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关于阀门选用的某些问题

2013-3-7 来源：作者：中国华陆工程公司鲁剑英

在各类石油化工和化工装置中, 阀门的投资费用约占配管总费用的50% 以上, 显然, 正确、合理地选用阀门是石油化工管道设计中的重要问题。如何根据工艺过程的需要, 合理地选择不同类型、结构、性能和材质的阀门, 请参见有关设计手册和资料, 本文旨在反映管道设计过程中所遇到的有关阀门选用的某些问题, 以供参考。

1 阀门型号编制方法

至今, 在我国石油化工设计中, 阀门的选用主要是根据各种标准、各类产品目录、众多的厂家样本, 在材料表中列出阀门的技术规格, 即阀门的型号和公称直径, 业主的采购部门则按照材料表中的阀门型号进行采购。

“阀门型号编制方法”JB308- 75 是我国阀门行业采用最广的标准。然而, 近年来由于进口阀门国产化, 各种新型阀门的生产以及新材料的应用均突破了上述“ 编制方法”。因而, 各种版本的产品目录主要参照JB308- 75, 对其中未作规定的代号进行了补充, 于是就产生了各种产品目录中略有不同的编制方法。此外, 还有中国阀门协会的规定“一般用工业阀门型号编制方法” CVA2.1- 84、“电站阀门型号编制方法“ JB4018- 85 以及各阀门厂厂家的编制方法。这些互不相同的编制方法给设计人员的选用带来诸多的不便, 也产生了新的问题。图1 和图2 示出JB308- 75 和CVA2.1- 84 的编制方法, 下面试就其主要方面进行一些分析。

1.1 类型代号

JB308- 75 和CVA2.1- 84 的类型代号基本相同, 但对特殊工况的表示不同, 前者对低温、保稳JB308- 75 编制方法温( 带加热套) 和带波纹管的阀门, 在类型代号前分别冠以“D”、 “B”和“” W”; 而后者, 其特殊工况的代号不同且在类型代号的右下角表示, 代号如下:

A— 低温

B— 保温( 带加热套)

C— 带波纹管

D— 抗硫

E — 耐火

F —防静电

G— 煤气及天然气

CVA2.1- 84 规定, 若采用国际标准, 于类型代号前加“C”表示。

机械工业出版社出版的“ 产品样本”中, 类型代号增加了P — 排污阀, U —柱塞阀。此外, 各阀门生产厂根据自己的阀门品种, 对阀门的类型代号也作了很多补充规定, 在类型代号前分别冠以不同的代号, 笔者从各种样本中, 择其主要录于表1。

1.2 阀座密封面或衬里材料代号

“ 产品样本”中所列的该代号最多, 见表2。

CVA2.1- 84 中, M 代号意义与之不同, 表示石墨。

各厂家亦根据不同情况有所补充。例如良工阀门厂补充规定了以下阀座密封材料:

Y1 — 镍基硬质合金 Co —Ni( HF) Stellite

Y2 —铬基硬质合金 Co —Cr( HF) Stellite

Y3 — 铁基硬质合金 Co — Fe( HF) Stellite

并且规定有阀板密封面代号, 代号相同, 但用小字在阀座密封面材料代号的右下角表示, 若与阀座相同时则省略。如:

1.3 公称压力数值

按照标准规定, 公称压力数值应按GB1048 “ 管道元件公称压力”的规定, 以10 倍的公称压力 ( MPa) 数值表示。用于电站工业的阀门, 当介质最高温度超过530 ℃时, 标注工作压力以字母P标志, 并在P 的右下角附加介质最高温度数字,该数字是以10 除介质最高温度数值所得的整数。例如: P54140, 表示介质最高温度为540 ℃ , 工作压力为14MPa。

