座人分析管线球阀的设计

分析管线球阀的设计

管线球阀的设计和制造

管线球阀是根据用户的需求，为满足在硫化环境下的抗硫化应力裂化的要求，我们从设计、选材、制造、试验、表面处理及涂漆都严格按美国腐蚀工程师协会NACE的有关标准要求进行。管线球阀系列不仅材料选择广泛且内件材料均采用表面镀镍或是316材质、密封圈采用特制的聚合物材料。合金钢阀门不仅防腐蚀，抗硫化，能力强，防火、防静电、密封性能好，适用压力与温度范围广，全通径与缩径齐备，并可配多种驱动装置，是化工、石油炼制，天然气开采与输送系统理想的阀门选择。

管线球阀对于中国来说，正属于黄金时期，占世界人口1/4的中国，2000年的长输管线不足2万公里，不到全球管线的1%。2000年以后，取得了飞速发展，至2009年已拥有长输管线8万公里，占全世界总量的2.5%，其中输气管线3.1万公里，输油管线2.9万公里。服役的管线球阀2万台以上。

管线球阀的设计和制造，对安全性和可靠性的强调，无论如何亦不为过分。而且这一理念应贯其中8.8级及以上螺栓材质为 低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬火、回火）彻在球阀产品设计，工艺规范，零件加工，型式试验，产品试验，质量控制，售后服务的全过程。无论是长输管线或者是城市管都是能源的供给线，是一条国家经济命脉线。全球性的地下输油、输气管线和管，就象地上输配电一样，是城市工业和民用赖以生存的基础，没有这条能源供给线，现代化城市功能立即停止。

1 阀体的设计可分为全焊接阀体设计和分体式阀体设计。

全焊接阀体设计有筒状结构和球状结构，筒状结构是双焊缝，焊接过程热量输入大，残余应力复杂，轴向和径向变形大。球状结构是四条焊缝拼接，现在由于工艺技术进步，采用左右阀体热锻压成型，可中间单焊缝焊接成型，减少线能量输入，降低轴向和径向变形。

分体式结构一般由阀体和左右连接体组成。连接体与阀体由螺栓连接，连接法兰厚度与螺栓的连接强度应按与阀体内径相当的法兰进行类比设计，其连接强度必须防止管道应力而产生连接松弛，使密封失效。阀体与连接体面对面接触，中间无间隙。密封必须满足失火安全要求，采用橡胶O型圈与缠绕式金属垫组合密封。阀体的材料为锻件，温度-29C°以上选用ASTM A105；-29C°以下选用ASTM A350 LF2。对于焊接阀体，对A105或LF2材料的化学成分、含碳量、碳当量以及硫、磷等元素应另有特殊限制。锻件按三级锻件标准验收，做100％无损探伤，焊缝处做着色检查和超声波探伤。

输气管线球阀的阀体大部分是采用A105，球A105N。输油管线的球阀的阀体大部分是采用A105，球316因此。

2 密封座与密封阀座采用组合密封结构，即金属对金属的初始“密封”，以阻挡固体颗粒的进入；用橡胶、PTFE塑料、尼龙、PEEK等软密封作为次级密封，以保证零泄漏。但由于管线中的异物的意外导入对软密封材料的损坏，管线球阀均设有紧急密封剂的注入系统，以获得暂时性的密封要求。

密封用的橡胶圈有圆形，三角形或其他特殊形状。阀门公司都有自己的设计结构和工艺措施，防止橡胶圈在开关过程中被吹出（Blow out）或切坏。对于Class900磅级以上，应选用防爆降压（AED）特性的材料作为O型圈材料。PTFE的密封圈，一般采用筒状镶嵌式结构，亦可做成倒钩状组合式结构，旨在保证密封圈不被吹出而导致密封失效。

密封座材料与阀体材料相同，化学镀HA：900℃/2h/OQ+705℃/16h/AC+650℃/16h/AC镍，有弹簧加载以保证初始密封比压，弹簧可采用螺旋弹簧，板弹簧或碟形弹簧，材料为Inconel X－750。

进口端和出口端阀座采用对称双向密封设计。这种活塞式的介质自密封结构，按照客户需要可设计成“单活塞效应”（Single piston action），压力自泄放密封座结构和“双活塞效应”（Double Piston effect）双重密封结构。单活塞效应即进口端密封，出口端腔体压力自动排放。

3 DBB功能设计DBB功能设计是指无论是阀门处于开启或关闭状态，阀腔泄压排放时，上游端和下游端阀座应同时截止（Double Block & Bleed），并允许从排泄阀处对阀门进行阀座密封性能测试，而不影响管线运行。

4 紧急密封系统的设计紧急密封系统由注射器（Injector）和止回阀（Check Valve）组成，分别安装在阀体上，在阀座处的外测和阀杆填料处外侧。紧急密封系统可以用来阻止或减少管线中阀门密封座的泄漏，密封剂注射前要进行清洁和冲洗，有专门生产的清洁剂和密封脂，用手动或电动的工具将清洗剂或密封脂从注射器口注入，并按阀门供货商所提供的使用说明进行清洁和紧急密封操作。失火安全与防静电设计已在支承轴、密封座章节中予以说明，防静电结构设计，在24VDC下测定，电阻值不超过10欧姆。

5 阀门的操作方式阀门的操作，有手动、蜗轮传动、气动（双作用或弹簧复位），高压气动（直接使用管线气体）、电动、液动（双作用或弹簧复位）以及气液联动。气液联动可实施本地和远程控制，与卫星遥控的SCADA系统相配合，当下游压力降的速率或持续时间超多设定值时，（即管线爆裂），紧急切断阀自动截断，并带有救急性的蓄压器，供手动操作。

6 管线球阀连接端部设计连接端按客户要求，有法兰连接端和焊接端。

法兰连接端应带凸面或环形槽，其尺寸、公差与光洁度、以及打孔、法兰面，锪孔、倒孔等应按下列标准

DN600及其以下，按ASME B16.5，其中DN550按MSS-SP44；

DN650以上按ASME B16.47中A系列

焊接端应按ASME B31.4中434.8.6节或ASME B31.8。

7 螺栓紧固件

8 直埋式设计直埋地下的阀门为全焊接阀体管线球阀，阀杆按客户要求接长，阀杆接长部分设计应牢固，能抗地面承载，所有阀体上的连接管、密封剂注入器，底部排泄阀、安全泄放装置均接至地表，接管与阀体焊接。接长杆的设计，其长轴的绕曲和传动链结合部的间隙应予控制，防止开关过程中，球体不能准确地处于关或开的位置，造成传动失误。

9 管线球阀供货范围按API标准6D，以及管线球阀制造厂的装备能力，产品的供货范围：

Class100－600磅级 DN1/2”-60”

Class900磅级 DN1/2”-36”

Class1500磅级 DN1/2”-16”

Class2500磅级 DN1/2”-12”

在特殊场合，国外管线球阀供货商可提供

Class150－600磅级 最大口径至DN72”

Class900磅级 最大口径至DN40”

Class1500磅级 最大口径至DN36”

使摆锤完成1次冲击挂于插销上 Class2500磅级 最大口径至DN24”