閥門是壓力管道中的重要組成部件之一，用于啟閉、節流和保障管道及設備的安全運行等。閥門是管道元件中相對較復雜的一個元件，它一般是由多個零部件裝配而成的組合件，因此它的技術含量較高。工程上應用的閥門種類很多，常用的閥門有閘閥、截止閥、止回閥、球閥、蝶閥、疏水閥、安全閥、調節閥等。
其它管道設備如膨脹節、過濾器、視鏡、阻火器等也都是由多個零件組成的一個組合件，技術相對也較復雜。如何正確選用閥門及其它管道設備是一個比較復雜的問題，本章僅以API閥門為例就這個問題進行論述。
一、對閥門的一般要求
1、閥門的質量
閥門的質量主要應從以下幾個方面考核：
a、內漏問題
是否有內漏或內漏的大小是衡量一個閥門質量的主要技術指標。一般的石油化工生產過程中，處理的介質大都是可燃、易燃、易爆、有毒的介質，閥門關閉時，希望通過閥板的泄漏（即內漏）越少越好，甚至有些介質的泄漏要求為零。常用的評判閥門內漏的標準有API598、ANSI B16.104和ZBJ16006。
ZBJ16006《閥門的試驗與檢驗》標準對閥門出廠前的要求是這樣規定的：閥門出廠前應進行殼體壓力試驗和密封試驗。殼體壓力試驗一般采用溫度不超過52℃的水或粘度不大于水的非腐蝕性流體作為試驗介質，以38℃時的1.5倍公稱壓力值進行。密封試驗一般包括上密封、低壓密封和高壓密封試驗，對具有上密封結構的閥門如閘閥和截止閥才進行上密封試驗。低壓密封試驗一般采用空氣或惰性氣體、以0.5MPa～0.7MPa的壓力進行。高壓密封試驗和上密封試驗一般也采用空氣或惰性氣體、以1.1倍的公稱壓力值進行。
ZBJ16006標準同時規定了閥門密封試驗的保壓時間、泄漏檢驗方法和允許的泄漏量，詳細規定可參閱該標準內容。值得一提的是，ZBJ16006標準等效采用了API598標準，是一個比較嚴格而且使用的標準。
b、外漏問題
外漏是指通過閥桿填料和閥蓋墊片處的介質外泄漏。它同樣是衡量閥門好壞的一個重要指標。對有些介質，外漏的要求甚至比內漏要求更嚴格，因為它直接泄入大氣，會直接引起事故或造成人身傷害。對于這種情況，有時不得不采用波紋管密封閥或隔膜閥來保證閥門的外漏為零。限制外漏的標準目前大多數采用美國環保局的限定：即不超過500PPm¶。
注¶：它是通過將一個盛有惰性氣體的特制氣囊置于泄漏點，并在規定時間內再移走氣囊，然后測量氣囊內的泄漏
介質濃度，并以此來判斷泄漏點的泄漏量。
c、材料質量
材料質量是衡量閥門強度可靠性和使用壽命的一個重要指標。眾所周知，大多數DN≥50的閥門都是鑄造閥體，如果鑄造質量不好，會直接影響到閥門的可靠性和使用壽命。ASTM和我國的材料標準通常情況下的要求都是比較低的，為了保證在苛刻情況下材料能較好地適應操作條件的要求，這些標準中都設置了許多選擇性附加檢驗項目，設計人員如何根據使用條件來選擇這些附加項目是一個技術性很強的問題，如果要求不當，會無意義地增加基建投資。
2、API閥門的優點
自九十年代初，國產API閥門在我國石化行業中開始使用以來，現在已得到廣泛應用。生產API閥門的廠家也普遍開花，已取得API認證的制造廠就達十余家之多。實踐證明，API閥門與JB閥門相比有許多優點，因此，目前大外徑系列的管道中一般都采用API閥門。我國于90年代初也推出了與API閥門等效的GB閥門，但因種種原因并沒有推開。總的說來，與JB閥門相比，API閥門主要有以下優點：
a、結構設計合理。例如，它的DN≥50閘閥采用了彈性閘板結構，它能在高溫不均勻熱膨脹或制造精度較差的情況下自動調整與閥座的密封面配合，從而可防止抱死，并減少內漏；
b、標準比較齊全、配套；
c、有一個專門的質量和產品認證機構。
3、閥門型式的選用
閥門型式的選用是材料工程師的重點工作內容之一，也是難點之一，它要求材料工程師不僅應對常用閥門的結構型式、性能特點、相關標準等比較熟悉，也應對應用環境和工程要求比較熟悉。一般情況下，閥門的型式可按下列原則選用：
