在各類石油化工和化工裝置中, 閥門的投資費用約占配管總費用的50% 以上, 顯然, 正確、合理地選用閥門是石油化工管道設計中的重要問題。如何根據工藝過程的需要, 合理地選擇不同類型、結構、性能和材質的閥門, 請參見有關設計手冊和資料, 本文旨在反映管道設計過程中所遇到的有關閥門選用的某些問題, 以供參考。
1 閥門型號編制方法
至今, 在我國石油化工設計中, 閥門的選用主要是根據各種標準、各類產品目錄、眾多的廠家樣本, 在材料表中列出閥門的技術規格, 即閥門的型號和公稱直徑, 業主的采購部門則按照材料表中的閥門型號進行采購。
“閥門型號編制方法”JB308- 75 是我國閥門行業采用最廣的標準。然而, 近年來由于進口閥門國產化, 各種新型閥門的生產以及新材料的應用均突破了上述“ 編制方法”。因而, 各種版本的產品目錄主要參照JB308- 75, 對其中未作規定的代號進行了補充, 于是就產生了各種產品目錄中略有不同的編制方法。此外, 還有中國閥門協會的規定“一般用工業閥門型號編制方法” CVA2.1- 84、“電站閥門型號編制方法“ JB4018- 85 以及各閥門廠廠家的編制方法。這些互不相同的編制方法給設計人員的選用帶來諸多的不便, 也產生了新的問題。圖1 和圖2 示出JB308- 75 和CVA2.1- 84 的編制方法, 下面試就其主要方面進行一些分析。
1.1 類型代號
JB308- 75 和CVA2.1- 84 的類型代號基本相同, 但對特殊工況的表示不同, 前者對低溫、保穩JB308- 75 編制方法溫( 帶加熱套) 和帶波紋管的閥門, 在類型代號前分別冠以“D”、 “B”和“” W”; 而后者, 其特殊工況的代號不同且在類型代號的右下角表示, 代號如下:
A— 低溫
B— 保溫( 帶加熱套)
C— 帶波紋管
D— 抗硫
E — 耐火
F —防靜電
G— 煤氣及天然氣
CVA2.1- 84 規定, 若采用國際標準, 于類型代號前加“C”表示。
機械工業出版社出版的“ 產品樣本”中, 類型代號增加了P — 排污閥, U —柱塞閥。此外, 各閥門生產廠根據自己的閥門品種, 對閥門的類型代號也作了很多補充規定, 在類型代號前分別冠以不同的代號, 筆者從各種樣本中, 擇其主要錄于表1。
1.2 閥座密封面或襯里材料代號
“ 產品樣本”中所列的該代號最多, 見表2。
CVA2.1- 84 中, M 代號意義與之不同, 表示石墨。
各廠家亦根據不同情況有所補充。例如良工閥門廠補充規定了以下閥座密封材料:
Y1 — 鎳基硬質合金 Co —Ni( HF) Stellite
Y2 —鉻基硬質合金 Co —Cr( HF) Stellite
Y3 — 鐵基硬質合金 Co — Fe( HF) Stellite
并且規定有閥板密封面代號, 代號相同, 但用小字在閥座密封面材料代號的右下角表示, 若與閥座相同時則省略。如:
1.3 公稱壓力數值
按照標準規定, 公稱壓力數值應按GB1048 “ 管道元件公稱壓力”的規定, 以10 倍的公稱壓力 ( MPa) 數值表示。用于電站工業的閥門, 當介質最高溫度超過530 ℃時, 標注工作壓力以字母P標志, 并在P 的右下角附加介質最高溫度數字,該數字是以10 除介質最高溫度數值所得的整數。例如: P54140, 表示介質最高溫度為540 ℃ , 工作壓力為14MPa。
按照國外標準制造的閥門, 其公稱壓力數值通常仍以相應標準的代號表示, 但需標注單位, 同時加以括號。例如: DZ40Y-150 ( Lb) ( ANSI 標準) ; J11H-10( K) ( JIS 標準) 。某些產品目錄中未加(Lb) , 若上例中沒有( Lb) ,則易誤認為是15MPa 的公稱壓力。采用JIS 標準時不加括號, 則易誤認為是閥體材質代號應當指出, 決不可僅根據閥門樣本中的最高使用溫度, 認為在任何情況下, 閥門都可以在其公稱壓力下使用。必須顧及溫度的影響, 根據工藝條件, 按照不同閥體材料閥門的溫度-壓力表 ( pressure-temperature rating ) 來確定適用的閥門。
