概述

　　氯气作(zuò)為(wèi)氯碱化工(gōng)的重要原料，用(yòng)途极其广泛。尽管氯气為(wèi)非易燃介质(zhì)，但如同氧气一样，氯气对某些物(wù)质(zhì)的燃烧具(jù)有(yǒu)助燃作(zuò)用(yòng)，许多(duō)有(yǒu)机化學(xué)品极易和氯发生反应，有(yǒu)时还会发生强烈的爆炸。当氯气的浓度超过嗅觉的阈值时，随着接触时间的延续及浓度的增加，可(kě)能(néng)会因為(wèi)窒息而导致死亡。而在湿氯环境，氯气和水会生成盐酸对阀门产(chǎn)生腐蚀。因此氯气环境用(yòng)阀门的安(ān)全性要求极高，对阀门的结构、材料、试验及包装(zhuāng)等提出了更為(wèi)严格的要求。

　　2 氯气常用(yòng)阀门类型

　　2. 1 截止阀

　　截止阀由于属于强制密封阀，并且阀腔中(zhōng)不会滞留介质(zhì)、阀杆為(wèi)防飞出结构、填料压盖可(kě)调节、密封面可(kě)以堆焊司太立或镶嵌 PTFE，因此，干氯工(gōng)况常选用(yòng)截止阀。

　　但需要注意的是填料函结构的设计，因為(wèi)氯介质(zhì)可(kě)能(néng)由阀杆处逸散性泄漏并与潮湿空气发生反应，造成对阀杆的腐蚀。為(wèi)此，可(kě)采用(yòng)波纹管结构或者将填料函加長(cháng)并且使用(yòng)石墨填料或者聚四氟乙烯填料，阀杆使用(yòng)哈氏合金 C －276 和 C22 材料，采取这些措施可(kě)延長(cháng)干氯环境下截止阀的使用(yòng)寿命。

　　2. 2 球阀

　　球阀可(kě)实现紧急关断，并且在全开时可(kě)提供小(xiǎo)的流阻，而且比相同尺寸的旋塞阀容易操作(zuò)，由于球阀是部分(fēn)回转设计，因而更有(yǒu)利于阀杆处的密封。

　　干氯环境用(yòng)球阀应该用(yòng)防飞出阀杆结构，并且填料处永久可(kě)调，尽管氟橡胶 O 型圈会用(yòng)来做外部次级密封，但是推荐使用(yòng) PTFE 做主密封材料。美國(guó)氯气协会出版物(wù)中(zhōng)要求干氯环境的球阀需有(yǒu)防静電(diàn)装(zhuāng)置，用(yòng)来保证阀杆和阀體(tǐ)之间的電(diàn)连续性。

　　用(yòng)于液氯环境的球阀设计必须考虑超压情况，当阀门关闭时，截留在阀门中(zhōng)腔的液氯会持续挥发，当挥发释放的气體(tǐ)压力达到一定程度可(kě)能(néng)造成阀门承压边界失效，為(wèi)解决这一问题，球體(tǐ)上应开有(yǒu)泄压孔并使其指向高压端，或者采用(yòng)自动泄放单活塞型(SPE)阀座。无论采用(yòng)哪种泄压结构，阀體(tǐ)上必须注明压力方向标识，箭头指向低压端，箭尾為(wèi)高压端即泄压方向。

　　2. 3 旋塞阀

　　旋塞阀可(kě)以满足氯介质(zhì)工(gōng)况并且使用(yòng)状况良好，但是也同样存在缺点。旋塞阀启闭时操作(zuò)转矩需要平衡，并且密封性不好，与球阀一样，旋塞阀也能(néng)提供紧急密封，部分(fēn)回转的结构使得阀门能(néng)够获得比直行程阀门更好的阀杆密封设计。旋塞阀的阀杆是防飞出设计而且填料可(kě)调节，通常密封材料為(wèi)PTFE。

　　旋塞阀通常為(wèi)缩颈，与球阀一样，在关闭时会使内腔滞留氯介质(zhì)，所以，旋塞體(tǐ)也要在高压方向上留有(yǒu)泄放孔。

　　2. 4 软密封高性能(néng)蝶阀

　　在氯介质(zhì)中(zhōng)，也可(kě)以用(yòng)软密封高性能(néng)蝶阀，尤其是大口径场合，但这种阀门和 API 609 全衬蝶阀的结构还是有(yǒu)所區(qū)别。氯环境软密封高性能(néng)蝶阀的填料压盖应设计成可(kě)调节结构，阀座应设计成一體(tǐ)式唇形密封结构。

　　软密封高性能(néng)蝶阀可(kě)提供紧急关断功能(néng)，阀杆為(wèi)部分(fēn)回转，使得阀门填料密封相对于多(duō)回转阀门有(yǒu)了更長(cháng)的使用(yòng)寿命。

