一、概述
為使我國(guó)西部的經(jīng)濟(jì)得到較快的發(fā)展，國(guó)家提出開(kāi)發(fā)大西部的重大決策。開(kāi)發(fā)新疆地區(qū)的石油和夭然氣資源，是開(kāi)發(fā)西部的重大舉措之一。要使西部的油、氣資源得到充分的利用，唯一的辦法是將油、氣通過(guò)管線(xiàn)輸送到我國(guó)東部地區(qū)。國(guó)家為此將建設(shè)“西氣東輸”管網(wǎng)工程，即鋪設(shè)主管線(xiàn)，西起塔里木的輪南氣田，東到上海地區(qū)，全線(xiàn)長(zhǎng)約4200 km。從國(guó)外的建設(shè)和運(yùn)輸?shù)慕?jīng)驗(yàn)來(lái)看，在相同輸送量的情況下，建一條大口徑的管線(xiàn)比建幾條小口徑的管線(xiàn)更為經(jīng)濟(jì);而且采用在一定范圍內(nèi)提高介質(zhì)的輸送壓力，同樣能夠增加效益。所以，西氣東輸采取的管徑為:DN =1000 mm, PN = 10.0 MPa。這樣的參數(shù)在我國(guó)以前的輸氣管網(wǎng)中是從來(lái)沒(méi)有的。
我國(guó)西氣東輸管線(xiàn)距離長(zhǎng)，管線(xiàn)經(jīng)過(guò)沙漠、雨林、沼澤、山地、河流(長(zhǎng)江、黃河)、平原，所經(jīng)地區(qū)氣候惡劣，環(huán)境溫度變化范圍為--30-80 -C，環(huán)境條件差。因此對(duì)長(zhǎng)輸管線(xiàn)閥門(mén)的要求比通用閥門(mén)的要求要高得多，要求長(zhǎng)輸管線(xiàn)閥門(mén)具有更高的可靠性，更高的密封性、更高的強(qiáng)度，以確保長(zhǎng)輸管線(xiàn)安全可靠運(yùn)行。
長(zhǎng)輸管線(xiàn)的發(fā)展，經(jīng)過(guò)幾十年的時(shí)間，在我國(guó)已初具規(guī)模，特別是管線(xiàn)球閥的發(fā)展。目前在國(guó)內(nèi)管線(xiàn)上應(yīng)用的國(guó)產(chǎn)管線(xiàn)球閥，參數(shù)已達(dá)到了PN = 6.4 MPa, DN = 1000 mm，但與西氣東輸工程中要求的參數(shù)，還有一段距離，管線(xiàn)球閥的緊急切斷裝置，國(guó)內(nèi)還不能生產(chǎn)。
另外，全焊接的球閥，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有產(chǎn)品應(yīng)用的歷史。
AP16D管線(xiàn)閥門(mén)
AP16FA閥門(mén)的耐火試驗(yàn)
AP1607較密封和90。轉(zhuǎn)向閥門(mén)的耐火試驗(yàn)
AP1598閥門(mén)的檢驗(yàn)和試驗(yàn)
ANSI B16.34法蘭、螺紋和焊接端閥門(mén)
JB/T7745管線(xiàn)球閥
在長(zhǎng)輸管線(xiàn)中，要求線(xiàn)路截?cái)嚅y—管線(xiàn)球閥能夠控制管道中的介質(zhì)，具有開(kāi)關(guān)作用，改變介質(zhì)流向和防止倒流，發(fā)送或通過(guò)管道清洗球，防止事故發(fā)生，自動(dòng)、緊急切斷，封閉或打開(kāi)管線(xiàn)等。
1.密封性能可靠
對(duì)長(zhǎng)輸管線(xiàn)線(xiàn)路只能定期巡查，而且有時(shí)需要通過(guò)人跡罕至的高山、沙漠)一草原及地震多發(fā)等地區(qū)。微小的漏失就會(huì)造成大量介質(zhì)漏失，浪費(fèi)能量，尤其是西氣東輸工程中，對(duì)天然氣管道中的密封性更為嚴(yán)格。另外，還要求具有緊急注脂的密封性能。
2.使用壽命要求長(zhǎng)
管線(xiàn)一旦投人運(yùn)行，幾年內(nèi)甚至幾十年內(nèi)不允許停止運(yùn)行，運(yùn)行的時(shí)間越長(zhǎng)越好。天然氣面對(duì)的是大用戶(hù)，是工廠(chǎng)、企業(yè)的原料或能源，不允許有片刻的閘斷，所以，要求主要關(guān)鍵件如閥座等有很長(zhǎng)的壽命。
3.管線(xiàn)閥門(mén)的高強(qiáng)度、抗外力的安全性
