1. 介绍
止回阀与截止阀 代表流体系统设计中的基本决策, 因为这两种阀门都被广泛使用，但用途不同.
虽然止回阀可自动防止逆流, 截止阀专为精确流量控制和可靠关闭而设计.
选择合适的阀门会影响系统效率, 安全, 能源消耗, 和维护要求.
本文对止回阀与截止阀进行了权威比较, 探索他们的工作原理, 类型, 材料选择, 优点和缺点, 和实际应用.
2. 什么是止回阀
一个 检查阀, 也称为 非返回阀, 是一个被动的, 单向流量控制装置，设计用于允许流体沿预定方向移动，同时自动防止回流.
与主动驱动阀门不同, 止回阀不需要外部电源, 纯粹操作于 流体动力学, 重力, 或弹簧辅助力.
这种简单性使其成为保护泵的关键组件, 压缩机, 和其他敏感设备免受逆流损坏, 以及维持整个工业流程的系统稳定性.
止回阀的设计和性能在以下准则中标准化： API 594, 其中包括法兰, 凸耳, 晶圆, 和对焊止回阀, 确保不同应用程序之间的一致性和可靠性.
主要功能
止回阀执行直接影响系统安全的多项关键功能, 效率, 和可靠性:
- 预防回流: 保护上游设备, 例如泵和压缩机, 因逆流造成的损坏, 包括泵叶轮逆转和气蚀.
- 污染控制: 防止工艺流混合——例如, 水处理厂中处理过的水无意中与原水混合.
- 压力维持: 通过阻止可能导致压降的逆流来维持系统压力, 浪涌, 或者系统不稳定.
工作原理
止回阀的操作是 由压差自动驱动:
- 向前流: 上游压力推动阀门的关闭元件 (光盘, 插头, 或球) 远离其座位, 克服重力或弹簧阻力, 允许液体通过.
- 反向流: 当上游压力低于下游压力, 关闭元件被压在阀座上, 形成紧密密封以防止回流.
开裂压力, 打开阀所需的最小上游压力, 是一个关键的设计参数. 例如:
- 旋启式止回阀: 1–5 psi, 低压的理想选择, 高流量系统.
- 弹簧辅助升降止回阀: 5–15 psi, 适用于高压或容易出现喘振的管道.
止回阀的类型
| 类型 | 设计功能 | 性能亮点 | 典型的应用 |
| 摇摆检查阀 | 铰接盘摆动打开; 重力辅助闭合 | CV ≈ 250 (2-英寸); ΔP <1 磅@ 100 GPM; 循环寿命: 100k–500k | 水分布, HVAC, 低压系统 |
| 提起检查阀 | 轴向盘垂直升降; 紧密关闭 | CV ≈ 200 (2-英寸); ΔP <3 磅@ 100 GPM; ANSI 等级 300–4500 | 高压管道, 油 & 气体, 锅炉给水 |
| 晶圆 / 双板止回阀 | 紧凑的三明治设计; 适合法兰之间 | CV ≈ 220 (2-英寸); 50% 减轻体重; 70% 占地面积更小 | 空间受限的化学品, 海军陆战队, 或工业系统 |
| 弹簧止回阀 | 弹簧辅助闭合; 减少猛烈抨击 | CV ≈ 180 (2-英寸); 开启压力 5–15 psi; 循环寿命 50k–200k | 垂直管道, 泵放电, 电涌敏感系统 |
止回阀的材料选择
选择合适的止回阀材料至关重要 确保耐用性, 耐腐蚀性, 侵蚀性, 和操作可靠性 在不同的压力下, 温度, 和流体化学.
| 成分 | 常见材料 | 温度范围 (°C) | 流体兼容性 | 选择注意事项 |
| 身体 | 碳钢 (ASTM A105), 316L不锈钢 (ASTM A351), 双工 2205 (ASTM A890) | -29 到 425, -269 到 815, -40 到 315 | 蒸汽, 油, 水, 化学物质, 海水 | 一般用途碳钢; 316L适用于腐蚀性介质; 双工 2205 适用于高强度和海上应用 |
| 闭合元素 (光盘 / 插头 / 皮瓣) | 碳钢 + 星际 6, 316L SS, PTFE涂层316L | 到 815 (星际), 到 815 (316l), 到 260 (ptfe) | 磨料浆, 腐蚀性流体, 卫生应用 | 堆焊 (星际) 用于侵蚀; 食品用聚四氟乙烯, 药物, 和低温流体 |
| 春天 | 302 不锈钢, Inconel X-750 | -200 到 315 (302 SS), -269 到 650 (Inconel X-750) | 水, 空气, 蒸汽, 燃气轮机 | 选择在工作温度和压力下保持弹性的材料; 高温应用需要铬镍铁合金 |
| 座位 / 海豹 | 金属 (星际, 不锈钢), 柔软的 (ptfe, 弹性体) | -200 到 450 | 高温流体, 腐蚀性媒体, 卫生服务 | 适用于紧密关闭和低压应用的软阀座; 用于高温或磨蚀性流体的金属阀座 |
优势
- 被动的, 运行可靠: 无需外部电源; MTBF 通常为 5-10 年.
