今天是:
管线阀门标准研究
机械工业阀门产品质量监督检测中心 高级工程师 王晓钧
日期:2013-6-17  文章来源:本网  阅读次数: 次  [ 关 闭 ]
一、概述
   管道输送已成为当代能源运输的主要方式,利用长距离管道输送油、气、煤等资源已成为当今世界解决能源输送的最主要手段。世界上主要油气生产国和消费国都大量使用长输管线来解决油气资源的运输问题,天然气的输送95%以上采用管道输送方式。据统计,目前世界上已有油、气长距离输送管线总长度超过260万公里,其中,天然气输送管线总长度约140万公里,占总长度的二分之一以上。 从国外的建设和运行的经验来看,在同样输送量的情况下,建一条大口径管道比建几条小口径管道更为经济;而且在一定范围内提高介质的输送压力同样能够增加效益。国外,长输管线直径大于1米的管道长度约占总长度的80%。最大管径为1420毫米,最高压力为11.8MPa。 长输管线在起点站、中间增压站、干线上和各系统的出入端等处需设置启闭和控制的阀门。因可能受到各类灾害和事故的影响,长距离油气输送管道可能会产生断裂、油气外漏、起火爆炸等问题,长输管线每隔20~30千米一段距离的管路上,还需设置一个紧急切断阀、电动阀或气动阀等阀门。可见一条长输管线上将使用很多的阀门。长输管线经过沙漠、雨林沼泽、山地、平原,所经地区气候恶劣、环境条件差,因此对阀门的要求比通用阀门更高,管线阀门要具有更高的强度和更好的密封性能、更高的使用寿命、操作快速轻便、维修方便。 国外长输管线起步早、发展较快,我国还没有大口径的长输管线,大口径的长输管线的建设处于起步阶段,因此,须认真做好配套产品的标准制定、产品性能检验等工作。 
  二、长输管线用阀概况 利用长输管线输送需控制介质的流动,因而在管线上需要大量的阀门。长输管线上的阀门,主要有两种用途:
 
  ① 在干线和各系统的出入口处,起启闭切断作用和安全保护作用;
  ② 在管线起点站和中间增压站内,起控制介质输送的作用。 
  国外,长输管线上选用量最大的阀门主要为:平板闸阀、球阀、紧急切断球阀、止回阀、快速球型调节阀等。阀门的连接形式为:法兰连接和对接焊两种。阀门的驱动方式有:手动、电动、气动、液动、电-液联动、气-液联动等多种驱动形式。 国外,长输管线用阀主要执行美国石油学会标准API 6D规范,并符合相应的产品标准。
  (一)从长输管线用阀的发展趋势来看,要求管线阀门有以下特点和功能:
  ⑴ 具有良好密封性能的阀门(适应各种介质和多变的工况条件);
  ⑵ 具有良好防火性能的阀门; 
  ⑶ 结构紧凑、体积较小,并具有抗蚀性能和耐磨损的阀门;
  ⑷ 适用于长输管线大口径的阀门和输送液化天然气的高压低温阀门;
  ⑸ 便于清管和具有良好的抗外应力结构; 
  ⑹ 机电一体化程度高的阀门。 
 (二)各种管线用阀的结构特点和作用
  1 平板闸阀 
  平板闸阀主要特点为:结构长度较短、密封性能好、操作扭矩较小且启闭操作力较接近、流阻小、阀门不必设置异常升压的装置,带导流孔的平板闸阀可以通过清扫器清洁管道。但阀门的结构高度高,约为管道直径的3~4倍。
  2 球阀 
  球阀主要特点为:结构较紧凑、密封性能好、启闭90°旋转可快速启闭阀门、操作时间较短,采用注入密封脂可形成二次辅助密封,防火结构的阀座在火灾时能保证阀门的密封,配套快速切断装置可实现阀门的紧急启闭。 
  3 球形调节阀 
  球形调节阀的流量大,结构简单、稳定性好、操作维修方便,全开时流阻小,允许使用压差较大,噪声小、抗气蚀性能好。
  4 止回阀
