介质起缓冲作用，当止回阀关闭时，可消除或减轻水锤，保护管路，防止泵倒流。

5.6 旋塞阀的选择

(1)由于制造问题，不宜选用DN>250的无润滑旋塞阀。

(2)当要求阀腔内不积液时，宜选用旋塞阀。

(3)当软密封球阀的密封性不能满足要求时，如发生内漏，可用旋塞阀代替。

(4)对于某些工况，温度变化频繁，不能使用普通旋塞阀。热循环过程中填料的长期收缩会导致阀杆泄漏，因为温度变化会导致阀门组件和密封元件的膨胀和收缩差异。这时候就要考虑特殊的旋塞阀，比如XOMOX系列，国内不能生产。

5.7 球阀的选择

(1) 上装式球阀可在线维修。三件式一般用于螺纹和承插焊连接的球阀。

(2)当管道有直通球系统时，只能采用全通径球阀。

(3)软密封的密封效果比硬密封好，但不能在高温下使用(各种非金属密封材料的耐温性能不一样)。

(4)不得用于不允许在阀腔内积液的场合。

5.8蝶阀的选用

(1)蝶阀两端需要拆卸时，宜选用螺纹凸耳或法兰蝶阀。

(2)中线蝶阀最小通径一般为DN50；偏心蝶阀的最小通径一般为DN80。

(3) 采用三偏心四氟阀座蝶阀时，推荐采用U型阀座。

5.9 隔膜阀的选用

(1)直通式流体阻力小，隔膜启闭行程长，隔膜寿命不如堰式。

(2)堰式流体阻力大，隔膜启闭行程短，隔膜寿命优于直通式。

5.10 其他因素对阀门选型的影响

(1)当系统允许压降较小时，宜选用流体阻力小的阀型，如闸阀、直通球阀等。

(2)要求快速切断时，宜选用旋塞阀、球阀和蝶阀。对于小直径，应首选球阀。

(3)就地操作的阀门大多采用手轮，若离操作点有一定距离止回阀维修，可采用链轮或加长杆。

(4)对于粘性流体、浆液和含有固体颗粒的介质，宜选用旋塞阀、球阀或蝶阀。

(5)洁净系统一般采用旋塞阀、球阀、隔膜阀和蝶阀(需附加要求，如抛光要求、密封要求等)。

(6)压力等级超过(含)900级和DN≥50的阀门一般采用压力自紧式密封阀盖(Seal)；压力等级低于（含）600级的阀门采用螺栓连接的阀盖（Seal）），对于一些要求严格防止泄漏的工况，可以考虑采用焊接阀盖。在一些低压常温的公用工程中，可采用螺纹接头阀盖（由壬），但一般不采用这种结构。

(7)如果阀门需要保温或保冷，球阀和旋塞阀的手柄需要在与阀杆连接处相应加长，以避开阀门的隔热层，一般不超过150mm。

(8)小口径时，如果阀座在焊接和热处理时会发生变形，应选用阀体较长或末端管较短的阀门。

(9)低温系统(-46℃以下)的阀门(止回阀除外)宜采用加长阀盖颈结构。阀杆应进行相应的表面处理，以增加表面硬度，防止阀杆被填料和填料压盖划伤，影响密封。

选型时除考虑以上因素外，还应综合考虑工艺要求、安全性和经济性等因素，最终选择阀门形式。并且需要编写阀门数据表，一般阀门数据表应包含以下内容：

(1)阀门的名称、公称压力和公称通径。

(2)设计和检验标准。

(3) 阀门代号。

(4)阀门的结构形式、阀盖的结构形式和阀门的端接形式。

(5)阀壳材料、阀座和阀板密封面材料、阀杆和其他内部零件材料、填料、阀盖垫片和紧固件材料等。

(6)驱动方式。

（七）包装运输要求。

(8)内外防腐要求。

(9) 质量要求和备件要求。

(10) 业主要求及其他特殊要求（如标志等）。

06丨结语

阀门在化学系统中起着重要作用。管道阀门的选择应根据管道中输送流体的相态（液体、蒸汽）、固体含量、压力、温度、腐蚀性能等因素综合考虑。此外，可靠无故障的运行、经济的成本和制造周期也是重要的考虑因素。

以往，在工程设计中选择阀门材料时，一般只考虑外壳材料，而忽略了内部零件等材料的选择。内件材料选用不当，往往会导致阀门内部密封、阀杆填料密封和阀盖垫密封失效，影响使用寿命，使原本预期的使用效果无法实现。无法实现，很可能会发生事故。

从目前的情况来看，API阀门没有统一的标识代号，国标阀门虽然有一套标识方法，但不能明确标示内部零件和其他材料，以及其他特殊要求。因此，在工程项目中，应通过编制阀门数据表，对所需阀门进行详细说明。这为阀门的选型、采购、安装、调试和备件提供了便利，提高了工作效率，降低了出错的概率。