概述

　　氯氣作為氯堿化工的重要原料，用途極其廣泛。盡管氯氣為非易燃介質(zhì)，但如同氧氣一樣，氯氣對某些物質(zhì)的燃燒具有助燃作用，許多有機化學(xué)品極易和氯發(fā)生反應(yīng)，有時還會發(fā)生強烈的爆炸。當氯氣的濃度超過嗅覺的閾值時，隨著接觸時間的延續(xù)及濃度的增加，可能會因為窒息而導(dǎo)致死亡。而在濕氯環(huán)境，氯氣和水會生成鹽酸對閥門產(chǎn)生腐蝕。因此氯氣環(huán)境用閥門的安全性要求極高，對閥門的結(jié)構(gòu)、材料、試驗及包裝等提出了更為嚴格的要求。

　　2 氯氣常用閥門類型

　　2. 1 截止閥

　　截止閥由于屬于強制密封閥，并且閥腔中不會滯留介質(zhì)、閥桿為防飛出結(jié)構(gòu)、填料壓蓋可調(diào)節(jié)、密封面可以堆焊司太立或鑲嵌 PTFE，因此，干氯工況常選用截止閥。

　　但需要注意的是填料函結(jié)構(gòu)的設(shè)計，因為氯介質(zhì)可能由閥桿處逸散性泄漏并與潮濕空氣發(fā)生反應(yīng)，造成對閥桿的腐蝕。為此，可采用波紋管結(jié)構(gòu)或者將填料函加長并且使用石墨填料或者聚四氟乙烯填料，閥桿使用哈氏合金 C －276 和 C22 材料，采取這些措施可延長干氯環(huán)境下截止閥的使用壽命。

　　2. 2 球閥

　　球閥可實現(xiàn)緊急關(guān)斷，并且在全開時可提供小的流阻，而且比相同尺寸的旋塞閥容易操作，由于球閥是部分回轉(zhuǎn)設(shè)計，因而更有利于閥桿處的密封。

　　干氯環(huán)境用球閥應(yīng)該用防飛出閥桿結(jié)構(gòu)，并且填料處永久可調(diào)，盡管氟橡膠 O 型圈會用來做外部次級密封，但是推薦使用 PTFE 做主密封材料。美國氯氣協(xié)會出版物中要求干氯環(huán)境的球閥需有防靜電裝置，用來保證閥桿和閥體之間的電連續(xù)性。

　　用于液氯環(huán)境的球閥設(shè)計必須考慮超壓情況，當閥門關(guān)閉時，截留在閥門中腔的液氯會持續(xù)揮發(fā)，當揮發(fā)釋放的氣體壓力達到一定程度可能造成閥門承壓邊界失效，為解決這一問題，球體上應(yīng)開有泄壓孔并使其指向高壓端，或者采用自動泄放單活塞型(SPE)閥座。無論采用哪種泄壓結(jié)構(gòu)，閥體上必須注明壓力方向標識，箭頭指向低壓端，箭尾為高壓端即泄壓方向。

　　2. 3 旋塞閥

　　旋塞閥可以滿足氯介質(zhì)工況并且使用狀況良好，但是也同樣存在缺點。旋塞閥啟閉時操作轉(zhuǎn)矩需要平衡，并且密封性不好，與球閥一樣，旋塞閥也能提供緊急密封，部分回轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)使得閥門能夠獲得比直行程閥門更好的閥桿密封設(shè)計。旋塞閥的閥桿是防飛出設(shè)計而且填料可調(diào)節(jié)，通常密封材料為PTFE。

　　旋塞閥通常為縮頸，與球閥一樣，在關(guān)閉時會使內(nèi)腔滯留氯介質(zhì)，所以，旋塞體也要在高壓方向上留有泄放孔。

　　2. 4 軟密封高性能蝶閥

　　在氯介質(zhì)中，也可以用軟密封高性能蝶閥，尤其是大口徑場合，但這種閥門和 API 609 全襯蝶閥的結(jié)構(gòu)還是有所區(qū)別。氯環(huán)境軟密封高性能蝶閥的填料壓蓋應(yīng)設(shè)計成可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，閥座應(yīng)設(shè)計成一體式唇形密封結(jié)構(gòu)。

　　軟密封高性能蝶閥可提供緊急關(guān)斷功能，閥桿為部分回轉(zhuǎn)，使得閥門填料密封相對于多回轉(zhuǎn)閥門有了更長的使用壽命。

　　2. 5 全襯氟塑料蝶閥

　　全襯氟塑料蝶閥在干性和濕性氯環(huán)境中均適用，因為所有內(nèi)件都襯有聚四氟乙烯，所以閥門的金屬部分都不會與介質(zhì)接觸，全襯蝶閥的閥桿應(yīng)設(shè)計成防飛出結(jié)構(gòu)。

