管線球閥的設(shè)計(jì)和制造

管線球閥的設(shè)計(jì)和制造
管線球閥是根據(jù)用戶的需求，為滿足在硫化環(huán)境下的抗硫化應(yīng)力裂化的要求，我們從設(shè)計(jì)、選材、制造、試驗(yàn)、表面處理及涂漆都嚴(yán)格按美國腐蝕工程師協(xié)會NACE的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行。管線球閥系列不僅材料選擇廣泛且內(nèi)件材料均采用表面鍍鎳或是316材質(zhì)、密封圈采用特制的聚合物材料。合金鋼閥門不僅防腐蝕，抗硫化，能力強(qiáng)，防火、防靜電、密封性能好，適用壓力與溫度范圍廣，全通徑與縮徑齊備，并可配多種驅(qū)動(dòng)裝置，是化工、石油煉制，天然氣開采與輸送系統(tǒng)理想的閥門選擇。
管線球閥對于中國來說，正屬于黃金時(shí)期，占世界人口1/4的中國，2000年的長輸管線不足2萬公里，不到全球管線的1%。2000年以后，取得了飛速發(fā)展，至2009年已擁有長輸管線8萬公里，占全世界總量的2.5%，其中輸氣管線3.1萬公里，輸油管線2.9萬公里。在線服役的管線球閥2萬臺以上。
管線球閥的設(shè)計(jì)和制造，對安全性和可靠性的強(qiáng)調(diào)，無論如何亦不為過分。而且這一理念應(yīng)貫徹在球閥產(chǎn)品設(shè)計(jì)，工藝規(guī)范，零件加工，型式試驗(yàn)，產(chǎn)品試驗(yàn)，質(zhì)量控制，售后服務(wù)的全過程。無論是長輸管線或者是城市管網(wǎng)都是能源的供給線，是一條國家經(jīng)濟(jì)命脈線。全球性的地下輸油、輸氣管線和管網(wǎng)，就象地上輸配電網(wǎng)一樣，是城市工業(yè)和民用賴以生存的基礎(chǔ)，沒有這條能源供給線，現(xiàn)代化城市功能立即停止。
1 閥體的設(shè)計(jì)可分為全焊接閥體設(shè)計(jì)和分體式閥體設(shè)計(jì)。
全焊接閥體設(shè)計(jì)有筒狀結(jié)構(gòu)和球狀結(jié)構(gòu)，筒狀結(jié)構(gòu)是雙焊縫，焊接過程熱量輸入大，殘余應(yīng)力復(fù)雜，軸向和徑向變形大。球狀結(jié)構(gòu)是四條焊縫拼接，現(xiàn)在由于工藝技術(shù)進(jìn)步，采用左右閥體熱鍛壓成型，可中間單焊縫焊接成型，減少線能量輸入，降低軸向和徑向變形。
分體式結(jié)構(gòu)一般由閥體和左右連接體組成。連接體與閥體由螺栓連接，連接法蘭厚度與螺栓的連接強(qiáng)度應(yīng)按與閥體內(nèi)徑相當(dāng)?shù)姆ㄌm進(jìn)行類比設(shè)計(jì)，其連接強(qiáng)度必須防止管道應(yīng)力而產(chǎn)生連接松弛，使密封失效。閥體與連接體面對面接觸，中間無間隙。密封必須滿足失火安全要求，采用橡膠O型圈與纏繞式金屬墊組合密封。閥體的材料為鍛件，溫度-29C°以上選用ASTM A105；-29C°以下選用ASTM A350 LF2。對于焊接閥體，對A105或LF2材料的化學(xué)成分、含碳量、碳當(dāng)量以及硫、磷等元素應(yīng)另有特殊限制。鍛件按三級鍛件標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收，做100％無損探傷，焊縫處做著色檢查和超聲波探傷。

輸氣管線球閥的閥體大部分是采用A105，球A105N。輸油管線的球閥的閥體大部分是采用A105，球316。
2 密封座與密封閥座采用組合密封結(jié)構(gòu)，即金屬對金屬的初始“密封”，以阻擋固體顆粒的進(jìn)入；用橡膠、PTFE塑料、尼龍、PEEK等軟密封作為次級密封，以保證零泄漏。但由于管線中的異物的意外導(dǎo)入對軟密封材料的損壞，管線球閥均設(shè)有緊急密封劑的注入系統(tǒng)，以獲得暫時(shí)性的密封要求。
密封用的橡膠圈有圓形，三角形或其他特殊形狀。閥門公司都有自己的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和工藝措施，防止橡膠圈在開關(guān)過程中被吹出（Blow out）或切壞。對于Class900磅級以上，應(yīng)選用防爆降壓（AED）特性的材料作為O型圈材料。PTFE的密封圈，一般采用筒狀鑲嵌式結(jié)構(gòu)，亦可做成倒鉤狀組合式結(jié)構(gòu)，旨在保證密封圈不被吹出而導(dǎo)致密封失效。
