氟塑料衬里阀门在热水系统应用

                          上海申弘阀门有限公司

    随着现代石油化工工业的快速发展，带动了衬里阀门的发展，早先年出现的衬橡胶、搪瓷阀门已不能满足日新月异的工业需要。人们在不断的寻求、zui合理的方法来解决这些工业需要，因此出现了各种材料的衬里阀门，其中衬氟塑料阀门是衬里阀门中的一朵奇葩。上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀,气动截止阀,电动蝶阀,气动蝶阀,电动球阀,气动球阀,电动闸阀,气动闸阀,电动调节阀,气动调节阀，减压阀。水力控制阀、真空阀门、衬胶阀门、衬氟阀门。在近二十年的生产使用中，不断发展，已成为现代石油化工业中应用zui广泛的阀门品种之一。衬氟塑料阀门历史

一、氟塑料性能特点 

衬氟塑料阀门(国外称为铁氟龙阀门)，在上世纪七十年代开始研发，由于阀门结构的特殊性，zui初的衬氟塑料阀门主要集中在旋塞阀与球阀几个结构简单品种，主要用于石化管道中强酸、强碱及溶剂类物质。 然而单纯用氟塑料制作的阀门是难以胜任温度较高、压力较高工况下工作的，必须另辟蹊径。人们在不断试验和实践中，利用氟塑料的可塑性加工原理，用钢铁做外壳，将氟塑料衬于壳体内，以隔绝钢铁金属与强腐蚀性介质的直接接触，这既解决了氟塑料的强度低，而不能承受高压的问题，又解决了钢铁材料不耐腐蚀的问题，成为当今世界发展zui快的一种复合型阀门材料。 
氟塑料是指分子结构含有氟原子的一类高分子合成材料的总称。它是一类含有氟的不饱和单体自聚合以及由氟不饱和单体共聚而成的一类合成树脂。 1934年Scherer、Schloffer首先发现聚三氟氯乙烯(PCTFE)。1938年Dupont公司研制出聚四氟乙烯，并于1949年实现工业化。继而英国的ICI、德国的Hoechse、日本的大金工业、意大利的Montefiaos等相继投产，我国于1958年在上海实现工业化生产。 
氟树脂的品种很多，根据分子中氟原子的个数来分有下列品种：聚氟乙烯(PVF)，简称F1；聚偏二氟乙烯(PVDF)，简称F2；聚三氟氯乙烯(PCTFE)，简称F3；聚四氟乙烯(PTFE)，简称F4；聚六氟丙烯，简称F6。含氟塑料的共聚物有以下品种：可溶性聚四氟乙烯，简称PFA，是由聚四氟乙烯与全氟烷基乙烯醚共聚所组成；聚全氟乙丙烯(FEP)简称F46，是四氟乙烯与六氟乙烯的共聚物；F42是四氟乙烯与偏二氟乙烯的共聚物简称；F40是四氟乙烯与乙烯的共聚物简称；F30是三氟氢乙烯与乙烯的共聚物简称；F23(又称3M)是偏二氟乙烯与三氟氯乙烯的共聚物简称。 
由于氟塑料分子结构中都有氟碳键及其屏蔽效应，故具有优良的耐腐蚀性、耐高(低)温性、非黏附性、电绝缘性等，又由于它们彼此间的结构上的差异，使其具有各自的特性，选用时要充分注意发挥不同品种氟塑料各自的优点。由于氟塑料的品种很多，这里仅介绍产量zui大，使用zui多的聚四氟乙烯以及它的两个改性产品：聚全氟乙丙烯和可熔性聚四氟乙烯。

很短，真正大规模生产还是近十年的事，所以还没有统一的专门的行业产品标准，一般生产企业都参照钢制阀门标准来设计制造。在生产实践中不断摸索、总结，制订企业标准，并按照企业标准来指导衬氟塑料阀门的设计、制造和试验。*，氟塑料是性能优越的热塑性材料，zui开始用于宇航工业，典型的聚四氟乙烯(PTFE)材料，具有优良的耐热性和耐寒性，可长期在-195℃～200℃范围内使用。低摩擦性和自润滑性非常好，还具有优良的电绝缘性和优异的化学稳定性，可耐各种强酸、强碱和强氧化剂的腐蚀，甚至可耐“王水”，有“塑料王”之称。由于氟塑料具有这些优异特性，所以特别适合做耐腐蚀性强的阀门材料。 

因为氟塑料的抗拉强度和硬度相对较低，不适宜单独做阀门壳体材料，所以通常作为衬里材料采用。衬氟塑料阀门的外壳材料，一般有灰铸铁、球墨铸铁、碳素钢、不锈钢。灰铸铁由于机械强度低，容易碎裂，现在使用较少
衬氟塑料阀门的设计压力，一般公称压力为PN≤2.5Mpa(150Lb),使用温度根据壳体材料和氟塑料的适用温度来确定。一般碳钢衬氟塑料阀门的工作温度为-29℃～180℃。 

各类衬氟塑料阀门的公称通径，可根据本企业的生产条件而定，表1所列衬氟塑料阀门的公称通径可作参照。 

各类衬氟塑料阀门的技术条件可参照相应金属阀门的技术条件或设计规范。如: 

a.衬氟塑料闸阀的技术要求参照采用GB/T 12234 的规定。 

b.衬氟塑料截止阀和升降式止回阀的技术要求参照采用GB/T 12235 的规定。 

c.衬氟塑料止回阀的技术要求参照采用GB/T 12236 的规定。 

d.衬氟塑料球阀的技术要求参照采用GB/T 12237 的规定。 

e.衬氟塑料蝶阀的技术要求参照采用GB/T 12238 的规定。 

f.衬氟塑料隔膜阀的技术要求参照采用GB/T 12239 的规定。 

g.衬氟塑料旋塞阀的技术要求参照采用GB/T 12240 的规定。 

由于衬氟塑料阀门有其自身的特点和要求。固此还必须满足下列技术要求：阀门壳体的zui小壁厚按照GB/T 12224标准中的规定，其压力等级按1.6 Mpa、2.5 Mpa选取，但此壁厚不包括衬里层厚度，衬里层厚度推荐采用表2的尺寸。也可按用户要求确定。 