a、一般開關情況下應首選閘閥。DN≤40的閘閥宜采用明桿支架式楔式固定閘板結構型式；DN≥50的閘閥宜采用明桿支架式楔式彈性閘板結構型式；對帶有固體顆粒的介質，閘閥閥體上應帶一個（閥門DN≤80時）或兩個(閥門DN>80時)吹掃孔；對低溫介質，應選用低溫專用閘閥；對要求防凝的介質，應選用夾套閘閥；
b、對要求有一定調節作用的開關場合（如調節閥旁路、軟管站等）和輸送液化石油氣、液態烴介質的場合，宜選用截止閥以代替閘閥；對劇毒介質，宜選用波紋管密封的截止閥代替閘閥；對有特殊防腐要求的場合，宜選用帶非金屬襯里的截止閥。截止閥宜采用明桿支架型式。截止閥一般適用于DN200及以下尺寸；
c、對于要求能自動防止介質倒流的場合應選用止回閥。一般情況下，DN≤40時宜用升降式止回閥（僅允許安裝在水平管道上）；DN=50～400時，宜采用旋啟式止回閥（不允許裝在介質由上到下的垂直管道上）；DN≥450時，宜選用Tillting-Disc（緩沖型）止回閥；DN=100～400，也可以采用對夾式式止回閥，其安裝位置不受限制；
d、蝶閥在下列條件下可以代替閘閥：設計壓力小于1.0MPa，設計溫度小于100℃，管道直徑為DN400～DN1200，介質為工業用水或壓縮空氣。此時可采用雙偏心或三偏心軟密封型式；設計壓力小于1.0MPa，設計溫度小于300℃，介質為壓縮空氣。此時應采用雙偏心或三偏心金屬硬密封型式；設計壓力小于1.0MPa，設計溫度小于300℃，直徑為DN400～DN1000，介質為油氣。此時應采用雙偏心或三偏金屬硬密封型式；設計壓力小于2.0MPa，設計溫度小于300℃，直徑為DN200～DN500，介質為油氣。此時應采用三偏心金屬硬密封型式；雙偏心型式必須具有金屬彈性密封環結構；雙偏心或三偏心蝶閥宜具有雙向密封功能，至少其逆向密封壓力應不低于正向的80％；設計選型應結合制造廠進行。
e、球閥在下列條件下可以代替閘閥：設計壓力小于1.0MPa，設計溫度小于100℃，DN≤200，介質為工業用水、壓縮空氣。此時可選用非金屬密封副球閥，也可以選用金屬密封副球閥；設計壓力小于2.0MPa，設計溫度小于300℃，DN≤200，介質為油品、油氣。此時應選用金屬密封副球閥；設計壓力小于4.0MPa，設計溫度小于425℃，DN≤300，介質為飽和水或過熱蒸汽。此時應選用金屬密封副球閥；在輸送漿液和有粉塵物料的工藝管道上多采用非金屬密封球閥（此時的介質溫度應根據所采用的非金屬材料確定），但此時閥門應具有防火、防靜電結構。金屬密封副球閥必須具有磨損補償和熱脹補償結構。設計選型應結合制造廠進行。
4、驅動方式的選用
一般情況下，閥門均采用手動操作，但在較高壓力和較大直徑下，采用手動操作因扭矩過大而比較費力，此時應采用齒輪傳動或電動、氣動操作。電動操作是在閥門上安裝一個電動馬達，操作人員通過操作電源開關就可實現閥門的啟閉。同樣，氣動操作則是在閥門上安裝一個氣動馬達，操作人員通過操作氣源開關來實現閥門的啟閉。電動和氣動操作閥門因為增加了驅動馬達而價格將上升（3～5）倍，因此它常用在遠距離控制或者要求實現快開快關的情況，很少是用它來代替人力開啟閥門而節省人力的。齒輪傳動機構用的齒輪多為傘齒輪，它與正齒輪相比，結構尺寸較小。下面給出了不同閥門應考慮齒輪傳動的條件。對于不同的制造廠，這些條件可能會稍有變化，應協商確定：
a、對閘閥： PN≤CL300， DN≥400
PN=CL600， DN≥300
PN=CL900， DN≥250
PN=CL1500， DN≥200
PN=CL2500， DN≥125
b、對截止閥： PN=CL900， DN≥125
PN=CL1500～2500 ， DN≥100