　　全襯蝶閥可提供緊急關(guān)斷功能，閥桿為部分回轉(zhuǎn)，使得閥門填料密封相對于多回轉(zhuǎn)閥門有了更長的使用壽命。

　　全襯聚四氟乙烯閥座的彈性由其下邊的一層氟橡膠實現(xiàn)，這層氟橡膠不與介質(zhì)接觸。

　　2. 6 偏心半球閥

　　這種閥門和傳統(tǒng)的球閥有很大區(qū)別，當閥門關(guān)閉時其中腔不會滯留介質(zhì)。閥座材料的選擇及其緊急關(guān)斷特性由實際應(yīng)用確定，該閥門在氯環(huán)境中通常用做調(diào)節(jié)閥。

　　2. 7 全襯球閥

　　全襯球閥在干性和濕性氯環(huán)境中均適用，因為所有內(nèi)件都襯有 PTFE，所以閥門的金屬部分不會與介質(zhì)接觸，該閥門可提供緊急關(guān)斷功能，閥桿為部分回轉(zhuǎn)，這樣使得閥門填料密封相對于多回轉(zhuǎn)閥門有了更長的使用壽命。全襯球閥的閥桿應(yīng)具有防飛出功能，填料壓蓋應(yīng)設(shè)計成可調(diào)結(jié)構(gòu)。填料通常選用PTFE。

　　全襯球閥只能應(yīng)用于氣體介質(zhì)。因為一旦用于液氯環(huán)境，滯留在閥腔中的液氯介質(zhì)持續(xù)揮發(fā)所引起的超壓情況由于無法泄壓而可能導(dǎo)致中腔承壓邊界失效，進而影響閥門安全運行。

　　2. 8 軌道球閥

　　這種閥門綜合了強制密封截止閥和全通徑球閥的特點，介質(zhì)不會在關(guān)閉過程中滯留在中腔內(nèi)。軌道球閥采用控軌螺栓和閥桿導(dǎo)向槽控制球體使其按設(shè)計軌跡旋轉(zhuǎn)及升降，實現(xiàn)閥門的無摩擦開啟和關(guān)閉，保證閥門低扭矩操作和長期可靠性。

　　2. 9 襯里旋塞閥

　　襯里旋塞閥在干性和濕性氯環(huán)境中均適用，可提供緊急關(guān)斷功能，閥桿為部分回轉(zhuǎn)，這樣使得閥門填料密封相對于直行程閥門有了更長的使用壽命。

　　襯里旋塞閥應(yīng)設(shè)計成旋塞和閥桿一體式防飛出閥桿結(jié)構(gòu)，填料壓蓋應(yīng)具有可調(diào)節(jié)功能，填料通常為聚四氟乙烯。

　　襯里旋塞閥通常為縮頸，與球閥一樣，在關(guān)閉時會使介質(zhì)滯留在閥腔，所以，旋塞體要在高壓方向上開有泄放孔。

　　3 氯環(huán)境閥門選型需要考慮的因素

　　選擇氯環(huán)境應(yīng)用閥門時，除了考慮流量因素外，還應(yīng)考慮以下因素。

　　3. 1 交變溫度工況

　　在溫度經(jīng)常大幅度變化的工況，一些特殊閥桿密封結(jié)構(gòu)及填料結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮選用波紋管或者活載荷填料。

　　3. 2 密封方向

　　如果工況要求雙向密封，應(yīng)避免選用單向密封的閥門。

　　3. 3 環(huán)境溫度

　　在選擇材料時，應(yīng)注意考慮環(huán)境溫度和工藝溫度。

　　3. 4 濕氯環(huán)境的潛在風(fēng)險

　　當閥門應(yīng)用干氯環(huán)境但有潛在的濕氯環(huán)境時，或者金屬部件已經(jīng)被腐蝕的情況下，選擇材料應(yīng)尤其慎重，例如，大部分的全襯旋塞閥和球閥的承壓件都是球墨鑄鐵，球墨鑄鐵可用在Ⅰ級工況下。但是對該級別來說，閥體和閥蓋的材料選擇必須按照閥門材質(zhì)選擇指南的規(guī)定，另外，閥門部件材質(zhì)的選擇必須夠滿設(shè)計壓力和設(shè)計溫度。