2）法兰连接衬氟塑料阀门的结构长度按GB/T 12221 的规定，对夹连接衬氟塑料阀门的结构长度按GB/T 15188.2的规定。也可按用户的要求确定其结构长度。 

3）衬氟塑料阀门的法兰连接尺寸按GB/T 9113.1的规定或行业标准的规定。也可由用户在订货合同中确定。但不得采用焊接连接方式。 

4）衬氟塑料阀门通道尺寸可按表3推荐的尺寸，还可根据用户要求确定。对于阀门的可扫线性，可按用户要求给予满足。 

5）衬氟塑料阀门的手轮或板手上使用脱开力矩或轴力所需要的zui大的力应不超过360N。板手应不长于两倍的阀门结构长度。 

6）如果买方有要求，阀门应提供锁定机构。锁定机构应设计为在开启或关闭位置锁定阀门。 

7）配有手动或动力驱动装置的阀门应提供一个可见的位置指示器以指示关闭件的开启和关闭位置。对于旋塞阀和球阀，其板手或位置指示器，当阀门在开启的位置，应与管道在一直线上，当阀门在关闭位置，应横置于管道上。 

8）操作装置和阀杆加长装配应提供一种防止由阀杆或阀盖密封泄漏引起的在机构中压力聚集的方法。外部的连接应于以密封，例如用垫片或O型圈，以防止外介杂质进入机构。 

9）驱动装置可采用电动、液动、或气动方式；装置与阀盖或阀杆加长装置的连接面应设计成能防止零件的错误或不当的装配；传动装置的输出应不超过阀门的驱动链的zui大载荷能力。 

10）阀杆应设计有防喷出机构，以防止在阀杆填料或保护圈卸去后在内压下阀杆喷出。 

11）衬氟塑料阀门的内部设计： 

a. 常规阀门的设计，只需考虑阀门铸件的铸造工艺性和结构的合理就行了，对于衬氟塑料阀门来说，这还不够，还要考虑衬氟塑料的模压工艺性、生产成本、流道畅通等问题。 

例如截止阀，其S型的阀门壳体流道设计（图1），在铸造工艺性上没有什么问题，如果是衬氟塑料截止阀设计成这样的结构，衬氟塑料模压工艺将无法实现。为了满足衬氟塑料模压的工艺性要求、又符合截止阀的一般性能参数规范。此衬氟塑料截止阀应设计成如图2（a,b）的样式。 

又如球阀的球体与阀杆，蝶阀的蝶板与阀杆，常规阀门的设计是分开的，如图3（a，b）,如果衬氟塑料球阀和蝶阀采用这样的连接方式，衬氟工艺性没有什么问题但使用效果上有问题。受力部位在反复交变受力过程中，容易损坏衬里层，导致衬里层破坏，钢质骨架会受到腐蚀性介质的腐蚀而失效。从而缩短阀门使用寿命。所以，在设计中，通常设计成连体形，如图4（a，b），实践证明，这样的设计使用效果良好。 

b. 衬氟塑料阀门的内部设计形状应尽量简洁、要充分考虑模具制造的简易，模压工艺的合理，制造成本的低廉，并保证介质流动顺畅，要求衬里面平整，所有转角处呈圆弧过渡，圆弧半径R≥2mm. 

c. 衬氟塑料阀门的壳体内件如采用焊接方式，其焊缝应设计成连续焊，并且为对接焊缝。焊缝应符合GB/T 150的规定。 

d. 法兰面的衬氟塑料应设计成衬满密封面，并且有扣紧基体的设计结构，防止脱壳，如图（5） 

e. 衬里层厚度不得小于2mm。因为氟塑料是高分子材料，具有吸收少量与其接触的气体的特性。随着温度升高，材料体积膨胀，分子之间空隙增大，渗透吸收就加剧，只有适当增加厚度才能减少渗透。因此，在衬里层设计时采用增加厚度来弥补这一缺陷，经过试验、研究确定δ≥2mm较为合适。 

f. 衬里层的表面应当光滑平整，无气孔、裂纹、夹杂等缺陷。法兰的翻边处及其他转角处应色泽均匀，无泛白现象。 

12) 衬里材料必须符合相关材料标准的规定,其密度宜选用≥2.16g/cm3的氟塑料，且不允许有杂质存在。目前常用的氟塑料有：FEP(F46)、PFA、PTFE(F4)、F2等。当然，还有塑料PO、PE等。随着新型塑料工程材料的不断出现，将给衬里阀门增添更多的品种。 

13) 用于食品、医药、卫生级阀门衬里材料，还要求无毒、无菌、无杂质、清洁卫生的材料，严禁使用再生、回收材料，无牌号的材料。 

14) 全部的流程润湿零件，金属的、非金属的，和润滑脂，应适合由买方规定的使用介质和工况。 

15) 的连接螺栓应选用适合于阀门的工况和压力额定值的螺栓。 当然，还有很多设计和工艺方法能满足衬里阀门的特殊要求，如zui近发展起来的滚塑工艺、喷塑工艺，还有热喷涂陶瓷、纳米复合材料等新工艺、新技术、新材料在阀门衬里上的应用，并取得非常好的效果。这有待于同行的摸索、创新、总结、提高。与本文相关的论文有：矿山电动插板阀