c、對蝶閥：任何壓力等級， DN≥150
d、對球閥：任何壓力等級， DN≥250
5、閥內件的選用
閥內件泛指閥門內部接觸介質的所有零部件。API600標準給出了閥內件所指的具體部件，它共包括下列五項：即閥桿、閥板密封面、閥座密封面、固定銷釘及其它零部件。下面給出了閥內件的一般選用原則。
a、對碳素鋼閥和鉻鉬鋼閥
一般情況下選13Cr。當PN=CL300時，可考慮在閥座上堆焊STILLITE含金，或閥板、閥座均堆焊STILLITE合金（止回閥除外）。當PN≥CL600時，閥板、閥座均應堆焊STILLITE合金（止回閥除外）。
b、對不銹鋼閥門
一般情況下，閥內件材料同閥體材料。當PN=CL300時，可考慮在閥座上堆焊STILLITE合金，或閥板、閥座上均堆焊STILLITE合金。當PN≥CL600時，閥板和閥座上均應堆焊STILLITE合金（止回閥除外）。
6、閥桿填料的選用
對于水、汽、風等公用工程管道上使用的閥門及DN≤40的閥門，閥桿填料選用柔性石墨編織填料即可。除此之外，均可采用柔性石墨編織填料加石墨環間隔裝填結構。
7、閥蓋墊片的選用
一般情況下可按表5-3選用。
表5-3 閥蓋墊片的選用
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閥門等級
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墊 片
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備 注
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CL150，BB
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石棉平墊
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僅鑄鐵閥門用
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纏繞式墊片
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CL300，BB
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特制石棉纏繞墊片或柔性石墨纏繞墊片
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CL600，BB
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軟鐵，5Cr～0.5Mo、Aust.S.S
八角型金屬墊片
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根據閥體材料的不同選用相應材質
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≥CL600，PS
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軟鐵，5Cr～0.5Mo、Aust.S.S
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根據閥體材料的不同選用相應材質
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注：表中的BB表示螺栓連接閥蓋，即Bolted Bonnet。PS表示壓力密封閥蓋，即Pressure Seal。
8、閥蓋型式選用
