阀门是压力管道中的重要组成部件之一，用于启闭、节流和保障管道及设备的安全运行等。阀门是管道元件中相对较复杂的一个元件，它一般是由多个零部件装配而成的组合件，因此它的技术含量较高。工程上应用的阀门种类很多，常用的阀门有闸阀、截止阀、止回阀、球阀、蝶阀、疏水阀、安全阀、调节阀等。
其它管道设备如膨胀节、过滤器、视镜、阻火器等也都是由多个零件组成的一个组合件，技术相对也较复杂。如何正确选用阀门及其它管道设备是一个比较复杂的问题，本章仅以API阀门为例就这个问题进行论述。
一、对阀门的一般要求
1、阀门的质量
阀门的质量主要应从以下几个方面考核：
a、内漏问题
是否有内漏或内漏的大小是衡量一个阀门质量的主要技术指标。一般的石油化工生产过程中，处理的介质大都是可燃、易燃、易爆、有毒的介质，阀门关闭时，希望通过阀板的泄漏（即内漏）越少越好，甚至有些介质的泄漏要求为零。常用的评判阀门内漏的标准有API598、ANSI B16.104和ZBJ16006。
ZBJ16006《阀门的试验与检验》标准对阀门出厂前的要求是这样规定的：阀门出厂前应进行壳体压力试验和密封试验。壳体压力试验一般采用温度不超过52℃的水或粘度不大于水的非腐蚀性流体作为试验介质，以38℃时的1.5倍公称压力值进行。密封试验一般包括上密封、低压密封和高压密封试验，对具有上密封结构的阀门如闸阀和截止阀才进行上密封试验。低压密封试验一般采用空气或惰性气体、以0.5MPa～0.7MPa的压力进行。高压密封试验和上密封试验一般也采用空气或惰性气体、以1.1倍的公称压力值进行。
ZBJ16006标准同时规定了阀门密封试验的保压时间、泄漏检验方法和允许的泄漏量，详细规定可参阅该标准内容。值得一提的是，ZBJ16006标准等效采用了API598标准，是一个比较严格而且使用的标准。
b、外漏问题
外漏是指通过阀杆填料和阀盖垫片处的介质外泄漏。它同样是衡量阀门好坏的一个重要指标。对有些介质，外漏的要求甚至比内漏要求更严格，因为它直接泄入大气，会直接引起事故或造成人身伤害。对于这种情况，有时不得不采用波纹管密封阀或隔膜阀来保证阀门的外漏为零。限制外漏的标准目前大多数采用美国环保局的限定：即不超过500PPm¶。
注¶：它是通过将一个盛有惰性气体的特制气囊置于泄漏点，并在规定时间内再移走气囊，然后测量气囊内的泄漏
介质浓度，并以此来判断泄漏点的泄漏量。
c、材料质量
材料质量是衡量阀门强度可靠性和使用寿命的一个重要指标。众所周知，大多数DN≥50的阀门都是铸造阀体，如果铸造质量不好，会直接影响到阀门的可靠性和使用寿命。ASTM和我国的材料标准通常情况下的要求都是比较低的，为了保证在苛刻情况下材料能较好地适应操作条件的要求，这些标准中都设置了许多选择性附加检验项目，设计人员如何根据使用条件来选择这些附加项目是一个技术性很强的问题，如果要求不当，会无意义地增加基建投资。
2、API阀门的优点
自九十年代初，国产API阀门在我国石化行业中开始使用以来，现在已得到广泛应用。生产API阀门的厂家也普遍开花，已取得API认证的制造厂就达十余家之多。实践证明，API阀门与JB阀门相比有许多优点，因此，目前大外径系列的管道中一般都采用API阀门。我国于90年代初也推出了与API阀门等效的GB阀门，但因种种原因并没有推开。总的说来，与JB阀门相比，API阀门主要有以下优点：
a、结构设计合理。例如，它的DN≥50闸阀采用了弹性闸板结构，它能在高温不均匀热膨胀或制造精度较差的情况下自动调整与阀座的密封面配合，从而可防止抱死，并减少内漏；
b、标准比较齐全、配套；
c、有一个专门的质量和产品认证机构。
3、阀门型式的选用
阀门型式的选用是材料工程师的重点工作内容之一，也是难点之一，它要求材料工程师不仅应对常用阀门的结构型式、性能特点、相关标准等比较熟悉，也应对应用环境和工程要求比较熟悉。一般情况下，阀门的型式可按下列原则选用：
