摘要
       针对石油化工装置低温管道阀门容易发生流向安装错误的问题，通过分析低温闸阀、截止阀、球阀、蝶阀的结构特点，结合工艺设计要求，提出低温阀门的安装原则和要求，并从设计、制造、安装、运行管理等环节入手，探讨低温阀门流向安装易出现错误这一问题的解决方案，为石油化工装置建设过程中低温管道阀门的正确安装提供参考。
关键词    低温管道，低温阀门，阀门结构，阀门安装
       石油化工行业中的乙烯、丙烯、液化天然气等装置以及煤化工行业中的空分、净化等装置中存在大量的低温物料，用于输送低温物料的管道上使用的阀门包括低温闸阀、截止阀、止回阀、球阀、蝶阀等[1-4]。一般认为，工作温度低于-29℃的阀门称为低温阀门[5]。由于低温阀门的特殊结构特点，阀门在安装上也有特殊的要求，特别是流向的安装，需要根据阀门所处的位置及工艺要求进行分析确认，因此在项目建设过程中低温阀门流向安装错误的问题经常出现，导致阀门在使用过程中无法满足工艺设计的要求，甚至造成安全生产事故。究其原因，是因为对低温阀门的结构特点及工艺设计要求不甚了解，在设计、制造、安装、运行管理等环节未引起足够的重视。针对以上各类阀门的结构特点进行全面详细的分析，从设计、制造、安装、运行管理等方面，提出低温阀门的流向安装原则和要求，探讨低温阀门流向安装易发生错误问题的解决方案。
1 低温阀门的结构特点
        对于液化烃、液氮、液氨等低温介质，在阀门关闭时，受环境温度影响，当残留在阀腔的介质受热汽化时，体积急剧膨胀，使阀腔压力升高，如果不能及时将汽化的介质从阀腔内排出，在阀腔内压力升高到某一压力时，就有可能损坏阀门。因此，对于关闭时存在密闭阀腔的闸阀、球阀等低温阀门，需要在阀门上设置泄压装置，以避免出现阀腔超压的问题。
        由于输送介质的温度低，为避免阀门的填料因结冰造成密封失效，闸阀、截止阀、球阀、蝶阀的阀盖应设计成延长阀盖结构，以保证填料函底部的温度保持在0℃以上。延长阀盖的加长段指阀盖支承最上端至阀盖填料函底部之间的部分，升降式阀杆阀门（闸阀、截止阀）的较低阀盖衬套顶端至填料函底部之间的部分；四分之一转阀门（球阀、蝶阀）的较低阀盖轴承顶端到填料函底部的部分[6]。另外，为防止冷凝水进入延长阀盖的保温层，在阀盖加长颈部位设置滴水盘。
 1.1 低温闸阀
       闸阀是指由一个滑动的阀瓣或闸板通过阀杆由传动装置驱动，沿垂直于介质流向运动的阀门。闸阀具有双向密封、密封性能好、全开状态压降小、适用的口径及压力范围较宽等特点，在管道上主要用于切断介质，是工程中应用最广的阀门。
       低温闸阀具有双阀座，阀门关闭时阀腔内会形成密闭的空间，为避免低温闸阀出现阀腔超压的问题，通常采用在闸板上开泄压孔的方式来实现阀腔泄压的功能，泄压方向在开泄压孔的那一侧；由于在闸板上开了泄压孔，低温闸阀无法满足双向密封要求，只能实现单向密封，阀门关闭时，阀门的承压（密封）方向与泄压方向相反，因此低温闸阀要根据关闭时的承压方向确定安装方向。另外，低温闸阀具有延长阀盖结构，并设置滴水盘。
 1.2 低温截止阀
       截止阀是指启闭件（阀瓣）由阀杆带动，沿阀座（密封面）轴线作升降运动的阀门。截止阀的阀杆开启或关闭行程相对较短，而且具有可靠的切断功能，因此，非常适合作为切断使用，也适合作为调节或节流使用。截止阀属于阀瓣强制密封，开启和关闭时所需力较大，因此，对于大口径和高压管道一般不采用截止阀。
       低温截止阀属于单阀座密封，阀门关闭时阀腔内不会形成密闭的空间，因此不需要设置泄压装置。低温截止阀关闭时，阀门的承压（密封）方向与常温截止阀相同，没有特殊安装要求。低温截止阀具有延长阀盖结构，并设置滴水盘。
   1.3低温球阀