一般情況下，PN≥CL900、DN≥50的閥門采用壓力密封閥蓋（PS）；PN≤600及所有DN≤40的閥門均采用螺栓連接閥蓋（BB）。
9、設計文件中應給出的閥門描述
對于API閥門，它不象我國的JB閥門那樣有統一的代號，故工程公司或設計院應給出自己的代號，并對所需要的閥門進行詳細的描述。一般情況下，常通過閥門規格書給出對閥門的詳細要求。通用的閥門規格書至少應包括下列內容：
a、閥門的名稱、公稱壓力、公稱直徑及數量；
b、采用的閥門代號和應用標準；
c、閥門的結構型式、閥桿支撐型式、閥蓋結構型式及閥體的對外連接方式；
d、介質條件（包括介質名稱、介質壓力、介質溫度等）；
e、閥體材料、閥座及閥板密封面材料、閥桿等內件材料、填料等；
f、閥蓋墊片及緊固件材料；
g、驅動方式及動力參數（如果有的話）；
h、其他特殊要求。
二、閘閥、截止閥、止回閥
這三種閥在石油化工生產裝置中是應用最多的閥門，約占整個閥門總量的80%左右，而其中的閘閥又占這三種閥門的90%左右。所以選好這三種閥，尤其是選好閘閥至關重要。
1、閘閥
閘閥的閘板由閥桿帶動，沿閥座密封面作升降運動，可接通或截斷流體的通路，它主要用于管道的關斷。閘閥與截止閥相比，流阻小、啟閉力小，密封可靠，是最常用的一種閥門。但當閘閥部分開啟時，介質會在閘板背面產生渦流，易引起閘板的沖蝕和振動，閥座的密封面也易損壞，故一般不作為節流用。常用的閥門標準有API600和ANSI B16.34，前者專用于石油化工裝置，后者則使用面比較廣。我國的閘閥標準為GB12232，它與管道的連接可以是螺紋、承插焊、法蘭或對焊連接。一般情況下，DN≤40時，多采用承插焊連接，特殊情況下（如需要焊后熱處理或要求可拆卸時），才用法蘭連接或螺紋連接。而PN≥CL900時，多用對焊連接。其它情況則采用法蘭連接。
2、截止閥
截止閥是向下閉合式閥門，閥瓣由閥桿帶動，沿閥座中心線做升降運動。與閘閥相比，截止閥具有一定的調節作用，故常用于調節閥組的旁路。截止閥在關閉時需要克服介質的阻力，因此，它最大直徑僅用到DN200。
3、止回閥
止回閥又稱單向閥，它只允許介質向一個方向流動，當介質順流時閥瓣會自動開啟，當介質反向流動時能自動關閉。安裝止回閥時，應注意介質的流動方向應與止回閥上的箭頭方向一致。
根據結構型式不同，止回閥有升降式止回閥（DN≤40）和旋啟式止回閥（DN≥50）兩種。升降式止回閥是靠介質壓力將閥門打開，當介質逆向流動時，靠自重關閉（有時是借助于彈簧關閉），因此升降式止回閥只能安裝在水平管道上。旋啟式止回閥是靠介質壓力將閥門打開，靠介質壓力和重力將閥門關閉，因此它即可以用在水平管道上，又可用在垂直管道上（此時介質必須是自下而上）。
近年來又出現了許多新型止回閥，如對夾式止回閥、梭式止回閥等。前者可以有效地減少閥門占用的空間，便于管道布置，因此它已得到推廣應用。后者是解決DN≤40的升降式止回閥不能用在豎管上的問題。
三、蝶閥、球閥、疏水閥
1、蝶閥
它具有90°旋轉快速開啟關閉的特點，而且重量輕，結構尺寸小（尤其是對夾式蝶閥）等優點。但它密封性能不如閘閥可靠，故在石化生產裝置上應用的并不多。但隨著石化生產裝置的大型化，用蝶閥代替閘閥是必然趨勢。目前，許多生產廠都在開發生產雙偏心或三偏心高性能金屬硬密封蝶閥，它們較好地解決了熱脹補嘗和磨損補嘗的問題，因此，它們也開始逐漸用于油品、油氣管道上。但由于雙偏心或三偏心蝶板在介質壓力的作用下會產生逆密封方向的扭矩而導致蝶閥關閉不嚴，因此它仍受介質壓力和管子直徑的限制。可能在不久的將來，蝶閥會在一定范圍內代替閘閥。
2、球閥
球閥的最大特點是在眾多的閥門類型中其流體阻力最小，流動特性最好，同時它也具有90°旋轉而快速啟閉的特點。與蝶閥相比，它的重量較大，結構尺寸也比較大，故不宜用于直徑太大的管道。但球閥不存在因介質壓力作用而產生逆向扭矩導致關閉不嚴的問題，故其密封性能較可靠。