a、一般开关情况下应首选闸阀。DN≤40的闸阀宜采用明杆支架式楔式固定闸板结构型式；DN≥50的闸阀宜采用明杆支架式楔式弹性闸板结构型式；对带有固体颗粒的介质，闸阀阀体上应带一个（阀门DN≤80时）或两个(阀门DN>80时)吹扫孔；对低温介质，应选用低温专用闸阀；对要求防凝的介质，应选用夹套闸阀；
b、对要求有一定调节作用的开关场合（如调节阀旁路、软管站等）和输送液化石油气、液态烃介质的场合，宜选用截止阀以代替闸阀；对剧毒介质，宜选用波纹管密封的截止阀代替闸阀；对有特殊防腐要求的场合，宜选用带非金属衬里的截止阀。截止阀宜采用明杆支架型式。截止阀一般适用于DN200及以下尺寸；
c、对于要求能自动防止介质倒流的场合应选用止回阀。一般情况下，DN≤40时宜用升降式止回阀（仅允许安装在水平管道上）；DN=50～400时，宜采用旋启式止回阀（不允许装在介质由上到下的垂直管道上）；DN≥450时，宜选用Tillting-Disc（缓冲型）止回阀；DN=100～400，也可以采用对夹式式止回阀，其安装位置不受限制；
d、蝶阀在下列条件下可以代替闸阀：设计压力小于1.0MPa，设计温度小于100℃，管道直径为DN400～DN1200，介质为工业用水或压缩空气。此时可采用双偏心或三偏心软密封型式；设计压力小于1.0MPa，设计温度小于300℃，介质为压缩空气。此时应采用双偏心或三偏心金属硬密封型式；设计压力小于1.0MPa，设计温度小于300℃，直径为DN400～DN1000，介质为油气。此时应采用双偏心或三偏金属硬密封型式；设计压力小于2.0MPa，设计温度小于300℃，直径为DN200～DN500，介质为油气。此时应采用三偏心金属硬密封型式；双偏心型式必须具有金属弹性密封环结构；双偏心或三偏心蝶阀宜具有双向密封功能，至少其逆向密封压力应不低于正向的80％；设计选型应结合制造厂进行。
e、球阀在下列条件下可以代替闸阀：设计压力小于1.0MPa，设计温度小于100℃，DN≤200，介质为工业用水、压缩空气。此时可选用非金属密封副球阀，也可以选用金属密封副球阀；设计压力小于2.0MPa，设计温度小于300℃，DN≤200，介质为油品、油气。此时应选用金属密封副球阀；设计压力小于4.0MPa，设计温度小于425℃，DN≤300，介质为饱和水或过热蒸汽。此时应选用金属密封副球阀；在输送浆液和有粉尘物料的工艺管道上多采用非金属密封球阀（此时的介质温度应根据所采用的非金属材料确定），但此时阀门应具有防火、防静电结构。金属密封副球阀必须具有磨损补偿和热胀补偿结构。设计选型应结合制造厂进行。
4、驱动方式的选用
一般情况下，阀门均采用手动操作，但在较高压力和较大直径下，采用手动操作因扭矩过大而比较费力，此时应采用齿轮传动或电动、气动操作。电动操作是在阀门上安装一个电动马达，操作人员通过操作电源开关就可实现阀门的启闭。同样，气动操作则是在阀门上安装一个气动马达，操作人员通过操作气源开关来实现阀门的启闭。电动和气动操作阀门因为增加了驱动马达而价格将上升（3～5）倍，因此它常用在远距离控制或者要求实现快开快关的情况，很少是用它来代替人力开启阀门而节省人力的。齿轮传动机构用的齿轮多为伞齿轮，它与正齿轮相比，结构尺寸较小。下面给出了不同阀门应考虑齿轮传动的条件。对于不同的制造厂，这些条件可能会稍有变化，应协商确定：
a、对闸阀： PN≤CL300， DN≥400
PN=CL600， DN≥300
PN=CL900， DN≥250
PN=CL1500， DN≥200
PN=CL2500， DN≥125
b、对截止阀： PN=CL900， DN≥125
PN=CL1500～2500 ， DN≥100