       球阀的启闭件是一个球体，利用球体绕阀杆的轴线旋转90°实现开启和关闭的目的。球阀具有双向密封、密封性能好、低流阻、结构紧凑、操作方便等特点。管道上主要用于切断、分配和改变介质流动方向，设计成“V”形开口的球阀还具有良好的流量调节功能。
       低温球阀具有双阀座，阀门关闭时阀腔内会形成密闭的空间，为避免低温球阀出现阀腔超压的问题，通常采用以下2种方式来实现阀腔泄压功能：①在球体上开泄压孔的方式，泄压方向在开泄压孔的那一侧；②通过设计泄压阀座来实现阀腔泄压，泄压方向可以是上游阀座方向，也可以是下游阀座方向。对于在球体上开泄压孔的低温球阀，无法满足双向密封的要求，只能实现单向密封，阀门关闭时，阀门的承压（密封）方向与泄压方向相反，因此低温球阀要根据关闭时的承压方向来确定安装方向。另外，低温球阀具有延长阀盖结构，并设置滴水盘。
 1.4 低温蝶阀
       蝶阀的启闭件是一个圆盘形的蝶板，在阀体内绕其自身的轴线旋转，从而达到启闭或调节。蝶阀具有结构简单、流阻小、启闭迅速、启闭力矩小、体积小、质量轻等特点，但密封性能相对于闸阀较差，常用于密封要求不是很高的大口径管道上。
       低温蝶阀关闭时阀腔内不会形成密闭的空间，因此不需要设置泄压装置。低温蝶阀关闭时，阀门的承压（密封）方向与常温蝶阀相同，没有特殊安装要求。低温蝶阀具有延长阀盖结构，并设置滴水盘。
2 低温阀门的安装要求
 2.1 阀杆的安装
       对于有延长阀盖的低温闸阀、截止阀、球阀、蝶阀宜安装在水平管道上，阀杆方向宜垂直向上[7]，如特殊原因无法实现阀杆垂直向上，则操作阀杆方向应与水平面成不小于45°，如图5所示。
2.2 阀门流向的安装要求
       对于低温截止阀、蝶阀这些没有阀腔泄压要求的低温阀门，其安装流向与常规的阀门一样，现场安装时按阀门的流向箭头标记安装即可。普通闸阀或球阀是双向都能密封的，因此阀门本体上通常是没有流向箭头标记的。但对于开了泄压孔或设置泄压阀座的低温闸阀、球阀，通常要求在阀体上标记泄压方向，泄压方向是指向承压侧的，值得注意的是，该方向不是阀门的安装方向或介质流向。
       在阀体上有泄压方向的箭头，并有“vent”文字标识。因此，现场安装阀门时，不能按阀体上的箭头与介质流向保持一致的原则来安装阀门。安装原则应该为：阀门安装后的泄压箭头应指向阀门关闭状态下压力高的一侧。因为此时阀门低压侧的密封面起主密封作用，如果泄孔处于低压侧，则介质会从高压侧通过泄压孔漏到低压侧，阀门无法正常密封。
       以简单的低温系统为例，对低温闸阀、低温球阀的泄压方向进行分析，低温系统中，低温阀门的泄压方向有以下4种情况：
  1）阀门V1：该阀门位于主管道，正常时阀门常开，当阀门关闭切断时，阀门上游为高压侧（以正常运行时介质流动方向的前、后顺序来定义上游、下游），下游没有介质为低压侧，因此阀门关闭时腔内压力应泄放到上游，如图7中所示泄压方向朝向上游。
  2）阀门V21、V22：该阀门位于调节阀的前、后，正常时阀门为常开，当需要检修调节阀时，则关闭阀门V21和V22，排净管内物料后拆下调节阀。阀门V21的上游有介质，下游联通大气，腔内的压力必须泄放到上游管道中，不得泄放到大气中，如图7中所示泄压方向朝向上游。阀门V22的上游连通大气，下游连接密闭管道，因此腔内的压力必须泄放到下游密闭管道中，不得泄放到大气中，如图7中所示泄压方向朝向下游。
  3）阀门V31、V32：该阀门与设备相连接，阀门关闭时，应将腔内的压力泄放到设备中，因此阀门V31的泄压方向朝向上游，阀门V32的泄压方向朝向下游。
  4）阀门V4：该阀门为导淋阀，阀门下游连通到大气，阀门关闭时，腔内的介质应泄放到管道中，不得泄放到大气中，如图7中所示泄压方向朝向上游。
