一 前言

    1914年，條9公里長的輸油管線在美國中部建成，從此拉開管道工業(yè)發(fā)展的序幕。用管線來輸送液體或氣體，其成本是鐵路運(yùn)輸?shù)?span>1/3，海上運(yùn)輸?shù)?span>2/3，所以近一百年來獲得了迅速的發(fā)展。長距離輸送管道稱之謂長輸管線，長輸管線上使用的閥門稱之謂管線閥門，有球閥、閘閥、止回閥、旋塞閥，是一種滿足管道運(yùn)輸?shù)奶厥庖�，具備特殊功能的專用閥門。對于球閥則稱之謂管線球閥。規(guī)范管線球閥的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是美國石油協(xié)會頒發(fā)的API規(guī)范6D《石油天然氣工業(yè)－管道輸送－管線閥門》，*新版本2000年1月頒布的第22版，以及1999年頒發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)ISO14313-1999。

    實(shí)際上管道工業(yè)的迅速發(fā)展是二十世紀(jì)五十年代的事，根據(jù)《Pipeline》雜志2000年統(tǒng)計(jì)，全世界已建成管線260萬公里，其中輸油管線80萬公里，輸氣管線140萬公里，其他石油化工產(chǎn)品輸送管線40萬公里。輸油輸氣管線是一條能源供應(yīng)線，是一條生命線，已遍布全球，并且每年仍以3萬公里的速度遞增。管線閥門的壓力級PN42.0Mpa（Class2500），閥門通徑60英寸（DN1500）。

    世界上著名的長輸管線如美國阿拉斯加到大西洋東海岸長島的原油輸送管線，穿過北極圈凍土層和美國五大湖的沼澤地；俄羅斯橫貫西伯利亞的輸油管線；地中海地區(qū)從阿爾及利亞經(jīng)摩洛哥至西班牙的輸氣管線，全長2000公里，穿過沙漠，阿特拉斯山脈和直布羅陀海峽；在東南亞從菲律賓經(jīng)馬來西亞、爪哇、蘇門答臘，至泰國全長6276公里輸氣管線，其中1094公里海底輸氣管線，等等。

    球閥的結(jié)構(gòu)可追溯到1904年，已有人申請了結(jié)構(gòu)，但一直未獲得商品化，它的發(fā)展也是20世紀(jì)50年代的事，這是由于1943年美國杜邦公司聚四氟乙烯塑料的發(fā)明，這種材料具有一定的彈性，自潤滑性，優(yōu)良的耐腐蝕性，十分適宜于作為閥門的密封材料。以及車球機(jī)、磨球機(jī)的進(jìn)步。由于這種閥門是全通徑、低流阻，十分適宜作為長輸管線用閥，所以管線球閥已逐步取代管線閘閥、旋塞閥，是一種近50年來發(fā)展*快的一個閥門新品種。

    二  管線輸送對管線球閥的嚴(yán)格要求

    長輸管線是全球性的，是一條能源供給線，從北極圈到赤道，從高山到海底，從高原到沙漠，其間穿過地震帶、沼澤地、凍土層、江河、湖泊、山坡。有架設(shè)的，有直埋地下，在野外操作，維修困難，要求30年使用壽命。一般輸送原油、天然氣，雖經(jīng)處理但含硫，含鐵銹及金屬顆粒，且要求零級密封，實(shí)際的使用環(huán)境惡劣和能源供給線的重要性，對管線球閥提出了嚴(yán)格的技術(shù)要求。

    1 強(qiáng)度和韌性

    閥門除了承受內(nèi)部介質(zhì)壓力之外，尚需承受地基承載，由于環(huán)境溫度變化而引起的軸向拉力和壓力，考慮滑坡，地面沉降，洪水而引起的外部載荷，在寒帶及冰凍地區(qū)尚需考慮材料低溫沖擊韌性，防止低溫脆性斷裂。對于全焊接閥體球閥，焊縫及熱影響區(qū)，需要按照斷裂力學(xué)理論，考慮其斷裂韌性（CTOD）

    2 零級的密封要求

    閥門要求零級密封，以確保對下游端管線的有效截?cái)�，考慮介質(zhì)中金屬顆粒對零級密封的影響，以及一旦密封失效時應(yīng)采取緊急密封措施。

    3 具備失火安全和防靜電功能

    管線球閥設(shè)計(jì)需考慮失火安全（fire safe）,一旦失火，閥門的外漏和內(nèi)漏不能超過API607規(guī)定的泄漏標(biāo)準(zhǔn)；球體被非金屬材料夾持，可能產(chǎn)生靜電，必須與閥體導(dǎo)通，在24VDC下，電阻值<10歐姆。