c、对蝶阀：任何压力等级， DN≥150
d、对球阀：任何压力等级， DN≥250
5、阀内件的选用
阀内件泛指阀门内部接触介质的所有零部件。API600标准给出了阀内件所指的具体部件，它共包括下列五项：即阀杆、阀板密封面、阀座密封面、固定销钉及其它零部件。下面给出了阀内件的一般选用原则。
a、对碳素钢阀和铬钼钢阀
一般情况下选13Cr。当PN=CL300时，可考虑在阀座上堆焊STILLITE含金，或阀板、阀座均堆焊STILLITE合金（止回阀除外）。当PN≥CL600时，阀板、阀座均应堆焊STILLITE合金（止回阀除外）。
b、对不锈钢阀门
一般情况下，阀内件材料同阀体材料。当PN=CL300时，可考虑在阀座上堆焊STILLITE合金，或阀板、阀座上均堆焊STILLITE合金。当PN≥CL600时，阀板和阀座上均应堆焊STILLITE合金（止回阀除外）。
6、阀杆填料的选用
对于水、汽、风等公用工程管道上使用的阀门及DN≤40的阀门，阀杆填料选用柔性石墨编织填料即可。除此之外，均可采用柔性石墨编织填料加石墨环间隔装填结构。
7、阀盖垫片的选用
一般情况下可按表5-3选用。
表5-3 阀盖垫片的选用
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阀门等级
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垫 片
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备 注
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CL150，BB
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石棉平垫
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仅铸铁阀门用
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缠绕式垫片
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CL300，BB
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特制石棉缠绕垫片或柔性石墨缠绕垫片
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CL600，BB
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软铁，5Cr～0.5Mo、Aust.S.S
八角型金属垫片
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根据阀体材料的不同选用相应材质
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≥CL600，PS
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软铁，5Cr～0.5Mo、Aust.S.S
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根据阀体材料的不同选用相应材质
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注：表中的BB表示螺栓连接阀盖，即Bolted Bonnet。PS表示压力密封阀盖，即Pressure Seal。
8、阀盖型式选用