密封座材料與閥體材料相同，化學(xué)鍍鎳，有彈簧加載以保證初始密封比壓，彈簧可采用螺旋彈簧，板彈簧或碟形彈簧，材料為Inconel X－750。
進(jìn)口端和出口端閥座采用對稱雙向密封設(shè)計(jì)。這種活塞式的介質(zhì)自密封結(jié)構(gòu)，按照客戶需要可設(shè)計(jì)成“單活塞效應(yīng)”（Single piston action），壓力自泄放密封座結(jié)構(gòu)和“雙活塞效應(yīng)”（Double Piston effect）雙重密封結(jié)構(gòu)。單活塞效應(yīng)即進(jìn)口端密封，出口端腔體壓力自動(dòng)排放。
3 DBB功能設(shè)計(jì)DBB功能設(shè)計(jì)是指無論是閥門處于開啟或關(guān)閉狀態(tài)，閥腔泄壓排放時(shí)，上游端和下游端閥座應(yīng)同時(shí)截止（Double Block & Bleed），并允許從排泄閥處對在線閥門進(jìn)行閥座密封性能測試，而不影響管線運(yùn)行。
4 緊急密封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)緊急密封系統(tǒng)由注射器（Injector）和止回閥（Check Valve）組成，分別安裝在閥體上，在閥座處的外測和閥桿填料處外側(cè)。緊急密封系統(tǒng)可以用來阻止或減少管線中閥門密封座的泄漏，密封劑注射前要進(jìn)行清潔和沖洗，有專門生產(chǎn)的清潔劑和密封脂，用手動(dòng)或電動(dòng)的工具將清洗劑或密封脂從注射器口注入，并按閥門供貨商所提供的使用說明進(jìn)行清潔和緊急密封操作。失火安全與防靜電設(shè)計(jì)已在支承軸、密封座章節(jié)中予以說明，防靜電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在24VDC下測定，電阻值不超過10歐姆。
5 閥門的操作方式閥門的操作，有手動(dòng)、蝸輪傳動(dòng)、氣動(dòng)（雙作用或彈簧復(fù)位），高壓氣動(dòng)（直接使用管線氣體）、電動(dòng)、液動(dòng)（雙作用或彈簧復(fù)位）以及氣液聯(lián)動(dòng)。氣液聯(lián)動(dòng)可實(shí)施本地和遠(yuǎn)程控制，與衛(wèi)星遙控的SCADA系統(tǒng)相配合，當(dāng)下游壓力降的速率或持續(xù)時(shí)間超多設(shè)定值時(shí)，（即管線爆裂），緊急切斷閥自動(dòng)截?cái)啵�并帶有救急性的蓄壓器，供手�?dòng)操作。
6 管線球閥連接端部設(shè)計(jì)連接端按客戶要求，有法蘭連接端和焊接端。
法蘭連接端應(yīng)帶凸面或環(huán)形槽，其尺寸、公差與光潔度、以及打孔、法蘭面，锪孔、倒孔等應(yīng)按下列標(biāo)準(zhǔn)
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
焊接端應(yīng)按ASME B31.4中434.8.6節(jié)或ASME B31.8。
7 螺栓緊固件
8 直埋式設(shè)計(jì)直埋地下的閥門為全焊接閥體管線球閥，閥桿按客戶要求接長，閥桿接長部分設(shè)計(jì)應(yīng)牢固，能抗地面承載，所有閥體上的連接管、密封劑注入器，底部排泄閥、安全泄放裝置均接至地表，接管與閥體焊接。接長桿的設(shè)計(jì)，其長軸的繞曲和傳動(dòng)鏈結(jié)合部的間隙應(yīng)予控制，防止開關(guān)過程中，球體不能準(zhǔn)確地處于關(guān)或開的位置，造成傳動(dòng)失誤。
9 管線球閥供貨范圍按API標(biāo)準(zhǔn)6D，以及管線球閥制造廠的裝備能力，產(chǎn)品的供貨范圍：
Class100－600磅級
DN1/2”-60”Class900磅級 DN1/2”-36”
Class1500磅級 DN1/2”-16”
Class2500磅級 DN1/2”-12”
在特殊場合，國外管線球閥供貨商可提供
Class150－600磅級 最大口徑至DN72”
Class900磅級 最大口徑至DN40”
Class1500磅級 最大口徑至DN36”
Class2500磅級 最大口徑至DN24”