3 解决方案探讨
       针对低温管道用闸阀、截止阀、球阀、蝶阀特殊安装要求，可从设计、制造、安装、运行管理等环节入手，采取相应措施，以确保低温阀门的正确安装。
 3.1 设计阶段
       在工艺设计时，对于闸阀、球阀等有中腔泄压要求的低温阀门，根据低温阀所在的位置、功能、启闭状态等，在绘制工艺及仪表流程图中将泄压方向在图中体现，可以在阀门处以箭头等方式表示泄压方向，如图7所示。在配管设计时，在三维软件中制定低温闸阀、球阀专用的图例符号，并在图例中标识泄压方向；绘制三维模型时，据工艺及仪表流程图的泄压方向要求，选用专用的图例符号，这样在导出管道轴测图时，就可以在轴测图中体现低温阀门的泄压方向信息，为后续的阀门施工安装提供依据。在编制阀门采购技术规格书时，对有泄压方向要求的低温阀门，要求制造厂家在阀体上铸出泄压方向，并在滴水盘等不易遮挡位置进行标识及说明，以便阀门安装后进行核查。在管道的设计说明中重点对有泄压方向要求的低温阀门进行说明，为后续的施工、运行管理提供依据。
 3.2 制造阶段
       对低温阀门进行单独分包采购，制造厂根据阀门采购技术规格书的要求，在阀体铸造时，应将有泄压方向要求的低温阀门的泄压方向在阀体上铸造出来，并在滴水盘等不易遮挡位置进行标识及说明。在提交的使用说明书中，应对低温阀门的安装，特别是安装方向的要求进行详细说明，为现场施工安装及后继的维修、更换等提供技术支撑。
 3.3 施工阶段
       低温阀门到货后，应进行逐台验货，重点核查泄压方向及标识是否正确，使用说明书等资料是否齐全。在现场压力、密封试验时，应结合低温阀门的泄压方向确定试验压力加载方向。检验试验合格后，应将低温阀门与其他阀门区分存放，并单独分发安装。阀门安装前应进行现场设计交底，对低温阀门的安装要求进行说明，交底应由设计、施工、监理及建设单位相关人员参加，并形成交底会议纪要。同时要求现场施工人员根据工艺及仪表流程图、轴测图中显示的阀门泄压方向信息，对照现场阀门阀体上的泄压箭头，正确的安装阀门。
 3.4 运行管理
       在装置“三查四定”阶段，应对有泄压方向要求的低温阀门进行逐一核查，确保泄压方向与工艺及仪表流程图、轴测图等设计文件一致。停车检修时，如需要对低温阀门进行拆卸维修或更换，在重新安装时，要根据设计文件、阀门标识及使用说明书的要求，再次对阀门的泄压方向进行确认，确保阀门泄压安装正确。
4 结束语
       石油化工装置常用的低温闸阀、截止阀、球阀及蝶阀具有延长阀盖、滴水盘等结构特点，其中对于具有密闭阀腔的闸阀、球阀等阀门，需要在阀门上设置泄压装置。对于有延长阀盖的低温阀门宜安装在水平管道上，或应在水平面上与水平面成不小于45°的方向操作阀杆。对于低温截止阀、蝶阀其安装流向与常规的阀门一样；低温闸阀、球阀具有泄压装置，阀门安装后的泄压箭头应指向阀门关闭状态下压力高的一侧。针对石油化工装置管道低温阀门容易发生流向安装错误的问题，建议从工艺和管道设计、阀门制造、安装施工、运行管理等环节入手，确保低温阀门的正确安装。

作者简介
李文盛，男，1981年6月出生，本科学历，高级工程师，2003年毕业于郑州大学材料科学与工程专业，现在中石化宁波工程有限公司工艺安装室从事管道材料设计工作。

参考文献
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[5] 吴军，蔡晓峰. 低温阀阀盖颈部长度与低温球阀安装方向探讨[J]. 化肥设计，2016，54（2）：15-19.
[6] GB／T 24925—2019. 低温阀门技术条件[S].
[7] SH／T 3012—201. 石油化工金属管道布置设计规范[S].