按照国外标准制造的阀门, 其公称压力数值通常仍以相应标准的代号表示, 但需标注单位, 同时加以括号。例如: DZ40Y-150 ( Lb) ( ANSI 标准) ; J11H-10( K) ( JIS 标准) 。某些产品目录中未加(Lb) , 若上例中没有( Lb) ,则易误认为是15MPa 的公称压力。采用JIS 标准时不加括号, 则易误认为是阀体材质代号应当指出, 决不可仅根据阀门样本中的最高使用温度, 认为在任何情况下, 阀门都可以在其公称压力下使用。必须顾及温度的影响, 根据工艺条件, 按照不同阀体材料阀门的温度-压力表 ( pressure-temperature rating ) 来确定适用的阀门。

国内外阀门由于基准温度不同, 其温度-压力表有很大差异。国外阀门常常可以升级使用, 而按JB标准生产的阀门, 即使其工作压力未超过公称压力, 但由于操作温度大于基准温度, 往往也会是不合理的。例如, 按ANSI B16-34 制造的公称压力为300 等级, 材料为A216WCB 的阀门, 完全可在4.6MPa、93 ℃ 操作条件下使用; 而按JB 标准生产的公称压力4.0MPa、碳钢制的阀门, 在300 ℃时,即使在工作压力3.5MPa 下使用也是不合理的。

1.4 阀体材料代号

表3 列出“ 产品样本”根据JB308- 75 并补充的阀体材料代号。

然而, 此表仍无法适应阀门产品发展的需要。笔者根据产品目录和各种样本, 将各厂补充的代号, 择其主要列于表4, 由于缺乏统一, 其中不乏同一代号代表不同的材料; 相同的材料却有不同的代号。

表5 列出国外阀门常用的阀体材料。对于低温阀门, 若需要数量不多, 采用18- 8 不锈钢是适宜的, 因为采用低温镍钢等要在一定温度下进行冲击试验, 而用不锈钢不必做此试验, 且是定型产品, 供货方便。

1.5 其它

尽管补充了上述情况, 目前的编码仍未把阀门的技术规格全面描述清楚。例如阀门法兰的密封面就无相应的代号, 为此, 不少厂家( 如大连高压阀门厂) 的产品型号编码中就包含了这一代号。通常公称压力为0.25~ 2.5MPa 的阀门, 其法兰密封面按RF 加工, 并加工密封水线, 如不要求密封水线, 应在订货时指出; 公称压力为4. 0~16. 0MPa 的阀门, 其法兰面加工为凹面, 6.3~16.0MPa 的阀门亦可加工成梯形槽面; 公称压力为16.0、32. 0MPa 的阀门端法兰为螺纹法兰时,密封面均为透镜式。设计者应按需提出具体要求, 最好在阀门数据表中规定阀门的规格、数据、材料, 包括密封面的型式和粗糙度要求, 以保证性能满足工艺要求。

我公司某项目阀门材料表中就是仅以通常的阀门编号描述, 其中4.0MPa 的阀门, 在设计协议中要求其密封面为RF 型, 而厂方只根据材料表进行采购, 没注意到密封面的要求, 所采购的阀门是通常的凹面, 造成所供管道法兰不能与之匹配。阀门的密封面应根据管道等级中的规定, 按照所连接法兰的密封面要求来确定。

由此可见, 仅按照粗线条分类的阀门型号进行采购, 已不能适应今天石油化工建设的需要, 必须代之以技术规格详尽的阀门数据表和采购技术规定。

1.6 阀门数据表

阀门数据表应主要包括以下几个方面:

( 1) 工艺条件;

( 2) 阀门类型;

( 3) 结构型式;

( 4) 采用标准: ① 制造标准; ② 结构长度标准; ③ 连接法兰标准( 包括法兰型式、密封面型式和密封面粗糙度) ; ④承插口标准; ⑤ 螺纹标准; ⑥对焊端坡⑦标准、管表号或壁厚。

( 5) 公称压力;

( 6) 阀门规格;

( 7) 传动型式: ①齿轮传动方式及布置方式; ②链轮传动方式及链条长度。

( 8) 材料( 包括阀体材料和主要内件材料) ;