  止回阀多带阻尼结构,可有效消除管道的振动和降低流阻;采用双重密封(低压采用弹性密封,高压采用金属-金属密封),密封效果好;可通过管道清扫器。
  5 泄压阀 
  由于开泵或停泵可能使管道内介质流速变化和压力波动,产生冲击波。为消除冲击波的影响,长输管线上采用泄压阀来减轻冲击波。
  6 减压阀 
  在分支管道上设置减压阀,用来恒定用户进口端的介质压力,多采用先导式减压阀,受介质清洁度的影响小、压力控制精度较高、性能稳定。 
  (三)长输管线阀门使用材料 
  长输管线阀门的选材应满足强度、密封、使用寿命、高温、高压、耐磨、耐腐、防火、抗静电等方面的要求,从国外管线阀门使用材料来看,主要选用如下的材料:
  阀门的壳体(阀体、阀盖): WCB、WCC、不锈钢等 ;
  平板阀的闸板:不锈钢(表面经处理); 
  球阀的球体:不锈钢、阀座密封圈、增强聚四氟乙烯等 ;
  阀杆:不锈钢;
  垫片:不锈钢石墨或四氟缠绕垫、连接螺栓、优质合金钢 
  (四)长输管线对阀门性能试验要求 
  长输管线受地理条件和自然条件的影响,须承受气候温差的变化、地形和地震等的影响。因此,长输管线阀门的检验与试验更严格,要进行壳体强度耐压试验、密封性试验、动作性能试验、弯曲试验、抗拉试验、耐火试验、耐久性试验等,有的阀门还应做耐寒和耐热试验。试验阀门应密封性能好、操作灵活、动作准确、耐久性好,对于输送有颗粒介质的阀门还应做耐磨性试验。
  三、国内外有关标准规范概况 
  1 国外部分标准 
  目前,长输管线阀门主要使用美国石油学会标准API 6D《管线阀门规范》和相应的产品标准,如:API 594《对夹式止回阀》、API 599《钢制和球墨铸铁旋塞阀》、API 600《炼油厂用法兰或对焊连接钢制闸阀》、API 607《软密封面球阀的耐火试验》、API 608《法兰和对焊端的金属球阀》、API 6FA《阀门耐火试验规范》、BS 4460《石油工业用钢制球阀》等。 API 6D《管线阀门规范》标准是对管线阀门制造、检验、采购等综合要求的一项标准,其他产品标准,对产品的适用范围、连接型式、结构长度、性能要求、检验与试验、标志等进行详细要求。API 6D《管线阀门规范》标准内容有:范围、总则、材料、阀门的类型和类别、试验、标记、质量控制的要求、贮存和发运、附录(采购指南、度量换算、补充试验要求、引用规范和标准)九个章节。
  2 国内部分标准 国内现有长输管线用阀门标准有: JB/T 5298-1991《管线用钢制平板闸阀》、JB/T 7745-1995《管线球阀》,其他长输管线产品应用通用阀门的产品标准,一些特殊阀门(紧急切断阀等)没有国家或行业标准。尚没有统一的管线用阀门的标准规范。与国外标准相比国内现有的行业标准的内容较简单,内容不够完整,要求也较低。 
  四、标准内容分析
API 6D《管线阀门规范》对管线用阀门(闸阀、旋塞阀、球阀和止回阀)订货、设计、制造、试验与检验、标识等做了较详细的规定,具体内容有:
  1 阀门通径 
  规定了全径阀门、缩径阀门和非圆形孔阀门的标识,这有利于阀门的选择和应用;对全径阀门的通道内径偏差也有明确的规定。
  2 总则 
  有阀门的压力等级、额定值、结构长度、连接型式和尺寸、特殊结构的要求等内容。 规定了阀门的压力等级、额定值(阀门壳体材料按ANSI B16.5标准的额定值、标准法兰端和标准焊接端阀门的最大允许工作压力额定值)、通径的表示方法(全径阀门、缩径阀门、非圆形孔缩径阀门)、结构长度、端法兰、焊接端、设计控制、设计鉴定、设计文件、泄压、放泄和旁通连接、加长扳手、锁紧装置、位置指示器。 