　　3. 5 節(jié)流

　　用于節(jié)流的閥門必須能夠適應(yīng)由高壓差所產(chǎn)生的低溫工況，當選擇閥門時，必須考慮所有可能產(chǎn)生低溫度下的工況。

　　閥門的設(shè)計必須保證不會發(fā)生閃蒸和氣蝕，這就需要變更內(nèi)件和更改流道尺寸來實現(xiàn)。

　　3. 6 固體雜質(zhì)和異物的潛在威脅

　　在某些工況下，干氯環(huán)境可能出現(xiàn)固體雜質(zhì)，從而影響閥門的密封性能。所以閥門的類型和部件材料必須要考慮進去。

　　在特殊情況下，氯化鐵和硫酸銨聚合物可能在閥門內(nèi)腔聚集，例如截止閥的閥瓣。為了防止這些顆粒聚合，建議對閥門定期吹掃以去除這些聚合物。

　　如果清掃時間間隔過長，聚合物會在閥門上硬化，使閥門失去緊急關(guān)斷的功能。即使閥門長時間未清掃，但經(jīng)過多次清掃后聚合物仍然可以被清掃而保證閥門的關(guān)斷。

　　3. 7 氯離子腐蝕

　　承受應(yīng)力腐蝕的閥門部件，或者因為泄漏而暴露于腐蝕環(huán)境的閥門部件，包括閥桿、閥瓣、緊固件和彈簧墊圈，都不能用 300 系列不銹鋼。

　　4 干氯環(huán)境用閥門及材料選擇、測試和包裝要求

　　4. 1 閥門選擇

　　表 1 給出了適用于干氯環(huán)境選擇閥門的要求。在特定工況下選用非表中推薦的其他類型閥門時，應(yīng)該在樣品經(jīng)過測試合格后并有可查的使用記錄才可以使用，以保證系統(tǒng)安全運行。

　　4. 2 干氯環(huán)境用閥門材料的選擇

　　表 2 中所列的材料經(jīng)實踐證明適用于干氯環(huán)境，在對干氯環(huán)境應(yīng)用閥門選材時可以參考，但并不意味著適用于氯介質(zhì)的非表列材料不能使用，選材時高等級材料可代替低等級材料。

　　4. 3 閥門測試

　　每臺閥門必須按照 API 598 進行性能試驗，殼體強度試驗按 1. 5 倍 38℃ 下壓力溫度額定值進行試驗，正負偏差不超過 25psig。用于干氯環(huán)境的閥門必須進行密封試驗，試驗介質(zhì)嚴禁用液體，必須用惰性氣體或者空氣，在保壓期間無泄漏。

　　4. 4 清潔和包裝

　　所有的金屬閥門必須進行脫脂、特殊清洗及干燥處理。閥門潤滑應(yīng)選用與氯具有相容性的潤滑脂，這樣才能使閥門適用于氯環(huán)境中，閥門包裝必須保證濕氣不能進入閥體中。在閥門安裝到管道上之前，用戶應(yīng)該注意保證包裝的完整性。

　　全襯閥門的部件必須經(jīng)過脫脂、特殊清洗及干燥處理后方可進行裝配，以滿足氯環(huán)境的使用要求，在經(jīng)過壓力試驗之后，旋塞閥、球閥和截止閥應(yīng)該解體重新對部件進行清洗和干燥，以去除腔體內(nèi)的水分。全襯蝶閥則無需這樣操作，但也應(yīng)該清洗和干燥。閥門試驗后應(yīng)將閥門包裝完好以保護襯里和內(nèi)件，襯里閥門不必進行防止?jié)駳飧g內(nèi)件的密封包裝。如果干燥工作沒有做好，非襯里的金屬閥門會被腐蝕。保護襯里閥門的關(guān)鍵是保證內(nèi)腔和法蘭面的干凈和干燥，并且一直持續(xù)到閥門安裝前，即便在安裝前，閥門還有可能在現(xiàn)場進行一次清洗和干燥處理。

　　5 結(jié)語

　　用于干氯環(huán)境中的閥門類型主要有截止閥、球閥、旋塞閥和蝶閥。應(yīng)用在氯環(huán)境的閥門不同于普通工況的閥門，每種閥門都需要針對干氯環(huán)境進行特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計。氯環(huán)境閥門結(jié)構(gòu)及材料都有特殊要求，是一種特殊設(shè)計的產(chǎn)品，必須引起制造商、供應(yīng)商、安裝公司和操作者足夠的重視，使得閥門能夠滿足氯環(huán)境運行的條件，保證閥門安全可靠運行。