( 9) 密封面材料的匹配( 阀座密封面和闸板密封面, 阀座和阀瓣) ;

( 10) 垫片要求;

( 11) 填料要求;

( 12) 耐火要求( 球阀) ;

( 13) 阻尼要求( 止回阀) ;

( 14) 旁通要求( 包括旁通阀类型、阀盖型式及连接方式和尺寸) ;

( 15) 锁定结构, 要否配锁;

( 16) 其它附加要求: ① 排液口; ② 对焊和承插焊的阀门, 各端是否要求焊有短管及相应的焊后热处理;

( 17) 检验标准和要求。

2 阀门结构尺寸

目前, 石油化工管道设计中的管道布置图和空视图( isomet ric) 不少是采用CAD 绘制的, 由于要求在绘图前就输入阀门长度, 但定货厂家未定,因此担心阀门长度的准确性是很自然的。

笔者根据手边的样本, 对设计中大量应用的国内标准法兰闸阀和截止阀的结构长度分别与JB97- 75、JB96- 75 和GB12221- 89 进行了核对。发现绝大部分闸阀和截止阀是符合JB97-75 和JB96- 75 的, 仅少数专用阀门的尺寸有所差异。与GB12221- 89 的核对情况概括如表6。

值得提出, 在GB12221- 89 的附加说明中声明, 自该标准实施之日起, 原JB97- 75“ 闸阀结构长度“等标准中法兰连接部分的结构长度作废。但奇怪的是绝大部分产品样本中的尺寸仍与其相符, 而与GB12221- 89 却不完全相符, 其中相符部分的尺寸亦与JB97- 75 和JB96- 75 相同。由上所述, 笔者认为, 在没有确定供货厂家之前, 对大量应用的法兰闸阀和截止阀, 设计中暂且可先采用JB97- 75 和JB96- 75 中的尺寸; 按美国标准ANSIB16-34 或API 标准生产的阀门, 可采用ANSI B16. 10 中的尺寸。在确定厂家、收到制造商资料后, 再进行核对。希望生产厂家尽快按现行标准组织生产。

3 阀门标准

目前, 国内市场上的阀门品种众多, 各种阀门标准处于新老交替的过渡时期, 大量JB 标准的阀门仍在生产, GB 标准的阀门相继问世, 此外还有大量按国外标准如API STD-600,API STD-602,API STD-6D, ASME/ANSI B16-34, JPI - 7S -36, BS5352, E101 等生产的阀门, 以满足不同的需要。

在化工系统的管道设计中, 为了与国际标准接轨, 对于引进装置的国内配套装置以及国内设计的新建装置中, 大部分采用HG20553- 93“ 化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列“标准中的Ia 系列, 与其相匹配的法兰为GB9113~ 9123中的ANSI 系列, 即PN 为2.0, 5.0, 10.0, 15.0, 25.0, 42.0MPa 的法兰, 因而需要相应标准的阀门与之匹配。然而, 目前市场上所提供的国标阀门中, 几乎都是DIN 系列公称压力等级, 即PN为0.25, 0.6, 1.0, 2.5, 4.0, 6.3, 10.0, 16.0MPa等。按照ANSI 系列公称压力等级生产的GB 标准阀门真可谓凤毛麟角, 笔者翻遍手边所有产品目录及样本, 仅发现一例即白银柯登五金化工工业有限公司( 兰州) 生产的Q41F- 20, 50( C, P, R)球阀是按GB 标准生产, 结构长度按GB12221, 法兰按GB9113。

GB12221- 89 等阀门标准发布近8 年来, 其中ANSI 体系公称压力等级的阀门竟几乎无产品供应市场。不少厂家认为, 可采用国内生产的美标阀门来满足需要, 这是可行的解决办法。但笔者认为, 只有标准而无产品, 实在令人费解, 设计者首选优质的国标阀门, 这是情理之中的事, 期望生产厂家能注意这一点, 尽快以优质的国标阀门占领这片市场。