　　2. 5 全衬氟塑料蝶阀

　　全衬氟塑料蝶阀在干性和湿性氯环境中(zhōng)均适用(yòng)，因為(wèi)所有(yǒu)内件都衬有(yǒu)聚四氟乙烯，所以阀门的金属部分(fēn)都不会与介质(zhì)接触，全衬蝶阀的阀杆应设计成防飞出结构。

　　全衬蝶阀可(kě)提供紧急关断功能(néng)，阀杆為(wèi)部分(fēn)回转，使得阀门填料密封相对于多(duō)回转阀门有(yǒu)了更長(cháng)的使用(yòng)寿命。

　　全衬聚四氟乙烯阀座的弹性由其下边的一层氟橡胶实现，这层氟橡胶不与介质(zhì)接触。

　　2. 6 偏心半球阀

　　这种阀门和传统的球阀有(yǒu)很(hěn)大區(qū)别，当阀门关闭时其中(zhōng)腔不会滞留介质(zhì)。阀座材料的选择及其紧急关断特性由实际应用(yòng)确定，该阀门在氯环境中(zhōng)通常用(yòng)做调节阀。

　　2. 7 全衬球阀

　　全衬球阀在干性和湿性氯环境中(zhōng)均适用(yòng)，因為(wèi)所有(yǒu)内件都衬有(yǒu) PTFE，所以阀门的金属部分(fēn)不会与介质(zhì)接触，该阀门可(kě)提供紧急关断功能(néng)，阀杆為(wèi)部分(fēn)回转，这样使得阀门填料密封相对于多(duō)回转阀门有(yǒu)了更長(cháng)的使用(yòng)寿命。全衬球阀的阀杆应具(jù)有(yǒu)防飞出功能(néng)，填料压盖应设计成可(kě)调结构。填料通常选用(yòng)PTFE。

　　全衬球阀只能(néng)应用(yòng)于气體(tǐ)介质(zhì)。因為(wèi)一旦用(yòng)于液氯环境，滞留在阀腔中(zhōng)的液氯介质(zhì)持续挥发所引起的超压情况由于无法泄压而可(kě)能(néng)导致中(zhōng)腔承压边界失效，进而影响阀门安(ān)全运行。

　　2. 8 轨道球阀

　　这种阀门综合了强制密封截止阀和全通径球阀的特点，介质(zhì)不会在关闭过程中(zhōng)滞留在中(zhōng)腔内。轨道球阀采用(yòng)控轨螺栓和阀杆导向槽控制球體(tǐ)使其按设计轨迹旋转及升降，实现阀门的无摩擦开启和关闭，保证阀门低扭矩操作(zuò)和長(cháng)期可(kě)靠性。

　　2. 9 衬里旋塞阀

　　衬里旋塞阀在干性和湿性氯环境中(zhōng)均适用(yòng)，可(kě)提供紧急关断功能(néng)，阀杆為(wèi)部分(fēn)回转，这样使得阀门填料密封相对于直行程阀门有(yǒu)了更長(cháng)的使用(yòng)寿命。

　　衬里旋塞阀应设计成旋塞和阀杆一體(tǐ)式防飞出阀杆结构，填料压盖应具(jù)有(yǒu)可(kě)调节功能(néng)，填料通常為(wèi)聚四氟乙烯。

　　衬里旋塞阀通常為(wèi)缩颈，与球阀一样，在关闭时会使介质(zhì)滞留在阀腔，所以，旋塞體(tǐ)要在高压方向上开有(yǒu)泄放孔。

　　3 氯环境阀门选型需要考虑的因素

　　选择氯环境应用(yòng)阀门时，除了考虑流量因素外，还应考虑以下因素。

　　3. 1 交变温度工(gōng)况

　　在温度经常大幅度变化的工(gōng)况，一些特殊阀杆密封结构及填料结构，应考虑选用(yòng)波纹管或者活载荷填料。

　　3. 2 密封方向

　　如果工(gōng)况要求双向密封，应避免选用(yòng)单向密封的阀门。

　　3. 3 环境温度

　　在选择材料时，应注意考虑环境温度和工(gōng)艺温度。

　　3. 4 湿氯环境的潜在风险

　　当阀门应用(yòng)干氯环境但有(yǒu)潜在的湿氯环境时，或者金属部件已经被腐蚀的情况下，选择材料应尤其慎重，例如，大部分(fēn)的全衬旋塞阀和球阀的承压件都是球墨铸铁，球墨铸铁可(kě)用(yòng)在Ⅰ级工(gōng)况下。但是对该级别来说，阀體(tǐ)和阀盖的材料选择必须按照阀门材质(zhì)选择指南的规定，另外，阀门部件材质(zhì)的选择必须够满设计压力和设计温度。

　　3. 5 节流

　　用(yòng)于节流的阀门必须能(néng)够适应由高压差所产(chǎn)生的低温工(gōng)况，当选择阀门时，必须考虑所有(yǒu)可(kě)能(néng)产(chǎn)生低温度下的工(gōng)况。

