論管線球閥的設(shè)計與制造過程

    為滿足管線球閥用戶的需求，管線球閥在設(shè)計與制造的過程中都會嚴格遵守美國腐蝕工程師協(xié)會NACE的有關(guān)標準。管線球閥的制造材料選用范圍比較廣泛，內(nèi)件材料都是采用的表面鍍鎳或316材質(zhì)、密封圈采用特制的聚合物材料。合金鋼閥門具有防腐蝕、密封性能好等優(yōu)點，因此，適用范圍很廣，是天然氣開采與輸送系統(tǒng)的最佳閥門選擇。

    在中國，管線球閥正處于黃金時期。中國地域遼闊，人口眾多，但直至2000年，全國覆蓋的長輸管線還不到2.5公里，但在2000年以后發(fā)展極快，到2010年，中國覆蓋的長輸管線已達到8.5萬公里。
    管線球閥在設(shè)計制造的過程中對于安全性和可靠性有極高的要求。并且這一理念被貫徹到球閥設(shè)計的全過程，從零件加工到型式試驗，從產(chǎn)品試驗，到質(zhì)量控制，再到售后服務(wù)都要嚴格按照這一標準執(zhí)行。
    1 管線球閥閥體的設(shè)計分兩部分，一是全焊接閥體設(shè)計，二是分體式閥體設(shè)計。
    全焊接閥體設(shè)計有筒狀和球狀兩種結(jié)構(gòu)。筒狀結(jié)構(gòu)屬于雙焊縫，焊接過程中會產(chǎn)生大量的熱量，殘余應(yīng)力比較復(fù)雜，軸向和徑向變形大。球狀結(jié)構(gòu)屬于4條焊縫拼接，隨著現(xiàn)代工藝技術(shù)的進步，球狀結(jié)構(gòu)采用左右閥體熱鍛壓成型，可中間單焊縫焊接成型，減少線能量的輸入，這樣就降低軸向和徑向變形的概率。
    分體式結(jié)構(gòu)多由閥體與左右連接體組合而成。由螺栓將連接體與閥體進行連接，連接法蘭厚度和螺栓的連接強度應(yīng)按與閥體內(nèi)徑相當?shù)姆ㄌm來類比設(shè)計，其連接強度要防止管道應(yīng)力而產(chǎn)生連接松弛，致使密封失效。閥體和連接體面對面接軌，中間沒有縫隙。需要指出的是，密封一定要滿足失火安全的相關(guān)要求，用橡膠O型圈和纏繞式金屬墊來進行密封。球閥閥體的材料為鍛件，溫度-29C°以上選用ASTM A105；-29C°以下選用ASTM A350 LF2。至于焊接球閥閥體，對A105或者是LF2材料的化學(xué)成分、含碳量、碳當量及硫、磷等化學(xué)元素藥要作限制。鍛件按照三級鍛件的標準進行驗收，做到無損探傷，焊縫處要做著色檢查與超聲波探傷。輸氣管線球閥閥體大多采用A105，球A105N。輸油管線球閥閥體則大多采用A105，球316。
    2 密封座與密封閥座采用組合密封結(jié)構(gòu)，也就是金屬對金屬的原始“密封”，用來防止固體顆粒進入其內(nèi)；用橡膠、PTFE塑料、尼龍、PEEK等軟密封作二級密封，使泄露程度達到零。管線里常會有雜物意外進入導(dǎo)致材料的損壞，所以管線球閥都會設(shè)置緊急密封劑的注入系統(tǒng)，用來處理緊急需要密封的情況。密封用橡膠圈有多種形狀，包括圓形、三角形及其他形狀。閥門公司在制造時會采用自己的工藝措施來防止橡膠圈在開關(guān)時被吹出或者切壞。對于Class900磅級以上，要選用防爆降壓特性的材料作為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。進口端和出口端閥座采用對稱雙向密封設(shè)計。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)計成“單活塞效應(yīng)”，壓力自泄放密封座結(jié)構(gòu)和“雙活塞效應(yīng)”雙重密封結(jié)構(gòu)。單活塞效應(yīng)即進口端密封，出口端腔體壓力自動排放。
    3 DBB功能設(shè)計DBB功能設(shè)計是指不管閥門是開啟還是關(guān)閉，閥腔泄壓排放時，上游端與下游端閥座要在同一時間截止，并準許從排泄閥處對在線閥門做閥座密封性能測試，單前提是不干擾管線的運行。
    4 緊急密封系統(tǒng)的設(shè)計緊急密封系統(tǒng)由注射器和止回閥組成，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，密封劑注射前要進行清潔和沖洗，有專門生產(chǎn)的清潔劑和密封脂，用手動或電動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行清潔和緊急密封操作。失火安全與防靜電設(shè)計已在支承軸、密封座章節(jié)中予以說明，防靜電結(jié)構(gòu)設(shè)計，在24VDC下測定，電阻值不超過10歐姆。
    5 閥門的操作。閥門的操作方式可采用手動、蝸輪傳動、氣動（雙作用或彈簧復(fù)位），高壓氣動（直接使用管線氣體）、電動、液動（雙作用或彈簧復(fù)位）以及氣液聯(lián)動。氣液聯(lián)動可實施本地和遠程控制，與衛(wèi)星遙控的SCADA系統(tǒng)相配合，當下游壓力降的速率或持續(xù)時間超多設(shè)定值時，（即管線爆裂），緊急切斷閥自動截斷，并帶有救急性的蓄壓器，供手動操作。
    6 管線球閥連接端部設(shè)計連接端按客戶要求，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)按下列標準
    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。直接埋在地下的閥門屬于全焊接的閥體管線球閥，閥桿按照客戶需求，閥桿接長部分的設(shè)計要牢固，可以承受起地面的壓力，所有球閥閥體上的連接管、密封劑注入器、底部的排泄閥、安全泄放裝置都直接接至地表，接管和閥體焊接。至于接長桿的設(shè)計，長軸的繞曲與傳動鏈結(jié)合部的間隙要控制，防止在開關(guān)的時候，球體不能準確關(guān)開，致使傳動失誤。
    9 管線球閥的供貨范圍按照API標準6D來執(zhí)行：
    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以下零件：
    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”