开关/切断阀选型事项

阀门 · 2026-06-08

化工仪表选型

开关阀

动力源 · 阀体 · 执行机构 · 行程时间

依据 SH/T 3005—2016 第 10.3 节

工程科普图文

开关阀只有全开与全关两个工作位置，承担介质的切断与导通，不参与连续调节。它的选型逻辑与调节阀分道：不做口径计算、不做噪音计算，公称通径直接取与工艺管道相同（10.3.2.2）。下面按动力源、阀体、阀内件与阀盖、执行机构、行程时间的顺序展开。

一动力源选择

动力源由厂区可用的公用条件决定。有可靠仪表空气系统时首选气动开关阀；无仪表空气、但有一级负荷电力电源时选电动开关阀；工艺或转动设备有特殊要求时可选电液开关阀（10.3.1.1、10.3.1.2）。

图1 动力源按公用条件逐级判定

原理 · 为什么气动优先

气动单作用执行机构的弹簧本身储存了关闭能量，失气时无需外部动力即可回到安全位，故障安全是结构内禀的；电动则依赖供电的连续性，因此对电源等级提出一级负荷要求。

二阀体型式

球阀、闸阀、蝶阀都可用作开关阀，截止阀不宜选用。DN≤200 宜用球阀或闸阀；DN＞200 宜用闸阀、三偏心蝶阀或双偏心高性能蝶阀（10.3.2.1）。

图2 按公称通径划分的阀体型式

原理 · 截止阀为何被排除

截止阀的阀瓣垂直于流道升降，全开时流道仍被阀盖与导向结构遮挡，流阻大、启闭行程长；用于只需通断的场合既费力又占压降，因此让位给流道更顺直、启闭更快的旋转类阀门。

阀体执行 ASME B16.34，压力等级不低于 PN20（ASME CL150）；材质随配管材料等级，一般碳钢或低温碳钢，特殊介质用不锈钢、双相不锈钢或特种合金（10.3.2.3、10.3.2.4）。烃类等易燃介质的角行程阀首选法兰连接，DN＞300 时蝶阀及偏心旋转阀可用支耳（Lug）型，严禁无法兰对夹（Wafer）型（10.3.2.7）。阀体应满足 API 607 或 API 6FA 耐火试验（10.3.2.8）。

三阀内件与阀盖

阀内件用金属密封，配防火垫片与增强型柔性石墨填料；软阀座方案需保证火灾烧化后仍为金属对金属密封（10.3.3.1）。阀座及阀内件材质最低 316SS，必要时表面硬化（10.3.3.3）。作进出口总管开关阀时用双向密封型（10.3.3.2）；允许泄漏量按 GB/T 13927、GB/T 26480 或 API 598 验收（10.3.1.4）。阀芯由整块金属机加工或锻造，不得分段或中空，阀杆带防吹出装置（10.3.3.4）。

阀盖压力、温度额定值及材质与阀体一致，型式按 10.1.9 选取；填料宜用增强型柔性石墨（密度≥1360 kg/m³）并配上下密封环（10.3.4.2、10.3.4.5）。

原理 · 金属密封与耐火的耦合

开关阀常处于安全切断回路，火灾下软密封会熔失。要求金属对金属兜底，是为了让阀门在密封件被烧毁后仍维持切断能力，这正是 API 607／6FA 耐火试验所验证的工况。

四执行机构与故障安全

有可靠气源时用气动执行机构，故障安全方向由工艺给定的阀门故障安全位置确定。开关阀首选故障关型（FC）或故障开型（FO），两者都用弹簧返回单作用气缸、弹簧表面做防腐，失气时分别关闭或开启至安全位；仅当工艺特别要求保持原位时，才用故障保持型（FL），双作用气缸加储气罐，保位时间不低于 48 h（10.3.6.1、10.3.6.2）。

图3 FC／FO 首选与 FL 特例及气缸规格判据

气缸规格须保证在上游操作压力 P1 的 125% 或最大切断差压 ΔPmax 的 110%（取大值）下完成全行程；按仪表空气最低压力计算，无法确定时取 415 kPag（10.3.6.3、10.3.6.4）。输出力矩留 50% 安全系数，即不低于阀门最大扭矩的 1.5 倍；阀轴强度按执行机构最大扭矩的 1.15 倍选定（10.3.5.3、10.3.5.4）。

原理 · 两个余量为何不同

1.5 倍力矩余量留给执行机构，覆盖密封老化、结垢导致的扭矩上升；1.15 倍强度余量留给阀轴，保证即便执行机构发出最大扭矩，传动轴也不先于阀门破坏——把失效点控制在可预期的部位。

电磁阀宜直接作用式、孔径≥5.5 mm、316SS 阀体，24 V DC、功耗≤4 W；单作用配 2 位 3 通、双作用配 2 位 4 通或 5 通（10.3.6.9）。电气部分防爆等级匹配危险区，外壳防护不低于 IP65（10.3.5.10）。无气源时改用电动执行机构，由一级负荷电源供电，380 V AC 三相或 220 V AC 单相，整体智能型、红外非侵入设置（10.3.7.1、10.3.7.3）。

五行程时间窗口

行程时间既有上限也有下限。普通开关阀全行程时间不超过阀体尺寸（英寸）的 3 倍秒、不小于阀体尺寸（英寸）秒；紧急切断阀不超过 10 秒（10.3.5.5）。

图4 以阀体尺寸 D（英寸）标定的时间区间

原理 · 下限存在的意义

关得太快会在管道里激起水击与压力冲击，对阀座、阀杆和管系都是损伤。下限把启闭速度压在安全范围内，使切断既及时又不至于以瞬态冲击为代价。

结论选型主线

一条主线贯穿全程：先由公用条件定动力源，再由通径定阀体型式，最后让故障安全方向与行程时间服从工艺的切断要求。气动优先因为安全位是弹簧给的，金属密封兜底因为切断回路要扛得住火，时间窗口两端收口因为切断既要够快也不能制造冲击。把这三处判断点拿稳，开关阀的规格书就立得住。

本文条文编号均引自 SH/T 3005—2016《石油化工仪表选型设计规范》第 10.3 节。