　　阀门的设计必须保证不会发生闪蒸和气蚀，这就需要变更内件和更改流道尺寸来实现。

　　3. 6 固體(tǐ)杂质(zhì)和异物(wù)的潜在威胁

　　在某些工(gōng)况下，干氯环境可(kě)能(néng)出现固體(tǐ)杂质(zhì)，从而影响阀门的密封性能(néng)。所以阀门的类型和部件材料必须要考虑进去。

　　在特殊情况下，氯化铁和硫酸铵聚合物(wù)可(kě)能(néng)在阀门内腔聚集，例如截止阀的阀瓣。為(wèi)了防止这些颗粒聚合，建议对阀门定期吹扫以去除这些聚合物(wù)。

　　如果清扫时间间隔过長(cháng)，聚合物(wù)会在阀门上硬化，使阀门失去紧急关断的功能(néng)。即使阀门長(cháng)时间未清扫，但经过多(duō)次清扫后聚合物(wù)仍然可(kě)以被清扫而保证阀门的关断。

　　3. 7 氯离子腐蚀

　　承受应力腐蚀的阀门部件，或者因為(wèi)泄漏而暴露于腐蚀环境的阀门部件，包括阀杆、阀瓣、紧固件和弹簧垫圈，都不能(néng)用(yòng) 300 系列不锈钢。

　　4 干氯环境用(yòng)阀门及材料选择、测试和包装(zhuāng)要求

　　4. 1 阀门选择

　　表 1 给出了适用(yòng)于干氯环境选择阀门的要求。在特定工(gōng)况下选用(yòng)非表中(zhōng)推荐的其他(tā)类型阀门时，应该在样品经过测试合格后并有(yǒu)可(kě)查的使用(yòng)记录才可(kě)以使用(yòng)，以保证系统安(ān)全运行。

　　4. 2 干氯环境用(yòng)阀门材料的选择

　　表 2 中(zhōng)所列的材料经实践证明适用(yòng)于干氯环境，在对干氯环境应用(yòng)阀门选材时可(kě)以参考，但并不意味着适用(yòng)于氯介质(zhì)的非表列材料不能(néng)使用(yòng)，选材时高等级材料可(kě)代替低等级材料。

　　4. 3 阀门测试

　　每台阀门必须按照 API 598 进行性能(néng)试验，壳體(tǐ)强度试验按 1. 5 倍 38℃ 下压力温度额定值进行试验，正负偏差不超过 25psig。用(yòng)于干氯环境的阀门必须进行密封试验，试验介质(zhì)严禁用(yòng)液體(tǐ)，必须用(yòng)惰性气體(tǐ)或者空气，在保压期间无泄漏。

　　4. 4 清洁和包装(zhuāng)

　　所有(yǒu)的金属阀门必须进行脱脂、特殊清洗及干燥处理(lǐ)。阀门润滑应选用(yòng)与氯具(jù)有(yǒu)相容性的润滑脂，这样才能(néng)使阀门适用(yòng)于氯环境中(zhōng)，阀门包装(zhuāng)必须保证湿气不能(néng)进入阀體(tǐ)中(zhōng)。在阀门安(ān)装(zhuāng)到管道上之前，用(yòng)户应该注意保证包装(zhuāng)的完整性。

　　全衬阀门的部件必须经过脱脂、特殊清洗及干燥处理(lǐ)后方可(kě)进行装(zhuāng)配，以满足氯环境的使用(yòng)要求，在经过压力试验之后，旋塞阀、球阀和截止阀应该解體(tǐ)重新(xīn)对部件进行清洗和干燥，以去除腔體(tǐ)内的水分(fēn)。全衬蝶阀则无需这样操作(zuò)，但也应该清洗和干燥。阀门试验后应将阀门包装(zhuāng)完好以保护衬里和内件，衬里阀门不必进行防止湿气腐蚀内件的密封包装(zhuāng)。如果干燥工(gōng)作(zuò)没有(yǒu)做好，非衬里的金属阀门会被腐蚀。保护衬里阀门的关键是保证内腔和法兰面的干净和干燥，并且一直持续到阀门安(ān)装(zhuāng)前，即便在安(ān)装(zhuāng)前，阀门还有(yǒu)可(kě)能(néng)在现场进行一次清洗和干燥处理(lǐ)。

　　5 结语

　　用(yòng)于干氯环境中(zhōng)的阀门类型主要有(yǒu)截止阀、球阀、旋塞阀和蝶阀。应用(yòng)在氯环境的阀门不同于普通工(gōng)况的阀门，每种阀门都需要针对干氯环境进行特殊结构设计。氯环境阀门结构及材料都有(yǒu)特殊要求，是一种特殊设计的产(chǎn)品，必须引起制造商(shāng)、供应商(shāng)、安(ān)装(zhuāng)公(gōng)司和操作(zuò)者足够的重视，使得阀门能(néng)够满足氯环境运行的条件，保证阀门安(ān)全可(kě)靠运行。