  结构长度规定了:
  a.按ANSI B 16.5中额定值压力等级的和标准型式,法兰连接或对接焊连接的阀门结构长度;
  b.一端为焊接、另一端为法兰连接阀门的结构长度;
  c.未列出结构长度或结构长度不符合上述两条的阀门的结构长度和标识。 
  规定了连接型式和尺寸要求:
  a.各个尺寸系列端法兰的型式和应符合的标准;
  b.焊接端端口的结构和标准要求、端口的内径要求。 规定了设计程序、设计控制、鉴定和设计文件。 
  规定了特殊结构的要求:
  a.规定了泄压装置的设置和尺寸要求;
  b.放泄和旁通连接的连接型式和连接管尺寸要求;
  c.加长扳手的结构和组成;
  d.锁紧装置的设置和锁紧装置应固定的阀门位置;
  e.位置指示器的设置和指示要求。 
  3 阀门各部分材料 
  a.规定阀门的阀体、阀盖、盖板、端法兰和焊接端的材料牌号及应符合的材料标准规范;
  b.阀盖和盖板栓接材料的要求;
  c.非金属零件和元件材料规范的规定;
  d.支架、支架螺母、阀杆、闸板、球体、塞子、阀瓣、手轮、传动装置、管塞、电动附件等其他零件材料应执行的标准规范;
  e.抗硫化物应力断裂的部件的材料要求;
  f.代用的金属材料的性能要求、成分的限定和判断。 
  焊接的规定要求 所有承压件和控压件和焊接和焊补要求;
  焊接件的性能检验与试验项目等要求。 
  4 阀门类型和类别(对闸阀、旋塞阀、球阀、止回阀的关闭件的形式、密封结构和操作运动)的要求
   a.对双闸板闸阀和和平板闸阀的闸板型式组成、闸阀阀杆的辅助密封和上密封座进行了规定;
  b.旋塞阀密封副的组成和转动型式做了规定;
  c. 球阀密封副的组成和转动型式做了规定;
  d.各类止回阀(旋启式、单瓣对夹式和双瓣对夹式)密封副的组成和介质流动能力做了规定。
  阀门类别(全径阀门的最小通道直径和允许偏差、阀门的结构长度)。 
  5 试验 
  对阀门压力试验、强度试验和静压密封试验、试验项目、试验方法和试验保压时间做了明确的规定。
  6 阀门的标记 
  要求了阀体及铭牌上应标注的内容(制造厂名、商标、压力级结构长度标记、允许使用的最高工作压力额定值、阀体材料、密封件识别、阀门的公称通径、环节代号、介质的流向、结构长度、系列编号、制造年月、阀门功能标记等。 
  7 质量控制要求
  规定了测量和试验设备、质量控制人员的资格、质量控制的一般要求、具体产品和零件的质量控制 
  8 贮存和发运
  对阀门的涂漆、排放、防腐、密封面的保护进行了规定。 
  9 附录 
  作为标准内容的一部分,对阀门的采购和试验起到了指导作用。 附录A采购指南中要求了阀门的数据表、现场试验、泄压、清管器和圆球、耐火试验的原则。阀门数据表,列出了阀门订货、性能规范、使用条件、连接和密封副结构型式、操作机构型式和扳手尺寸、阀门的支撑、其他特殊要求(补充试验、耐火试验结构、泄压、排放连接、旁通连接、提供的文件、第三方证明或程序/试验、涂漆和涂层等)。 附录C补充试验要求中,详细说明了高于ANSI B16.5标准压力级的静压试验的介质压力和试验结果要求、气密封试验的要求、试验压力、试验保压持续时间和试验方法、操作扭矩试验的测量方法和要求。 通过以上的分析,可以看出,API 6D标准对管线阀门的订货、设计、制造、试验与检验、识别等方面有很大的指导意义。我国的长输管线阀门的有关标准体系正在建立,并在着手制定有关的产品标准。