西氣東輸工程中，管線(xiàn)球閥的壓力高達(dá)10.0 MPa，口徑達(dá)到1000 mm。且管線(xiàn)的站距較長(zhǎng)，長(zhǎng)度達(dá)到20 km左右。在使用中，受溫度的熱脹冷縮、設(shè)備振動(dòng)、地震災(zāi)害、地基變動(dòng)等復(fù)雜的外力作用，閥門(mén)在管道中經(jīng)常受到拉伸、彎曲、壓縮等綜合應(yīng)力的影響，要確保閥門(mén)的正常使用，必須具備足夠的強(qiáng)度。
4.管線(xiàn)球閥應(yīng)耐腐蝕
因天然氣中含有硫化氫，它能與鐵反應(yīng)生成硫化鐵，腐蝕閥門(mén)，穿蝕機(jī)械，故管線(xiàn)球閥應(yīng)選用耐腐蝕的材料。
5.自動(dòng)化程度高
管線(xiàn)球閥的控制都是在中央控制室，距離較遠(yuǎn)，應(yīng)能實(shí)施遠(yuǎn)距離遙控，且在事故狀態(tài)下能緊急關(guān)斷，關(guān)斷時(shí)間要求達(dá)到15s左右。在管線(xiàn)正常運(yùn)行時(shí)，可能幾年內(nèi)都不會(huì)動(dòng)作，一旦動(dòng)作，必須準(zhǔn)確、可靠。
6.管線(xiàn)閥門(mén)要求重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、全通徑
為了保證閥門(mén)能在復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)安裝、符合埋地要求、檢修方便，因此要求閥門(mén)重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，并且是全通徑，便于在管線(xiàn)正常運(yùn)行時(shí)，能夠清管。
五、設(shè)計(jì)研究
管線(xiàn)球閥的主要技術(shù)參數(shù):
公稱(chēng)壓力PN=10.0 MPa
公稱(chēng)通徑DN=1000 m m
實(shí)際通徑DN=1016 mm
環(huán)境極限溫度一36-80℃
介質(zhì):天然氣(含有硫化氫和二氧化碳)
啟閉時(shí)間:關(guān)閉<15s、開(kāi)啟=60 s
根據(jù)使用和標(biāo)準(zhǔn)的要求，以及長(zhǎng)輸管線(xiàn)球閥的要求，結(jié)合管線(xiàn)球閥的技術(shù)參數(shù)，我們作了如下的設(shè)計(jì)研究:
1.全焊接式緊急切斷管線(xiàn)球閥
為了杜絕閥門(mén)的外漏、提高閥門(mén)的抗變形能力、減輕重量，需采用全鍛焊式結(jié)構(gòu)，典型結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。
全鍛焊式結(jié)構(gòu)，采用鍛造的閥體，在裝配后焊接而成，改變了過(guò)去的鑄造、螺栓連接結(jié)構(gòu)，不會(huì)有閥體部分的外漏。相對(duì)于鑄件來(lái)看，鍛件的壁厚可以減薄，且強(qiáng)度高，省去了中法蘭和幾十對(duì)螺栓的連接，重量大大減輕，據(jù)測(cè)試，將減輕1/4的重量。
2.密封結(jié)構(gòu)
密封結(jié)構(gòu)是球閥密封性能的關(guān)鍵設(shè)計(jì)，提供一個(gè)好的密封結(jié)構(gòu)，直接影響球閥的使用壽命，根據(jù)研究，我們提供了下列幾種符合實(shí)際要求的結(jié)構(gòu):
(1)雙活塞效應(yīng)閥座雙活塞效應(yīng)的閥座基本原理即閥門(mén)有二個(gè)閥座密封，假如上游閥座損壞，介質(zhì)進(jìn)人中腔，而中腔的壓力仍然能使下游閥座達(dá)到密封。見(jiàn)圖2。
P2>P1
P2+P0>P1
式中P0—彈簧力，單位為N.
所以，當(dāng)中腔有壓力時(shí)，介質(zhì)力能夠使閥座壓向球體，達(dá)到密封的目的。
(2)雙重密封為使閥門(mén)更有效地密封，該結(jié)構(gòu)采用雙重密封結(jié)構(gòu)，即聚四氟乙烯密封軟密封。加上金屬硬密封，如果軟密封出現(xiàn)問(wèn)題，金屬密封也能起到作用，見(jiàn)圖2.