國內外閥門由于基準溫度不同, 其溫度-壓力表有很大差異。國外閥門常常可以升級使用, 而按JB標準生產的閥門, 即使其工作壓力未超過公稱壓力, 但由于操作溫度大于基準溫度, 往往也會是不合理的。例如, 按ANSI B16-34 制造的公稱壓力為300 等級, 材料為A216WCB 的閥門, 完全可在4.6MPa、93 ℃ 操作條件下使用; 而按JB 標準生產的公稱壓力4.0MPa、碳鋼制的閥門, 在300 ℃時,即使在工作壓力3.5MPa 下使用也是不合理的。
1.4 閥體材料代號
表3 列出“ 產品樣本”根據JB308- 75 并補充的閥體材料代號。
然而, 此表仍無法適應閥門產品發展的需要。筆者根據產品目錄和各種樣本, 將各廠補充的代號, 擇其主要列于表4, 由于缺乏統一, 其中不乏同一代號代表不同的材料; 相同的材料卻有不同的代號。
表5 列出國外閥門常用的閥體材料。對于低溫閥門, 若需要數量不多, 采用18- 8 不銹鋼是適宜的, 因為采用低溫鎳鋼等要在一定溫度下進行沖擊試驗, 而用不銹鋼不必做此試驗, 且是定型產品, 供貨方便。
1.5 其它
盡管補充了上述情況, 目前的編碼仍未把閥門的技術規格全面描述清楚。例如閥門法蘭的密封面就無相應的代號, 為此, 不少廠家( 如大連高壓閥門廠) 的產品型號編碼中就包含了這一代號。通常公稱壓力為0.25~ 2.5MPa 的閥門, 其法蘭密封面按RF 加工, 并加工密封水線, 如不要求密封水線, 應在訂貨時指出; 公稱壓力為4. 0~16. 0MPa 的閥門, 其法蘭面加工為凹面, 6.3~16.0MPa 的閥門亦可加工成梯形槽面; 公稱壓力為16.0、32. 0MPa 的閥門端法蘭為螺紋法蘭時,密封面均為透鏡式。設計者應按需提出具體要求, 最好在閥門數據表中規定閥門的規格、數據、材料, 包括密封面的型式和粗糙度要求, 以保證性能滿足工藝要求。
我公司某項目閥門材料表中就是僅以通常的閥門編號描述, 其中4.0MPa 的閥門, 在設計協議中要求其密封面為RF 型, 而廠方只根據材料表進行采購, 沒注意到密封面的要求, 所采購的閥門是通常的凹面, 造成所供管道法蘭不能與之匹配。閥門的密封面應根據管道等級中的規定, 按照所連接法蘭的密封面要求來確定。
由此可見, 僅按照粗線條分類的閥門型號進行采購, 已不能適應今天石油化工建設的需要, 必須代之以技術規格詳盡的閥門數據表和采購技術規定。
1.6 閥門數據表
閥門數據表應主要包括以下幾個方面:
( 1) 工藝條件;
( 2) 閥門類型;
( 3) 結構型式;
( 4) 采用標準: ① 制造標準; ② 結構長度標準; ③ 連接法蘭標準( 包括法蘭型式、密封面型式和密封面粗糙度) ; ④承插口標準; ⑤ 螺紋標準; ⑥對焊端坡⑦標準、管表號或壁厚。
( 5) 公稱壓力;
( 6) 閥門規格;
( 7) 傳動型式: ①齒輪傳動方式及布置方式; ②鏈輪傳動方式及鏈條長度。
( 8) 材料( 包括閥體材料和主要內件材料) ;
( 9) 密封面材料的匹配( 閥座密封面和閘板密封面, 閥座和閥瓣) ;
( 10) 墊片要求;
( 11) 填料要求;
( 12) 耐火要求( 球閥) ;
( 13) 阻尼要求( 止回閥) ;
( 14) 旁通要求( 包括旁通閥類型、閥蓋型式及連接方式和尺寸) ;
( 15) 鎖定結構, 要否配鎖;
( 16) 其它附加要求: ① 排液口; ② 對焊和承插焊的閥門, 各端是否要求焊有短管及相應的焊后熱處理;