- 低压下降: 大多数设计保持 ΔP <3 psi, 减少泵送能源和运营成本.
- 紧凑且经济高效: 晶圆和双板设计节省空间和安装时间; 初始成本明显低于截止阀.
- 简化维护: 活动部件少，可快速检查和检修 (1–2 小时，而截止阀则为 4-6 小时).
缺点
- 无流量调节: 无法调节流量; 仅适用于开/关服务.
- 流向敏感: 安装不当可能会立即导致故障.
- 水锤风险: 快速关闭摆动检查可能会产生噪音 >100 dB 和加速阀座/阀盘磨损.
- 湍流灵敏度: 需要上游直管长度 (5–10 直径) 以避免颤动和过早磨损.
止回阀的应用
止回阀广泛应用于以下系统： 防止回流, 安全, 和压力维持 很关键:
- 水处理: 防止处理过的水回流到原水箱, 确保过程安全并符合 EPA 标准.
- 油 & 气体: 提升止回阀可阻止井口和管道处的碳氢化合物回流, 降低火灾或爆炸的风险 (API 521 合规的).
- 发电: 锅炉给水和冷凝水回流管线中的弹簧止回阀可防止逆流和泵气蚀, 保持效率 >99%.
- 药物 & 卫生流程: 对夹式或双板止回阀 (316l, 电解抛光) 防止无菌或 API 生产线中的交叉污染.
- HVAC & 供水: 旋启式止回阀确保泵中的单向流动, 冷却系统, 和市政供水网络.
3. 什么是截止阀
一个 地球阀 是一种线性运动阀，主要设计用于 流量调节和强制关断.
其内部结构通常包括一个可移动的 光盘或插头 和一个固定的 座位,
允许精确控制流经阀体的流体流量.
与止回阀不同, 截止阀需要 手动或驱动操作, 使操作员能够调节流量或完全隔离管道系统的各个部分.
截止阀在以下标准中被广泛引用 API 602 (用于钢制截止阀) 和 ASME B16.34, 确保工业应用中的统一性能.
主要功能
截止阀专为精确设计, 服务三个关键流程角色:
- 流量节流: 将流速保持在严格的公差范围内 (±1–2%) 对于需要稳定性的过程 (例如。, 化学剂量, 汽轮机供汽).
- 压力调节: 将高入口压力降低至较低压力, 稳定的出口压力 (例如。, 1,000 psi至 100 用于保护下游设备的 psi).
- 开/关隔离: 提供紧密关闭 (ISO 5208 VI 级软密封设计) 用于危险或贵重流体 (例如。, 有毒化学品, 高纯度药品).
截止阀工作原理
它通过主动操作, 线性茎运动, 由执行器控制:
- 全开: 执行器缩回阀杆, 将阀瓣拉离阀座.
流体流经阀门的内部通道 (Z-, Y-, 或角形), 当阀瓣完全缩回时可达到最大流量. - 节流: 执行器部分伸出阀杆, 将阀瓣定位在打开和关闭之间的中间位置.
阀瓣和阀座之间的间隙决定流量 - 较小的间隙会减少流量并增加压降 (精心设计的监管功能). - 全封闭: 执行器完全伸出阀杆, 将阀瓣牢固地压在阀座上.
金属底座设计达到 ISO 标准 5208 IV级泄漏 (<0.01 cm³/min), 而软座设计达到 VI 级 (<0.0001 cm³/min).