一般情况下，PN≥CL900、DN≥50的阀门采用压力密封阀盖（PS）；PN≤600及所有DN≤40的阀门均采用螺栓连接阀盖（BB）。
9、设计文件中应给出的阀门描述
对于API阀门，它不象我国的JB阀门那样有统一的代号，故工程公司或设计院应给出自己的代号，并对所需要的阀门进行详细的描述。一般情况下，常通过阀门规格书给出对阀门的详细要求。通用的阀门规格书至少应包括下列内容：
a、阀门的名称、公称压力、公称直径及数量；
b、采用的阀门代号和应用标准；
c、阀门的结构型式、阀杆支撑型式、阀盖结构型式及阀体的对外连接方式；
d、介质条件（包括介质名称、介质压力、介质温度等）；
e、阀体材料、阀座及阀板密封面材料、阀杆等内件材料、填料等；
f、阀盖垫片及紧固件材料；
g、驱动方式及动力参数（如果有的话）；
h、其他特殊要求。
二、闸阀、截止阀、止回阀
这三种阀在石油化工生产装置中是应用最多的阀门，约占整个阀门总量的80%左右，而其中的闸阀又占这三种阀门的90%左右。所以选好这三种阀，尤其是选好闸阀至关重要。
1、闸阀
闸阀的闸板由阀杆带动，沿阀座密封面作升降运动，可接通或截断流体的通路，它主要用于管道的关断。闸阀与截止阀相比，流阻小、启闭力小，密封可靠，是最常用的一种阀门。但当闸阀部分开启时，介质会在闸板背面产生涡流，易引起闸板的冲蚀和振动，阀座的密封面也易损坏，故一般不作为节流用。常用的阀门标准有API600和ANSI B16.34，前者专用于石油化工装置，后者则使用面比较广。我国的闸阀标准为GB12232，它与管道的连接可以是螺纹、承插焊、法兰或对焊连接。一般情况下，DN≤40时，多采用承插焊连接，特殊情况下（如需要焊后热处理或要求可拆卸时），才用法兰连接或螺纹连接。而PN≥CL900时，多用对焊连接。其它情况则采用法兰连接。
2、截止阀
截止阀是向下闭合式阀门，阀瓣由阀杆带动，沿阀座中心线做升降运动。与闸阀相比，截止阀具有一定的调节作用，故常用于调节阀组的旁路。截止阀在关闭时需要克服介质的阻力，因此，它最大直径仅用到DN200。
3、止回阀
止回阀又称单向阀，它只允许介质向一个方向流动，当介质顺流时阀瓣会自动开启，当介质反向流动时能自动关闭。安装止回阀时，应注意介质的流动方向应与止回阀上的箭头方向一致。
根据结构型式不同，止回阀有升降式止回阀（DN≤40）和旋启式止回阀（DN≥50）两种。升降式止回阀是靠介质压力将阀门打开，当介质逆向流动时，靠自重关闭（有时是借助于弹簧关闭），因此升降式止回阀只能安装在水平管道上。旋启式止回阀是靠介质压力将阀门打开，靠介质压力和重力将阀门关闭，因此它即可以用在水平管道上，又可用在垂直管道上（此时介质必须是自下而上）。
近年来又出现了许多新型止回阀，如对夹式止回阀、梭式止回阀等。前者可以有效地减少阀门占用的空间，便于管道布置，因此它已得到推广应用。后者是解决DN≤40的升降式止回阀不能用在竖管上的问题。
三、蝶阀、球阀、疏水阀
1、蝶阀
它具有90°旋转快速开启关闭的特点，而且重量轻，结构尺寸小（尤其是对夹式蝶阀）等优点。但它密封性能不如闸阀可靠，故在石化生产装置上应用的并不多。但随着石化生产装置的大型化，用蝶阀代替闸阀是必然趋势。目前，许多生产厂都在开发生产双偏心或三偏心高性能金属硬密封蝶阀，它们较好地解决了热胀补尝和磨损补尝的问题，因此，它们也开始逐渐用于油品、油气管道上。但由于双偏心或三偏心蝶板在介质压力的作用下会产生逆密封方向的扭矩而导致蝶阀关闭不严，因此它仍受介质压力和管子直径的限制。可能在不久的将来，蝶阀会在一定范围内代替闸阀。
2、球阀
球阀的最大特点是在众多的阀门类型中其流体阻力最小，流动特性最好，同时它也具有90°旋转而快速启闭的特点。与蝶阀相比，它的重量较大，结构尺寸也比较大，故不宜用于直径太大的管道。但球阀不存在因介质压力作用而产生逆向扭矩导致关闭不严的问题，故其密封性能较可靠。
