氟塑料襯里閥門在熱水系統(tǒng)應(yīng)用

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    隨著現(xiàn)代石油化工工業(yè)的快速發(fā)展，帶動(dòng)了襯里閥門的發(fā)展，早先年出現(xiàn)的襯橡膠、搪瓷閥門已不能滿足日新月異的工業(yè)需要。人們?cè)诓粩嗟膶で蟆ui合理的方法來解決這些工業(yè)需要，因此出現(xiàn)了各種材料的襯里閥門，其中襯氟塑料閥門是襯里閥門中的一朵奇葩。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動(dòng)截止閥,氣動(dòng)截止閥,電動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)蝶閥,電動(dòng)球閥,氣動(dòng)球閥,電動(dòng)閘閥,氣動(dòng)閘閥,電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，減壓閥。水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。在近二十年的生產(chǎn)使用中，不斷發(fā)展，已成為現(xiàn)代石油化工業(yè)中應(yīng)用zui廣泛的閥門品種之一。襯氟塑料閥門歷史

一、氟塑料性能特點(diǎn) 

襯氟塑料閥門(國外稱為鐵氟龍閥門)，在上世紀(jì)七十年代開始研發(fā)，由于閥門結(jié)構(gòu)的特殊性，zui初的襯氟塑料閥門主要集中在旋塞閥與球閥幾個(gè)結(jié)構(gòu)簡單品種，主要用于石化管道中強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及溶劑類物質(zhì)。 然而單純用氟塑料制作的閥門是難以勝任溫度較高、壓力較高工況下工作的，必須另辟蹊徑。人們?cè)诓粩嘣囼?yàn)和實(shí)踐中，利用氟塑料的可塑性加工原理，用鋼鐵做外殼，將氟塑料襯于殼體內(nèi)，以隔絕鋼鐵金屬與強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的直接接觸，這既解決了氟塑料的強(qiáng)度低，而不能承受高壓的問題，又解決了鋼鐵材料不耐腐蝕的問題，成為當(dāng)今世界發(fā)展zui快的一種復(fù)合型閥門材料。 
氟塑料是指分子結(jié)構(gòu)含有氟原子的一類高分子合成材料的總稱。它是一類含有氟的不飽和單體自聚合以及由氟不飽和單體共聚而成的一類合成樹脂。 1934年Scherer、Schloffer首先發(fā)現(xiàn)聚三氟氯乙烯(PCTFE)。1938年Dupont公司研制出聚四氟乙烯，并于1949年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。繼而英國的ICI、德國的Hoechse、日本的大金工業(yè)、意大利的Montefiaos等相繼投產(chǎn)，我國于1958年在上海實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。 
氟樹脂的品種很多，根據(jù)分子中氟原子的個(gè)數(shù)來分有下列品種：聚氟乙烯(PVF)，簡稱F1；聚偏二氟乙烯(PVDF)，簡稱F2；聚三氟氯乙烯(PCTFE)，簡稱F3；聚四氟乙烯(PTFE)，簡稱F4；聚六氟丙烯，簡稱F6。含氟塑料的共聚物有以下品種：可溶性聚四氟乙烯，簡稱PFA，是由聚四氟乙烯與全氟烷基乙烯醚共聚所組成；聚全氟乙丙烯(FEP)簡稱F46，是四氟乙烯與六氟乙烯的共聚物；F42是四氟乙烯與偏二氟乙烯的共聚物簡稱；F40是四氟乙烯與乙烯的共聚物簡稱；F30是三氟氫乙烯與乙烯的共聚物簡稱；F23(又稱3M)是偏二氟乙烯與三氟氯乙烯的共聚物簡稱。 
由于氟塑料分子結(jié)構(gòu)中都有氟碳鍵及其屏蔽效應(yīng)，故具有優(yōu)良的耐腐蝕性、耐高(低)溫性、非黏附性、電絕緣性等，又由于它們彼此間的結(jié)構(gòu)上的差異，使其具有各自的特性，選用時(shí)要充分注意發(fā)揮不同品種氟塑料各自的優(yōu)點(diǎn)。由于氟塑料的品種很多，這里僅介紹產(chǎn)量zui大，使用zui多的聚四氟乙烯以及它的兩個(gè)改性產(chǎn)品：聚全氟乙丙烯和可熔性聚四氟乙烯。

很短，真正大規(guī)模生產(chǎn)還是近十年的事，所以還沒有統(tǒng)一的專門的行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，一般生產(chǎn)企業(yè)都參照鋼制閥門標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)制造。在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷摸索、總結(jié)，制訂企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來指導(dǎo)襯氟塑料閥門的設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)。*，氟塑料是性能*的熱塑性材料，zui開始用于宇航工業(yè)，典型的聚四氟乙烯(PTFE)材料，具有優(yōu)良的耐熱性和耐寒性，可長期在-195℃～200℃范圍內(nèi)使用。低摩擦性和自潤滑性非常好，還具有優(yōu)良的電絕緣性和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，可耐各種強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和強(qiáng)氧化劑的腐蝕，甚至可耐“王水”，有“塑料王”之稱。由于氟塑料具有這些優(yōu)異特性，所以特別適合做耐腐蝕性強(qiáng)的閥門材料。 