    4 DBB功能（Double Brock & Bleed）

    在閥腔排泄時，上游端閥座和下游端閥座應(yīng)同時自動切斷，以確保排放時的安全。

    5 防止閥腔壓力的夾持；

    無論閥門處于開啟或關(guān)閉位置，均應(yīng)防止介質(zhì)在閥腔中被夾持，如果介質(zhì)可能夾持，則對于氣體介質(zhì)或液體介質(zhì)均要確保自動泄放閥腔內(nèi)的壓力，閥腔壓力泄放的值不超過閥壓力額定值的1.33倍，外部壓力泄放閥的口徑為DN15或更大。

    6 排泄

    閥腔的介質(zhì)可以排泄；并通過此排泄孔對閥門進(jìn)行在線密封檢測。

    7 位置指示

    無論手動或動力驅(qū)動，要有明顯的閥位指示表明閥門處于開啟位置或關(guān)閉位置；

    8 傳動鏈

    傳動鏈的設(shè)計(jì)扭矩至少應(yīng)為球閥扭矩的2倍。

    9 硫化工況

    承壓部件及螺栓材料應(yīng)具有抗應(yīng)力裂化的能力，符合NACE,MR 0175要求.

    10 緊急切斷功能

    長距離管道輸送系統(tǒng)采用衛(wèi)星監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA System），當(dāng)管線壓降速率或持續(xù)時間達(dá)到某一設(shè)定值，閥門應(yīng)緊急切斷；

    11 考慮地下水的電位腐蝕和應(yīng)力腐蝕.

    采用全焊閥體結(jié)構(gòu)，管道陰極接地和外表面防腐，來防止電位腐蝕和應(yīng)力腐蝕。

    三 國外管線球閥的發(fā)展

    管線球閥經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上形成二大流派。一派以美國Cameron公司為代表，采用全焊接球狀閥體結(jié)構(gòu)。屬于這一流派的有德國的BORSIG公司，Schuck公司，美國Larsen&Toubro公司，日本KITZ公司，TIX公司，TUBOTA公司，以及俄羅斯圖拉的Tyazhpromarmatuva公司，如圖（一）所示；另一流派以意大利Grove公司為代表，采用分體式筒狀結(jié)構(gòu)，爾后在此基礎(chǔ)上發(fā)展成全焊接筒狀閥體結(jié)構(gòu)，如圖（二）所示。屬于這一流派的有意大利新比隆公司（Nuovo Pignone），PCC公司，PERAR公司，B.F.E公司，PIBIVIESSE公司，FCT公司，美國PBV公司，捷克的Czechoslovikia公司。

　　　
（a）美國Cameron公司                   （b）日本TIX公司圖（一） 

全焊接球形閥體管線球閥
　　　
（a）美國PBV公司               　   （b）B.F.E公司圖（二）

筒狀閥體管線球閥

    美國Cameron公司產(chǎn)品的技術(shù)特征：全焊接球狀閥體，尼龍或PTFE密封材料，可轉(zhuǎn)動閥座，上下閥桿軸支承，進(jìn)口端密封，出口端腔體壓力自動向下游端泄放。如圖（一）（a）所示。

    美國Cameron公司在五十年代就完成全焊接球形閥體結(jié)構(gòu)，以其高的可靠性，經(jīng)半個世紀(jì)全球性的商品化銷售，仍保留原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特征而成為著名品牌，廣泛用于重要的長輸管線中，如美國阿拉斯加原油輸送管線。

    意大利Grove公司以雙活塞效應(yīng)，防爆橡膠O型圈或PTFE密封材料，支撐板支軸球結(jié)構(gòu)，分體式閥體，便于維修，在市場上取得競爭地位，廣泛用于長輸管線的場站，增壓站。爾后發(fā)展的圓筒狀或準(zhǔn)圓筒狀全焊接閥體球閥在長輸管線中亦用作緊急切斷閥。

    在某些場合，客戶需要在線維修，可選用上裝式結(jié)構(gòu)管線球閥，如圖（三）所示。

    由于商業(yè)上的競爭，促進(jìn)技術(shù)上也相互交融。Cameron公司的Dynaseal 370系列產(chǎn)品即為分體式結(jié)構(gòu)，與全焊接閥體產(chǎn)品配套銷售；Grove公司也推出準(zhǔn)球狀的全焊接閥體結(jié)構(gòu)在主管線中獲得應(yīng)用。而其他公司如TIX，TITZ則吸收二大流派的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)各自制造工藝特點(diǎn)，推出球狀全焊接閥體，雙活塞效應(yīng)，橡膠密封材料的管線球閥產(chǎn)品，綜合了各流派的技術(shù)優(yōu)勢。如圖（四）所示。

    （續(xù)）

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動化儀表有限公司