同時(shí)金屬硬密封還是防火結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，即當(dāng)軟密封遭到火災(zāi)燃燒時(shí)，金屬硬密封能夠密封。
(3)緊急注脂密封如果異物或其他原因損壞密封面，閥座中的密封脂加注系統(tǒng)可提供一種快速簡(jiǎn)單的恢復(fù)緊密關(guān)斷的方法，加注密封脂達(dá)到密封。另外，加注系統(tǒng)也可以用于周期性情況閥座的密封區(qū)域。
同時(shí)，在閥桿密封中也增加緊急注脂密封補(bǔ)充。見(jiàn)圖3。
3.防靜電、防火結(jié)構(gòu)
標(biāo)準(zhǔn)中要求該球閥必須具有防靜電、防火結(jié)構(gòu)，閥門(mén)在球體、閥桿和閥體之間設(shè)置靜電結(jié)構(gòu)，在密封圈設(shè)置防火結(jié)構(gòu)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，金屬密封圈仍能達(dá)到密封。
4.緊急切斷裝置
當(dāng)管道發(fā)生事故時(shí)，要求該事故管道兩端的球閥實(shí)行緊急切斷，一般要求在15s之內(nèi)關(guān)閉兩端閥門(mén)，或者在更短的時(shí)間內(nèi)。現(xiàn)在，各閥門(mén)制造廠(chǎng)大部分選用國(guó)外的氣液聯(lián)動(dòng)的緊急切斷裝置。該裝置直接利用管道輸送的介質(zhì)，利用介質(zhì)的壓力，由感應(yīng)裝置或由主控室的指令，感應(yīng)事故信號(hào)，直接控制閥門(mén)，達(dá)到緊急切斷閥門(mén)的目的。
5.固定球結(jié)構(gòu)
為減少介質(zhì)壓力對(duì)球體及閥桿造成的彎曲應(yīng)力，將閥桿與球體的連接設(shè)計(jì)成分段結(jié)構(gòu)，避免介質(zhì)壓力直接作用在閥桿上，造成閥門(mén)開(kāi)關(guān)的難度。另外，加大球體的支撐截面積，提高球體的剛性。
綜上所述，采取上述幾種方案的特點(diǎn)，能夠符合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)閥門(mén)的要求，同時(shí)，也能符合工程的需要。
六、管線(xiàn)球閥的發(fā)展趨勢(shì)
近年來(lái)，隨著長(zhǎng)輸管線(xiàn)的快速發(fā)展，管線(xiàn)球閥作為緊急切斷的閥門(mén)之一，發(fā)展速度也非?？?，主要呈現(xiàn)以下幾個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì):
(1)大型化、高參數(shù)目前，管線(xiàn)球閥己發(fā)展大公稱(chēng)壓力PN=14.0 MPa，公稱(chēng)通徑DN=1400mm，大型化、高參數(shù)將給輸送帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。
(2)高強(qiáng)度的耐腐蝕材料閥門(mén)尺寸的增大，壓力的增高，迫切需要研究高強(qiáng)度的耐腐蝕的新型鍛材，以適應(yīng)閥門(mén)尺寸不斷加大的需要。
(3)多重密封結(jié)構(gòu)為保證閥門(mén)的密封，正在研究一種多重復(fù)合材料的密封結(jié)構(gòu)，以確保閥門(mén)在使用中能達(dá)到50年甚至更長(zhǎng)的使用壽命。
(4)高可靠性又快速關(guān)閉緊急切斷球閥，在輸氣管道中長(zhǎng)時(shí)間出于開(kāi)啟狀態(tài)，有時(shí)十年也不動(dòng)作，但是，一旦動(dòng)作，便要準(zhǔn)確可靠，保證更高的可靠性，并且能夠在更短的時(shí)間內(nèi)快速關(guān)閉。
(5)自動(dòng)化程度更高緊急切斷球閥，能感知事故的發(fā)生，自動(dòng)關(guān)閉，感知距離更長(zhǎng)。
七、結(jié)束語(yǔ)
在長(zhǎng)輸管線(xiàn)的建設(shè)中，緊急切斷球閥已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛地應(yīng)用。采用上述設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，保證了閥門(mén)的密封性、長(zhǎng)壽命、安全性、耐腐蝕等要求，完全可以在長(zhǎng)輸管線(xiàn)的的建設(shè)中得到使用。
銷(xiāo)售工程師 余夢(mèng)潔
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