因?yàn)榉芰系目估瓘?qiáng)度和硬度相對(duì)較低，不適宜單獨(dú)做閥門殼體材料，所以通常作為襯里材料采用。襯氟塑料閥門的外殼材料，一般有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、碳素鋼、不銹鋼。灰鑄鐵由于機(jī)械強(qiáng)度低，容易碎裂，現(xiàn)在使用較少
襯氟塑料閥門的設(shè)計(jì)壓力，一般公稱壓力為PN≤2.5Mpa(150Lb),使用溫度根據(jù)殼體材料和氟塑料的適用溫度來確定。一般碳鋼襯氟塑料閥門的工作溫度為-29℃～180℃。 

各類襯氟塑料閥門的公稱通徑，可根據(jù)本企業(yè)的生產(chǎn)條件而定，表1所列襯氟塑料閥門的公稱通徑可作參照。 

各類襯氟塑料閥門的技術(shù)條件可參照相應(yīng)金屬閥門的技術(shù)條件或設(shè)計(jì)規(guī)范。如: 

a.襯氟塑料閘閥的技術(shù)要求參照采用GB/T 12234 的規(guī)定。 

b.襯氟塑料截止閥和升降式止回閥的技術(shù)要求參照采用GB/T 12235 的規(guī)定。 

c.襯氟塑料止回閥的技術(shù)要求參照采用GB/T 12236 的規(guī)定。 

d.襯氟塑料球閥的技術(shù)要求參照采用GB/T 12237 的規(guī)定。 

e.襯氟塑料蝶閥的技術(shù)要求參照采用GB/T 12238 的規(guī)定。 

f.襯氟塑料隔膜閥的技術(shù)要求參照采用GB/T 12239 的規(guī)定。 

g.襯氟塑料旋塞閥的技術(shù)要求參照采用GB/T 12240 的規(guī)定。 

由于襯氟塑料閥門有其自身的特點(diǎn)和要求。固此還必須滿足下列技術(shù)要求：閥門殼體的zui小壁厚按照GB/T 12224標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，其壓力等級(jí)按1.6 Mpa、2.5 Mpa選取，但此壁厚不包括襯里層厚度，襯里層厚度推薦采用表2的尺寸。也可按用戶要求確定。 

2）法蘭連接襯氟塑料閥門的結(jié)構(gòu)長度按GB/T 12221 的規(guī)定，對(duì)夾連接襯氟塑料閥門的結(jié)構(gòu)長度按GB/T 15188.2的規(guī)定。也可按用戶的要求確定其結(jié)構(gòu)長度。 

3）襯氟塑料閥門的法蘭連接尺寸按GB/T 9113.1的規(guī)定或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。也可由用戶在訂貨合同中確定。但不得采用焊接連接方式。 

4）襯氟塑料閥門通道尺寸可按表3推薦的尺寸，還可根據(jù)用戶要求確定。對(duì)于閥門的可掃線性，可按用戶要求給予滿足。 

5）襯氟塑料閥門的手輪或板手上使用脫開力矩或軸力所需要的zui大的力應(yīng)不超過360N。板手應(yīng)不長于兩倍的閥門結(jié)構(gòu)長度。 

6）如果買方有要求，閥門應(yīng)提供鎖定機(jī)構(gòu)。鎖定機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)為在開啟或關(guān)閉位置鎖定閥門。 

7）配有手動(dòng)或動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置的閥門應(yīng)提供一個(gè)可見的位置指示器以指示關(guān)閉件的開啟和關(guān)閉位置。對(duì)于旋塞閥和球閥，其板手或位置指示器，當(dāng)閥門在開啟的位置，應(yīng)與管道在一直線上，當(dāng)閥門在關(guān)閉位置，應(yīng)橫置于管道上。 

8）操作裝置和閥桿加長裝配應(yīng)提供一種防止由閥桿或閥蓋密封泄漏引起的在機(jī)構(gòu)中壓力聚集的方法。外部的連接應(yīng)于以密封，例如用墊片或O型圈，以防止外介雜質(zhì)進(jìn)入機(jī)構(gòu)。 

9）驅(qū)動(dòng)裝置可采用電動(dòng)、液動(dòng)、或氣動(dòng)方式；裝置與閥蓋或閥桿加長裝置的連接面應(yīng)設(shè)計(jì)成能防止零件的錯(cuò)誤或不當(dāng)?shù)难b配；傳動(dòng)裝置的輸出應(yīng)不超過閥門的驅(qū)動(dòng)鏈的zui大載荷能力。 