截止阀的类型
截止阀的分类依据 流路径几何形状, 茎方向, 和功能要求, 允许工程师针对特定压力选择最佳设计, 流动, 和安装限制.
| 类型 | 设计功能 | 关键绩效指标 | 典型的应用 |
| 直通式截止阀 | 带 S 形流路的标准截止阀; 阀杆垂直 | Cv ≈ 20–150 (2-英寸); ΔP 高达 30 psi | 水中的一般节流和隔离, 蒸汽, 和化工管道 |
| 角球阀 | 流体从一侧进入并以 90° 退出; 单挡板设计 | Cv ≈ 18–140 (2-英寸); 减少湍流, 更容易排水 | 需要方向改变的系统, 例如化学或蒸汽管线 |
| Y型截止阀 | 阀杆和阀瓣以一定角度安装 (通常45°) 到座位; 直通流 | Cv ≈ 25–160 (2-英寸); 相比之下，ΔP 减少 20–30%. 直地球仪 | 高压或腐蚀性介质; 最大限度地减少流动阻力和能量损失 |
| 止回截止阀 | 结合了地球仪和支票功能; 可作为手动关闭或自动回流防止 | Cv ≈ 20–120 (2-英寸); 开启压力可调 | 需要隔离和回流保护的泵排放管线和关键工艺系统 |
| 平衡旋塞截止阀 | 设计用于平衡液压力的盘或塞, 减少阀杆推力 | Cv ≈ 30–200 (2-英寸); 适用于高压差 | 高压蒸汽, 化学注射, 以及驱动扭矩至关重要的大直径管道 |
| 膨胀座截止阀 | 阀座膨胀或移动以改善压力下的密封 | VI 级紧密关断 (ISO 5208) | 要求零泄漏的应用, 例如。, 高纯度化学和制药生产线 |
截止阀的材料选择
材料选择是截止阀设计的一个关键方面, 因为它直接影响 耐腐蚀性, 侵蚀性, 温度公差, 机械强度, 和长期可靠性.
| 成分 | 常见材料 | 温度范围 (°C) | 流体兼容性 | 选择注意事项 |
| 身体 / 引擎盖 | 碳钢 (ASTM A216 WCB), 316 SS (ASTM A351), 合金 20, 双工 2205 | -29 到 425, -269 到 815, -40 到 315 | 蒸汽, 水, 油, 酸, 化学物质 | 一般用途碳钢; 不锈钢耐腐蚀; 双相/合金 20 用于腐蚀性化学品 |
| 光盘 / 插头 | 316 SS, Stellite 6涂层碳钢, 莫内尔, Hastelloy | 到 815 | 磨料浆, 腐蚀性或高温流体 | 星际 6 用于抗侵蚀; 适用于高腐蚀性介质的蒙乃尔合金/哈氏合金 |
| 干 | 17-4 PHSS, 410 SS, Inconel X-750 | -200 到 650 | 高循环运行, 蒸汽, 化学液体 | 高强度, 低磨损材料; 对于驱动阀门至关重要 |
| 座位 / 海豹 | ptfe, 石墨, 灵活的石墨, 金属对金属 | -200 到 450 | 蒸汽, 化学物质, 高纯度流体 | 柔软的座椅 (ptfe, 石墨) 用于低温下的紧密关闭; 适用于高温和磨蚀性介质的金属阀座 |
| 包装 / 垫圈 | ptfe, 灵活的石墨, 螺旋缠绕 | -200 到 450 | 蒸汽, 化学, 高温流体 | 选择取决于温度, 压力, 和媒体; 确保无泄漏操作 |
优势
- 精确的流量控制: 提供卓越的节流能力和可预测的特性.
- 可靠关断: 可实现严密闭合 (金属对金属或软密封), 适合隔离和维护.
- 灵活的驱动: 与手册兼容, 电的, 气动, 或液压执行器.
- 耐高压 / 温度: 坚固的结构支持工业应用中的极端条件.
缺点
- 较高的压降: 与直通阀相比，流路几何形状导致较低的 Cv 和较高的 ΔP, 增加泵浦能量.
- 更大更重: 截止阀比同类止回阀更大更重, 增加安装空间和结构支撑要求.
- 手动的 / 需要致动: 不能像止回阀那样自动操作; 需要操作员或执行器干预.
- 更高的初始成本: 更多组件, 加工, 和材料使截止阀比类似尺寸的止回阀贵 50-70%.
截止阀的应用
截止阀广泛应用于需要 精确的流量控制, 可靠关断, 和压力管理:
- 化学 & 石化: 腐蚀性或反应性流体的节流和计量; 适用于腐蚀性介质的软座或合金装饰设计.
- 蒸汽 & 热系统: 锅炉给水, 蒸汽分布, 和热交换器;
Y 型或平衡阀塞设计可减少高压蒸汽中的驱动扭矩. - 发电: 给水, 冷水, 和辅助蒸汽控制; 确保紧密关闭和泵保护.
- 水 & 废水: 流量调节, 化学剂量, 和定向管道 (角地球仪) 泄漏最小.
- 药物 & 食物: 无菌或高纯度生产线; 316L不锈钢, 电解抛光, 用于 CIP 和预防交叉污染的软阀座.