( 17) 檢驗標準和要求。
2 閥門結構尺寸
目前, 石油化工管道設計中的管道布置圖和空視圖( isomet ric) 不少是采用CAD 繪制的, 由于要求在繪圖前就輸入閥門長度, 但定貨廠家未定,因此擔心閥門長度的準確性是很自然的。
筆者根據手邊的樣本, 對設計中大量應用的國內標準法蘭閘閥和截止閥的結構長度分別與JB97- 75、JB96- 75 和GB12221- 89 進行了核對。發現絕大部分閘閥和截止閥是符合JB97-75 和JB96- 75 的, 僅少數專用閥門的尺寸有所差異。與GB12221- 89 的核對情況概括如表6。
值得提出, 在GB12221- 89 的附加說明中聲明, 自該標準實施之日起, 原JB97- 75“ 閘閥結構長度“等標準中法蘭連接部分的結構長度作廢。但奇怪的是絕大部分產品樣本中的尺寸仍與其相符, 而與GB12221- 89 卻不完全相符, 其中相符部分的尺寸亦與JB97- 75 和JB96- 75 相同。由上所述, 筆者認為, 在沒有確定供貨廠家之前, 對大量應用的法蘭閘閥和截止閥, 設計中暫且可先采用JB97- 75 和JB96- 75 中的尺寸; 按美國標準ANSIB16-34 或API 標準生產的閥門, 可采用ANSI B16. 10 中的尺寸。在確定廠家、收到制造商資料后, 再進行核對。希望生產廠家盡快按現行標準組織生產。
3 閥門標準
目前, 國內市場上的閥門品種眾多, 各種閥門標準處于新老交替的過渡時期, 大量JB 標準的閥門仍在生產, GB 標準的閥門相繼問世, 此外還有大量按國外標準如API STD-600,API STD-602,API STD-6D, ASME/ANSI B16-34, JPI - 7S -36, BS5352, E101 等生產的閥門, 以滿足不同的需要。
在化工系統的管道設計中, 為了與國際標準接軌, 對于引進裝置的國內配套裝置以及國內設計的新建裝置中, 大部分采用HG20553- 93“ 化工配管用無縫及焊接鋼管尺寸選用系列“標準中的Ia 系列, 與其相匹配的法蘭為GB9113~ 9123中的ANSI 系列, 即PN 為2.0, 5.0, 10.0, 15.0, 25.0, 42.0MPa 的法蘭, 因而需要相應標準的閥門與之匹配。然而, 目前市場上所提供的國標閥門中, 幾乎都是DIN 系列公稱壓力等級, 即PN為0.25, 0.6, 1.0, 2.5, 4.0, 6.3, 10.0, 16.0MPa等。按照ANSI 系列公稱壓力等級生產的GB 標準閥門真可謂鳳毛麟角, 筆者翻遍手邊所有產品目錄及樣本, 僅發現一例即白銀柯登五金化工工業有限公司( 蘭州) 生產的Q41F- 20, 50( C, P, R)球閥是按GB 標準生產, 結構長度按GB12221, 法蘭按GB9113。
GB12221- 89 等閥門標準發布近8 年來, 其中ANSI 體系公稱壓力等級的閥門竟幾乎無產品供應市場。不少廠家認為, 可采用國內生產的美標閥門來滿足需要, 這是可行的解決辦法。但筆者認為, 只有標準而無產品, 實在令人費解, 設計者首選優質的國標閥門, 這是情理之中的事, 期望生產廠家能注意這一點, 盡快以優質的國標閥門占領這片市場。
4 結語
( 1) 簡單的閥門編號已不能適應采購的要求,應代之以閥門數據表及附加的采購技術規定。
( 2) 管道設計中, 對大量應用的法蘭閘閥和截止閥, 鑒于實際情況, 暫且仍可采用原JB 標準的結構尺寸, 生產廠家應盡快按現行標準組織生產。
( 3) 期盼以優質的ANSI 體系公稱壓力等級的國標閥門填補市場空白。
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