10）閥桿應(yīng)設(shè)計(jì)有防噴出機(jī)構(gòu)，以防止在閥桿填料或保護(hù)圈卸去后在內(nèi)壓下閥桿噴出。 

11）襯氟塑料閥門的內(nèi)部設(shè)計(jì)： 

a. 常規(guī)閥門的設(shè)計(jì)，只需考慮閥門鑄件的鑄造工藝性和結(jié)構(gòu)的合理就行了，對(duì)于襯氟塑料閥門來說，這還不夠，還要考慮襯氟塑料的模壓工藝性、生產(chǎn)成本、流道暢通等問題。 

例如截止閥，其S型的閥門殼體流道設(shè)計(jì)（圖1），在鑄造工藝性上沒有什么問題，如果是襯氟塑料截止閥設(shè)計(jì)成這樣的結(jié)構(gòu)，襯氟塑料模壓工藝將無法實(shí)現(xiàn)。為了滿足襯氟塑料模壓的工藝性要求、又符合截止閥的一般性能參數(shù)規(guī)范。此襯氟塑料截止閥應(yīng)設(shè)計(jì)成如圖2（a,b）的樣式。 

又如球閥的球體與閥桿，蝶閥的蝶板與閥桿，常規(guī)閥門的設(shè)計(jì)是分開的，如圖3（a，b）,如果襯氟塑料球閥和蝶閥采用這樣的連接方式，襯氟工藝性沒有什么問題但使用效果上有問題。受力部位在反復(fù)交變受力過程中，容易損壞襯里層，導(dǎo)致襯里層破壞，鋼質(zhì)骨架會(huì)受到腐蝕性介質(zhì)的腐蝕而失效。從而縮短閥門使用壽命。所以，在設(shè)計(jì)中，通常設(shè)計(jì)成連體形，如圖4（a，b），實(shí)踐證明，這樣的設(shè)計(jì)使用效果良好。 

b. 襯氟塑料閥門的內(nèi)部設(shè)計(jì)形狀應(yīng)盡量簡潔、要充分考慮模具制造的簡易，模壓工藝的合理，制造成本的低廉，并保證介質(zhì)流動(dòng)順暢，要求襯里面平整，所有轉(zhuǎn)角處呈圓弧過渡，圓弧半徑R≥2mm. 

c. 襯氟塑料閥門的殼體內(nèi)件如采用焊接方式，其焊縫應(yīng)設(shè)計(jì)成連續(xù)焊，并且為對(duì)接焊縫。焊縫應(yīng)符合GB/T 150的規(guī)定。 

d. 法蘭面的襯氟塑料應(yīng)設(shè)計(jì)成襯滿密封面，并且有扣緊基體的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，防止脫殼，如圖（5） 

e. 襯里層厚度不得小于2mm。因?yàn)榉芰鲜歉叻肿硬牧希哂形丈倭颗c其接觸的氣體的特性。隨著溫度升高，材料體積膨脹，分子之間空隙增大，滲透吸收就加劇，只有適當(dāng)增加厚度才能減少滲透。因此，在襯里層設(shè)計(jì)時(shí)采用增加厚度來彌補(bǔ)這一缺陷，經(jīng)過試驗(yàn)、研究確定δ≥2mm較為合適。 

f. 襯里層的表面應(yīng)當(dāng)光滑平整，無氣孔、裂紋、夾雜等缺陷。法蘭的翻邊處及其他轉(zhuǎn)角處應(yīng)色澤均勻，無泛白現(xiàn)象。 

12) 襯里材料必須符合相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,其密度宜選用≥2.16g/cm3的氟塑料，且不允許有雜質(zhì)存在。目前常用的氟塑料有：FEP(F46)、PFA、PTFE(F4)、F2等。當(dāng)然，還有塑料PO、PE等。隨著新型塑料工程材料的不斷出現(xiàn)，將給襯里閥門增添更多的品種。 

13) 用于食品、醫(yī)藥、衛(wèi)生級(jí)閥門襯里材料，還要求無毒、無菌、無雜質(zhì)、清潔衛(wèi)生的材料，嚴(yán)禁使用再生、回收材料，無牌號(hào)的材料。 

14) 全部的流程潤濕零件，金屬的、非金屬的，和潤滑脂，應(yīng)適合由買方規(guī)定的使用介質(zhì)和工況。 

15) 的連接螺栓應(yīng)選用適合于閥門的工況和壓力額定值的螺栓。 當(dāng)然，還有很多設(shè)計(jì)和工藝方法能滿足襯里閥門的特殊要求，如zui近發(fā)展起來的滾塑工藝、噴塑工藝，還有熱噴涂陶瓷、納米復(fù)合材料等新工藝、新技術(shù)、新材料在閥門襯里上的應(yīng)用，并取得非常好的效果。這有待于同行的摸索、創(chuàng)新、總結(jié)、提高。與本文相關(guān)的論文有：礦山電動(dòng)插板閥