与蝶阀一样，长期影响它不能在石化生产装置上应用的问题是热胀或磨损后会造成密封不严的问题。软密封球阀虽有较好的密封性能，但当它用于易燃、易爆介质管道上时，尚须经受火灾安全试验和防静电试验。因此，石化生产装置上球阀应用的也不多。近年来，许多球阀生产厂开发出了一些新型结构的球阀，如轨道球阀、偏心球阀等，一些球阀将阀座设置成金属弹性阀座，使其在热胀和磨损的情况下仍有良好的密封。因此，这些球阀也逐渐在石化生产装置上开始应用。
根据球阀阀体结构型式的不同，分为顶装式、两块式（也叫对分式）和三块式三种，其中顶装式是将球体从顶部装入阀体，而阀体为一整体，它一般适用于小直径球阀。两块式球阀是将阀体分成两块以夹持球体，它适用于中挡尺寸的球阀。三块式是将阀体分为三块，它适用于大尺寸球阀。
根据球体的固定情况不同，球阀又分为固定球球阀和浮动球球阀两种。前者适用于大口径（DN≥100）情况下，后者适用于小口径情况下。
根据流道通径不同球阀又分为全通径型、常规型和缩径型三种。以常规型应用较多。
3、疏水阀
蒸汽流过管道时，因传热作用会出现凝结水。凝结水留在管道的低点时，会产生水击，严重时会导致管子的破坏。蒸汽凝结水流入机械设备时（如蒸汽轮机），会影响其工作效率或导致机械故障，留在伴热道内时，还会降低伴热效果，等等。疏水阀就是用于排除这些凝结水的管道设备。
疏水阀的种类很多，常用的有热动力式（如圆盘式）、热静力式（如双金属式）、机械式（如杠杆浮球式、自由浮球式、倒吊桶式）等型式。
热动力式（圆盘式）疏水阀主要是利用蒸汽和凝结水的温度不同，使变压室内的压力发生变化，从而达到启闭疏水阀的目的。此种疏水阀具有结构简单、体积小、维修简单等优点。但它同时具有空气流入后不能动作、动作噪声大、背压允许度低、不能在低压（0.03MPa以下）使用、有蒸汽泄漏现象、不适用于大排量情况等缺点。圆盘式疏水阀仅适用于水平安装。
热静力式（双金属式）疏水阀的感温体是双金属板，根据凝结水的温度变化使金属板呈凸形或凹形弯曲，并以此启闭疏水阀。此种疏水阀排量大、体积小、动作噪声小、可靠性高、蒸汽损失少、允许背压高、有止回作用、可以在水平管道也可以在垂直管道上安装等优点。因此，它成为石化生产装置中应用最多的一种疏水阀。
机械式（杠杆浮球式、自由浮球式、倒吊桶式）疏水阀主要是利用蒸汽和凝结水的密度不同而进行阀门启闭的。由于蒸汽和凝结水的密度相差很大，它们对浮子会产生不同的浮力，使浮子随凝结水位的高低而升降，从而达到启闭阀门的目的。此类疏水阀具有排除空气能力强、排液能力大等特点，适用于蒸汽用量大的加热设备的疏水。它适用于安装在水平管道上。
五、仪表调节阀和安全阀
仪表调节阀常用于管道的节流、降压、自动调节介质流量等，而且经常与液位计、温度计等配合使用以实现自动控制设备的液位和介质的温度。在设计分工上，它属于自动控制专业，因此在这里不再进行过多的论述。
安全阀是一种保护性设备。当装置操作出现不稳定、误操作、超温等问题而造成设备或管道超压时，它能自动开启而泄压，从而达到保护设备和管道的目的。它是石油化工生产装置中常用的一种安全管道设备。安全阀的种类也很多，一般介质的管道上多用弹簧式安全阀，而蒸汽汽泡上多用重锤平衡式安全阀。在设计分工上它属于工艺系统专业，因此在这里也不再过多论述。
六、其它管道设备
常见的管道设备还有波纹管膨胀节、过滤器、阻火器、消音器、视镜等。
1、波纹管膨胀节
波纹管膨胀节常用于大直径高温管道上，用来吸收管道热胀而产生的长度伸长。在石化生产装置中，有一些高温大直径管道很难用自然补偿方法来吸收其热胀位移，或者用自然补偿法不经济，或者即使能够吸收其热胀位移，但管系反力已超出相连设备的允许值。在这种情况下就应考虑用膨胀节。常用的膨胀节基本上可以分为两大类，即非约束型和约束型。