- 油 & 气体: 管道注入, 压缩机排气, 和高压碳氢化合物管线; 停止检查变体结合了流量控制和回流预防.
4. 综合比较: 止回阀与截止阀
选择合适的阀门类型对于 系统效率, 可靠性, 和生命周期成本.
止回阀与截止阀具有不同的功能，并针对不同的操作要求进行了优化. 以下比较突出了它们的主要区别:
| 特征 / 方面 | 检查阀 | 地球阀 | 分析 / 含义 |
| 主要功能 | 自动的 防止回流 | 流量调节和关断 | 检查阀被动操作, 而截止阀提供手动或驱动控制 |
| 操作类型 | 被动的, 自动的 | 手动或驱动 | 止回阀不需要外部电源; 截止阀需要手轮或执行器 |
| 流动方向 | 仅限单向 | 可以实现双向流动，但专为受控流动而设计 | 止回阀不能节流; 截止阀可以精确调节流量 |
| 流控制 / 节流 | 不可能 | 优秀的节流能力 (线性或等百分比) | 截止阀是过程控制应用中的首选 |
| 压降 (ΔP) | 低的 (通常 <3 psi) | 由于 S 形流道而更高 | 止回阀最大限度地减少泵送能量; 截止阀增加 ΔP, 这可能需要更大的泵 |
| 关断性能 | 缓和 (金属或软座) | 可实现严格关断 (ISO 5208 VI类) | 截止阀提供更好的隔离, 对于维护和危险液体至关重要 |
| 对流量浪涌的响应 / 水锤 | 敏感的; 摇摆支票可能会猛击 | 不太敏感; 可以进行调制以防止浪涌 | 弹簧辅助止回阀减少撞击; 截止阀可以控制关闭以避免压力峰值 |
维护复杂性 |
简单的; 运动部件较少 (2–5 个组件) | 更复杂; 多个组件 (干, 光盘, 座位, 包装) | 止回阀的检查和维修速度更快; 截止阀需要更长的停机时间 |
| 安装注意事项 | 方向敏感; 节省空间 (晶圆/双板) | 占地面积更大; 方向灵活但需要支撑 | 止回阀必须遵循流量标记; 截止阀需要足够的间隙来进行阀杆操作 |
| 物质灵活性 | 碳钢, 不锈钢, 双工, PTFE涂层 | 碳钢, 不锈钢, 合金, 软/金属座椅 | 两者均可容纳高温和腐蚀性流体, 但截止阀通常需要更精确的阀内件材料来进行节流 |
| 典型的应用 | 泵放电, 锅炉给水, 水处理, 压缩空气, 卫生线 | 过程控制, 蒸汽, 化学剂量, 药物, 高压隔离 | 止回阀注重安全; 截止阀以控制为重点 |
| 成本 | 降低初始成本 (50–比截止阀少 70%) | 由于加工和部件的原因，初始成本较高 | 生命周期成本取决于功能; 截止阀可以减少受控过程中的操作损失 |
5. 结论
止回阀与截止阀是互补的, 不可互换. 使用 检查阀 当你需要自动, 被动防逆流保护 (泵保护, 不退货服务).
使用 地球阀 当你需要的时候 控制 流量或需要具有良好调制能力的正向关断.
正确选型需要注意水力性能 (Cv 和 ΔP), 瞬态行为 (水锤),
媒体特征 (侵蚀, 固体, 温度), 可维护性, 和生命周期成本.
当系统需要这两种功能时, 配对截止阀是常见的工程实践 (用于隔离/控制) 带止回阀 (用于防止回流) 下游或上游（视情况而定）.
常见问题解答
止回阀可以用来控制流量吗 (节流)?
否——止回阀是不能调节流量的开/关装置.
尝试用止回阀节流会导致阀瓣颤动 (穿) 且流量不一致. 使用截止阀进行节流应用.
截止阀可以防止回流吗?
是的——可以关闭截止阀以防止回流, 但它们不是为此目的而设计的.
止回阀更可靠 (被动的, 无需启动) 且具有成本效益的防回流措施.
使用截止阀作为止回阀会增加能源成本和维护需求.
哪种阀门会导致更大的压力损失——截止阀还是止回阀?
一般来说，截止阀会导致更大的压力损失 (IE。, 较低的CV) 优于相同公称尺寸的全通径或轴向止回阀.
精确值取决于阀门设计和阀内件; 始终使用制造商 Cv/ΔP 数据.
如何减少止回阀关闭时产生的水锤?
选项包括指定缓慢关闭或弹簧阻尼检查, 添加液压缓冲器/蓄能器, 安装稳压罐, 或控制驱动泵关闭曲线.