與蝶閥一樣，長期影響它不能在石化生產裝置上應用的問題是熱脹或磨損后會造成密封不嚴的問題。軟密封球閥雖有較好的密封性能，但當它用于易燃、易爆介質管道上時，尚須經受火災安全試驗和防靜電試驗。因此，石化生產裝置上球閥應用的也不多。近年來，許多球閥生產廠開發出了一些新型結構的球閥，如軌道球閥、偏心球閥等，一些球閥將閥座設置成金屬彈性閥座，使其在熱脹和磨損的情況下仍有良好的密封。因此，這些球閥也逐漸在石化生產裝置上開始應用。
根據球閥閥體結構型式的不同，分為頂裝式、兩塊式（也叫對分式）和三塊式三種，其中頂裝式是將球體從頂部裝入閥體，而閥體為一整體，它一般適用于小直徑球閥。兩塊式球閥是將閥體分成兩塊以夾持球體，它適用于中擋尺寸的球閥。三塊式是將閥體分為三塊，它適用于大尺寸球閥。
根據球體的固定情況不同，球閥又分為固定球球閥和浮動球球閥兩種。前者適用于大口徑（DN≥100）情況下，后者適用于小口徑情況下。
根據流道通徑不同球閥又分為全通徑型、常規型和縮徑型三種。以常規型應用較多。
3、疏水閥
蒸汽流過管道時，因傳熱作用會出現凝結水。凝結水留在管道的低點時，會產生水擊，嚴重時會導致管子的破壞。蒸汽凝結水流入機械設備時（如蒸汽輪機），會影響其工作效率或導致機械故障，留在伴熱道內時，還會降低伴熱效果，等等。疏水閥就是用于排除這些凝結水的管道設備。
疏水閥的種類很多，常用的有熱動力式（如圓盤式）、熱靜力式（如雙金屬式）、機械式（如杠桿浮球式、自由浮球式、倒吊桶式）等型式。
熱動力式（圓盤式）疏水閥主要是利用蒸汽和凝結水的溫度不同，使變壓室內的壓力發生變化，從而達到啟閉疏水閥的目的。此種疏水閥具有結構簡單、體積小、維修簡單等優點。但它同時具有空氣流入后不能動作、動作噪聲大、背壓允許度低、不能在低壓（0.03MPa以下）使用、有蒸汽泄漏現象、不適用于大排量情況等缺點。圓盤式疏水閥僅適用于水平安裝。
熱靜力式（雙金屬式）疏水閥的感溫體是雙金屬板，根據凝結水的溫度變化使金屬板呈凸形或凹形彎曲，并以此啟閉疏水閥。此種疏水閥排量大、體積小、動作噪聲小、可靠性高、蒸汽損失少、允許背壓高、有止回作用、可以在水平管道也可以在垂直管道上安裝等優點。因此，它成為石化生產裝置中應用最多的一種疏水閥。
機械式（杠桿浮球式、自由浮球式、倒吊桶式）疏水閥主要是利用蒸汽和凝結水的密度不同而進行閥門啟閉的。由于蒸汽和凝結水的密度相差很大，它們對浮子會產生不同的浮力，使浮子隨凝結水位的高低而升降，從而達到啟閉閥門的目的。此類疏水閥具有排除空氣能力強、排液能力大等特點，適用于蒸汽用量大的加熱設備的疏水。它適用于安裝在水平管道上。
五、儀表調節閥和安全閥
儀表調節閥常用于管道的節流、降壓、自動調節介質流量等，而且經常與液位計、溫度計等配合使用以實現自動控制設備的液位和介質的溫度。在設計分工上，它屬于自動控制專業，因此在這里不再進行過多的論述。
安全閥是一種保護性設備。當裝置操作出現不穩定、誤操作、超溫等問題而造成設備或管道超壓時，它能自動開啟而泄壓，從而達到保護設備和管道的目的。它是石油化工生產裝置中常用的一種安全管道設備。安全閥的種類也很多，一般介質的管道上多用彈簧式安全閥，而蒸汽汽泡上多用重錘平衡式安全閥。在設計分工上它屬于工藝系統專業，因此在這里也不再過多論述。
六、其它管道設備
常見的管道設備還有波紋管膨脹節、過濾器、阻火器、消音器、視鏡等。
1、波紋管膨脹節
波紋管膨脹節常用于大直徑高溫管道上，用來吸收管道熱脹而產生的長度伸長。在石化生產裝置中，有一些高溫大直徑管道很難用自然補償方法來吸收其熱脹位移，或者用自然補償法不經濟，或者即使能夠吸收其熱脹位移，但管系反力已超出相連設備的允許值。在這種情況下就應考慮用膨脹節。常用的膨脹節基本上可以分為兩大類，即非約束型和約束型。