非约束型金属波纹管膨胀节的特点是管道的内压推力（俗称盲板力）由固定点或限位点承受，因此它不适宜用在与敏感机械设备相连的管道上。非约束型波纹管膨胀节主要用于吸收轴向位移和少量的角向位移，常用的非约束型波纹管膨胀节一般为自由型波纹管膨胀节。
约束型波纹管膨胀节的特点是管道的内压推力没有作用于固定点或限位点处，而是由约束波纹膨胀节用的金属部件（拉杆）承受。它主要用于吸收角向位移和拉杆范围内的轴向位移。常用的约束型波纹管膨胀节有单式铰链型、单式万向铰链型、复式拉杆型、复式铰链型、复式万向铰链型、弯管压力平衡型、直管压力平衡型等型式。
a、单式铰链型膨胀节。它由一个波纹管及销轴和铰链板组成，用于吸收单平面角位移；
b、单式万向铰链型膨胀节。它由一个波纹管及万向环、销轴和铰链组成，能吸收空间角位移；
c、复式拉杆型膨胀节。它由用中间管连接的两个波纹管及拉杆组成，能吸收空间横向位移和拉杆间包括膨胀节本身在内的轴向位移；
d、复式铰链型膨胀节。它由用中间管连接的两个波纹管及销轴和铰链板组成，只能吸收单平面横向位移和包括膨胀节本身在内的轴向位移；
e、复式万向铰链型膨胀节。它由用中间管连接的两个波纹管及销轴和铰链板组成，能吸收互相垂直的两个平面横向位移和包括膨胀节本身在内的轴向位移；
f、弯管压力平衡型膨胀节。它由一个工作波纹管或用中间管连接的两个工作波纹管及一个平衡波纹管构成，工作波纹管与平衡波纹管间装有弯头或三通，平衡波纹管一端有封头并承受管道内压，工作波纹管和平衡波纹管外端装有拉杆。此种膨胀节能吸收轴向位移和/或横向位移。拉杆能约束波纹管的压力推力，常用于管道方向改变处；
g、直管压力平衡型膨胀节。它一般由位于两端的两个工作波纹管及有效面积等于二倍工作波纹管有效面积、位于中间的一个平衡波纹管组成，两套拉杆分别将每一个工作波纹管与平衡波纹管相互连接起来。此种膨胀节能吸收轴向位移，拉杆能约束波纹管的内力推力。
有关波纹管膨胀节的应用见第六章中的介绍。
2、过滤器
过滤器是用于滤去管道中的固体颗粒，以达到保护机械设备或其它管道设备目的的管道设备。过滤器的种类很多，一般情况下有临时过滤器和永久性过滤器之分，从形状上分有Y型、三通直流、三通侧流、加长型等型式。一般情况下，当管道DN≤80时，应选用Y型过滤器。当DN≥100时，应根据管道布置情况选用直流式或侧流式三通型过滤器。当需要较大的过滤面积时，可选用加长型三通过滤器或篮式过滤器。常用的过滤器过滤等级为30目，当与之相连的机械对过滤器的滤网有更高的要求时，应根据要求选择相应的滤网目数。
3、阻火器
阻火器常用在低压可燃气体管道上，而管道的末端为明火端或者有可能产生明火的设施。当管道中的介质压力降低时，可能会因介质的倒流而将明火引向介质源头而引起着火或爆炸。在这些管道的靠终端处，安装一台阻火器能防止或阻止火焰随介质的倒流而窜入介质的源头管道或设备。由于阻火器是一个安全保护元件，因此阻火器生产厂必须通过消防部门的认证。
4、消音器
消音器通常用于介质放空管的终端，以消除可能因高压高速介质的放空而产生的噪音。
5、视镜
视镜则通常用于冷却水管道和润滑油管道等，通过其透明的视窗可以观查到管道内循环冷却水或润滑油是否在流动。
思考题：
1、一般情况下，应从哪些方面评定阀门质量的好坏？
2、与JB阀门比较，API阀门有哪些优点？
3. 一般情况下，阀门的结构型式应如何选用？
4、常见的阀门试验标准有那些？阀门出厂前应做哪些试验？
5、对API阀门，设计文件中应至少对阀门进行哪些描述？
6、闸阀与截止阀相比，各有何特点？
7、常用的球阀型式有哪些？应如何选用？
8、常用的疏水阀型式有哪些？各有何特点？
9、常用的膨胀节型式有哪些？各有何特点？
10、常用的过滤器有那些型式？应如何选用？
