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管线球阀与管道工业

发布时间:2017-04-21   点击次数:441次

本文地址:http://www.usfifc.com/NewsShow_119.html
文章摘要:管线球阀与管道工业,高危蜷曲万通,机器翻译经部沉淀法。

管线球阀管道工业
管线球阀是固定球球阀的一种,是球阀一个最重要的发展。过去常常将“管线球阀” 一词与“固定球球阀” 一词相混用,将“管线球阀”不恰当地称之为 “固定球球阀”。其实,管线球阀的全称,应该是长距离输送系统管线球阀(long distance pipeline trans¬portation system pipeline ball valve),简称管线球阀。
这是从产品的服务对象而言。而“固定球球阀” 一词是指这种阀门的结构,球体被支持在转轴中心。另外,也不适宜将管线(pipeline) —词译为管道 (pipe),而称之为管道球阀。产品的国际标准名称是 ISO14313-2007《石油和天然气工业一管线输送系统一管线阀门》,这一名称就是最好的解读。管线阀门有球阀、闸阀、旋塞阀、止回阀,是满足长距离管线输送的特殊要求,具备特殊功能的专用阀门,对于球阀,则称之为管线球阀。规范该产品的美国石油学会最新标准是API 61>-2008第23版《管线阀门规范》与ISO14313等同。
3.4.1管道工业与管线球阀
1914年,伟德体育_伟德体育投注_伟德体育在线:第一条9 km长的输油管线在美国中部建成,从此拉开管道的工业发展的序幕。用管道来输 送原油、天然气,其成本是海上运输、油轮和液化天然气船舶运输成本的2/3,是油罐列车陆上运输的 1/3。所以近百年来获得飞跃的发展。根据《Pipe- line》杂志2000年统计,全世界已建成的管线260X 104km,其中输油管线80X104km,输气管线140X104km,成品油管线40 X104km。并且每年以3X104km的速度增加,输油输气管线是一条跨国能源供给线,是一条生命线。世界上最著名的管线如美国阿拉斯加输油管线(图3-19)从北部普拉德赫海湾至南 部瓦尔迪兹港全长1300km,管径48in,穿北极圈,
冻土层,高山和峡谷。前苏联乌连戈依中央输气管线 (西伯利亚管线,图3-20),全长3.5X104km,管径56in,紧急切断大口径管线球阀1000余台,穿越西伯利亚冻土层、森林、沼泽地。在东南亚从菲律宾至 马来西亚、爪哇、苏门答腊、新加坡至泰国全长 6276km的输气管线,其中1094km为海底管线。
管线球阀的最大口径为60in,最高压力等级为Class2500级(PN 420),在役的32in以上管线球阀约20万台以上,32in以下近250万台。
管线球阀在管道工业中获得广泛的应用无疑是它的产品特征:全通径、低流阻,便于实现远距离控制和自动化。管道输送近百年的发展已形成全球性跨国管网,这是人类赖以生存的能源供给系统,这一系统从北极圈至赤道,从高山至海底,从高原到沙漠,其间穿越地震带、沼泽地、江河、湖泊、山坡。有架设的也有直埋地下的,在野外远距离遥控操作,维修困难,要求30年以上使用寿命。输送的天然气含硫、 焊渣、铁锈等杂质,出厂时要求气泡级密封,这些苛刻的要求已成为全球性共识的采购规范。并提出如下特殊的功能要求。
①阀体的强度与韧性阀体是一个承压部件, 其压力边界除了承压内部介质的压力之外,尚需承受外部载荷,如地面沉降、滑坡、洪水、地震等自然灾害引起的弯曲载荷;以及由于昼夜温度变化,冬夏季节性温度变化而引起的拉伸和压缩载荷。在寒带及冰冻地区应考虑材料的低温冲击韧性,防止低温脆裂。 对于全焊接阀体,在焊缝和热影响区应按断裂力学理论进行CTOD (裂纹尖端张开位移)断裂韧性试验和焊后免热处理的安全评估。
②气泡级的密封要求产品出厂时应达到气泡级“零”泄漏,运行中要求密封座具有阻止金属颗粒进入密封区域的效果,如金属颗粒进入软密封,一旦出现泄漏,应有紧急密封的措施。
③失火安全与防静电功能阀门的设计需考虑失火安全,一旦失火,阀门的内漏与外漏不能超过API6FA和API607规定的泄漏标准。球体被非金属密封材料夹持,转动时可能产生的静电必须与阀体导通,在24VDC的电压下,其电阻小于ion。
④双截断与排放功能(double block and bleed)对于具有两个密封阀座的阀门,两个密封座之间的阀腔压力排放时,两个阀座应同时截断进口和出口的介质。
⑤双隔离与排放(double isolation and bleed)对于具有两个隔离型密封座的阀门,即具备双活塞效应功能的密封座,两个隔离型阀座之间的阀腔压力排放时,两个阀座应同时隔离进口和出口介质。
⑥防止阀腔压力超压无论阀门处于关闭状态或开启状态,对于双密封座的阀门,阀腔夹持一部分介质,如果被夹持的介质有可能由于温度变化而压力升高,阀门应具备阀腔压力超压自动泄压的功能。阀腔压力泄放的最大值不超过阀门压力额定值的 1. 33 倍。
⑦可清管能力(pig ability)允许清管器无阻碍通过的能力。
⑧阀杆保持阀杆应设计在任何内压条件下, 填料压盖卸去或操作装置卸去的情况下,保证阀杆不被吹出和阀体压力边界的完整。
⑨驱动链的设计设计轴的转矩,在整个驱动链的计算中,应该以最大开启转矩的两倍来计算。驱动链的最薄弱零件或零件截面应在压力边界之外。
⑩位置限定与指示阀门或操作机构应提供行程限定机构,在开启或关闭位置限定阀门的位置。并提供位置指示器,指示阀门所处的状态,开启位置或者关闭位置。
?硫化工况如果买方规定用于硫化工况,则 承压零件及螺栓连接材料应满足标准ISO15156《石油和天然气工业一油和气生产中用含H2S环境中材料》的全部要求。
紧急切断(ESD)对于用于紧急切断阀的场合,采用气液联动操作机构来驱动阀门,以天然气作为动力,液压油作为传动介质,来驱动管线阀门的启闭并有手动操作机构,破管自动保护,远程电控开关,ESD紧急关断的功能。
地下水的电位腐蚀与应力腐蚀采用全焊接阀体结构,管道阴极保护以及外部防腐来防止电位腐蚀和应力腐蚀。
管线球阀经历半个多世纪的发展,形成两大阀体结构形式。一种是全焊接球状阀体结构,以美国Ca-meron公司为代表,其他有德国的Bosig公司、 Shuck公司,日本TIX公司、Tubota公司,以及俄罗斯Tyazhpromarmatuva公司等。另一种是筒状阀体结构,有全焊接的,也有分体式的,以意大利Grove公司为代表,其他有意大利阀门公司、Perar公司、 NuovoPignone公司、PCC公司、B.F.E公司和捷克的MSA公司等。
(1)美国公司全焊接球状管线球阀在20世纪50年代,美国Cameron公司,推出一种球状结构,全焊接锻钢阀体的管线球阀(图3-21), 其结构特征如下。
①阀体是全焊接,球状,由四块锻件拼接组成, 焊接是在产品组装完成后进行,焊接工艺是最后一道工序,这样形成一个封闭的产品,不可再分解、拆卸。 这种以焊接作为产品最后一道工序的,称为“焊接产品”。这样,内件如球体、密封座、密封环、轴承无须更换,因此,这种结构上的合理性及其带来的客户效益,是在服役生命期内的可靠密封(sealed for life)。
另外,整体阀体提供了足够的强度和刚性,产品经弯曲试验和压缩试验验证了阀体的强度和刚性。
 