非約束型金屬波紋管膨脹節的特點是管道的內壓推力（俗稱盲板力）由固定點或限位點承受，因此它不適宜用在與敏感機械設備相連的管道上。非約束型波紋管膨脹節主要用于吸收軸向位移和少量的角向位移，常用的非約束型波紋管膨脹節一般為自由型波紋管膨脹節。
約束型波紋管膨脹節的特點是管道的內壓推力沒有作用于固定點或限位點處，而是由約束波紋膨脹節用的金屬部件（拉桿）承受。它主要用于吸收角向位移和拉桿范圍內的軸向位移。常用的約束型波紋管膨脹節有單式鉸鏈型、單式萬向鉸鏈型、復式拉桿型、復式鉸鏈型、復式萬向鉸鏈型、彎管壓力平衡型、直管壓力平衡型等型式。
a、單式鉸鏈型膨脹節。它由一個波紋管及銷軸和鉸鏈板組成，用于吸收單平面角位移；
b、單式萬向鉸鏈型膨脹節。它由一個波紋管及萬向環、銷軸和鉸鏈組成，能吸收空間角位移；
c、復式拉桿型膨脹節。它由用中間管連接的兩個波紋管及拉桿組成，能吸收空間橫向位移和拉桿間包括膨脹節本身在內的軸向位移；
d、復式鉸鏈型膨脹節。它由用中間管連接的兩個波紋管及銷軸和鉸鏈板組成，只能吸收單平面橫向位移和包括膨脹節本身在內的軸向位移；
e、復式萬向鉸鏈型膨脹節。它由用中間管連接的兩個波紋管及銷軸和鉸鏈板組成，能吸收互相垂直的兩個平面橫向位移和包括膨脹節本身在內的軸向位移；
f、彎管壓力平衡型膨脹節。它由一個工作波紋管或用中間管連接的兩個工作波紋管及一個平衡波紋管構成，工作波紋管與平衡波紋管間裝有彎頭或三通，平衡波紋管一端有封頭并承受管道內壓，工作波紋管和平衡波紋管外端裝有拉桿。此種膨脹節能吸收軸向位移和/或橫向位移。拉桿能約束波紋管的壓力推力，常用于管道方向改變處；
g、直管壓力平衡型膨脹節。它一般由位于兩端的兩個工作波紋管及有效面積等于二倍工作波紋管有效面積、位于中間的一個平衡波紋管組成，兩套拉桿分別將每一個工作波紋管與平衡波紋管相互連接起來。此種膨脹節能吸收軸向位移，拉桿能約束波紋管的內力推力。
有關波紋管膨脹節的應用見第六章中的介紹。
2、過濾器
過濾器是用于濾去管道中的固體顆粒，以達到保護機械設備或其它管道設備目的的管道設備。過濾器的種類很多，一般情況下有臨時過濾器和永久性過濾器之分，從形狀上分有Y型、三通直流、三通側流、加長型等型式。一般情況下，當管道DN≤80時，應選用Y型過濾器。當DN≥100時，應根據管道布置情況選用直流式或側流式三通型過濾器。當需要較大的過濾面積時，可選用加長型三通過濾器或籃式過濾器。常用的過濾器過濾等級為30目，當與之相連的機械對過濾器的濾網有更高的要求時，應根據要求選擇相應的濾網目數。
3、阻火器
阻火器常用在低壓可燃氣體管道上，而管道的末端為明火端或者有可能產生明火的設施。當管道中的介質壓力降低時，可能會因介質的倒流而將明火引向介質源頭而引起著火或爆炸。在這些管道的靠終端處，安裝一臺阻火器能防止或阻止火焰隨介質的倒流而竄入介質的源頭管道或設備。由于阻火器是一個安全保護元件，因此阻火器生產廠必須通過消防部門的認證。
4、消音器
消音器通常用于介質放空管的終端，以消除可能因高壓高速介質的放空而產生的噪音。
5、視鏡
視鏡則通常用于冷卻水管道和潤滑油管道等，通過其透明的視窗可以觀查到管道內循環冷卻水或潤滑油是否在流動。
思考題：
1、一般情況下，應從哪些方面評定閥門質量的好壞？
2、與JB閥門比較，API閥門有哪些優點？
3. 一般情況下，閥門的結構型式應如何選用？
4、常見的閥門試驗標準有那些？閥門出廠前應做哪些試驗？
5、對API閥門，設計文件中應至少對閥門進行哪些描述？
6、閘閥與截止閥相比，各有何特點？
7、常用的球閥型式有哪些？應如何選用？
8、常用的疏水閥型式有哪些？各有何特點？
9、常用的膨脹節型式有哪些？各有何特點？
10、常用的過濾器有那些型式？應如何選用？