②可转动阀座,阀座外缘加工成棘轮,球体表 面上固定着一个拨动机构,球阀每开或关一次,棘轮转动一个角度。设计者的思路是考察球体对阀座之间相对运动,作用在阀座密封环带上,磨损的不均匀性,凭借阀座的转动来获得密封环磨损的均匀。但实 践结果恰恰和这一预期效果相反,阀座的转动加速了阀座的泄漏。因为管道中砂粒出现在管线的底部,划痕从密封环底部位置上发生,阀座的转动增加了泄漏 点,这一原始结构设计,现在已不被人们所认可。
③固定球结构,球体上有两个轴孔,插入两个过盈配合的支承轴,形成一个组合球体,上支承轴作为驱动轴,与传动机构采用花键连接。轴承采用低摩擦系数的PTFE塑料轴承,无须润滑,操作轻便。
④旋转阀座上的密封环材料为尼龙或PTFE, 并被牢固地锁定在金属座圈内。阀座与阀体之间的密封采用唇式密封结构,用PTFE制成。背面有平板弹簧推动,提供密封座的初始密封。当密封座上软密封失效时,有一个密封脂紧急注入通道,密封脂通过一 个注油嘴和单向阀通向球体表面,提供一个临时紧急密封。这一组合密封座结构满足DBB的功能要求以及低的密封压力,避免产生高的操作转矩,密封座的设计成为前级密封,具有自泄放功能,腔体压力异常升高时,出口端阀座自动排放。
⑤阀杆上的密封环用PTFE制造,有上、下两个轴封,如果需要,上轴封可以被更换。
⑥产品的火烧试验证明,塑料密封环被烧毁后密封座的金属球面金属相接触,密封座与阀体间的PTFE唇式密封环烧毁后,碟形弹簧的两个平面与阀体和阀座金属面相接触,其泄漏量的总和是有限的, 能够达到液滴密封等级(drop~tight)的要求。
⑦对于直埋地下的管线,阀杆可以被延伸,接 至地面,排污管、取气管、密封脂注入管亦接至地面。图3-22是Cameron T-31型产品组装图,可以详细看到其内部结构。
几十年前Cameron公司这一全焊接球形锻造阔体,固定球浮动阀座,无螺栓连接的管线球阀问世, 提供了一个紧凑型、高强度、轻重量、无维护的集成型产品,在长输管线中取代了传统的管线闸阀,从此风靡全球,而且时至今日,仍是管线工业中的主导产品,其压力等级Classl50-2500,通径NPS2-420
(2)德国公司全焊接球状管线球阀
而后,德国Borsig公司发展类似的全焊接球状锻钢阀体结构的管线球阀(图3-23),在结构上变化可以归纳为:
①球形壳体的焊缝在中间位置,壳体由左、右两个半球壳组成,轴颈部分的焊接与加工在左、右阀 体焊接之后,在工艺上有很大变化;
②驱动轴直接与球体相焊接;
③密封座的主密封采用氟橡胶或PTFE塑料, 弹簧采用螺旋弹簧;
④轴端密封有两种结构,0形橡胶密封或PTFEU形密封圈加石墨防火填料(图3-24)。
另外,在提供全焊接球状阀体管线球阀的同时, 并提供上装式管线球阀。密封结构与全焊接球形阀体管线球阀相同,壳体采用铸件,上装式结构主要用于场站,需要在线维修的场合。    

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