高壓閥門設(shè)計(jì)

1、江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,江南閥門有限公司 丁偉民 2007年9月,高壓閥門的設(shè)計(jì),江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,公稱壓力是表達(dá)閥門壓力高低的尺度，新中國(guó)成立至今，對(duì)公稱壓力己先后有三次大的改動(dòng)。除了公稱壓力外，還有以下常用的壓力：（1）工作壓力 ：指閥門在正常工作情況下，可能達(dá)到的最高壓力；（2）設(shè)計(jì)壓力 ：指閥門設(shè)定的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不低于工作壓力；（3）試驗(yàn)壓力：

2、指閥門進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)的壓力。,1概述 1.1公稱壓力,,我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)ASME標(biāo)準(zhǔn)、歐盟標(biāo)準(zhǔn)的壓力等級(jí)值對(duì)照： 標(biāo)準(zhǔn)類別 公稱壓力（壓力等級(jí)）EN （bar） 20 50 110 150 260 320 420 600 760GB PN 20 50 110 150 260 320

3、 420 600 760ASME （CL.） 150 300 600 900 1500 2000 2500 3500 4500,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,壓力-溫度額定值是一種劃分壓力等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)閥門的壓力-溫度額定值是參照GB/T12224-2005“鋼制閥門一般要求”標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，但國(guó)際上比較通用的標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)ASME B16.34“法蘭、螺紋和焊接端連接的閥門”，這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同材料組別在

4、不同溫度下的最高工作壓力，或者以溫度和工作壓力來(lái)確定壓力等級(jí)。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,1.2壓力-溫度額定值,,標(biāo)準(zhǔn)壓力級(jí)閥門：是指滿足GB/T12224或ASME16.34a標(biāo)準(zhǔn)的閥門，除滿足其附錄規(guī)定的無(wú)損探傷檢驗(yàn)要求之外的閥門，都定為標(biāo)準(zhǔn)壓力級(jí)閥門；專用壓力級(jí)閥門：亦有叫特殊壓力級(jí)閥門，是指除滿足標(biāo)準(zhǔn)級(jí)閥門的要求外，還要滿足其附錄要求的無(wú)損探傷檢驗(yàn)要求的閥門，但不適用于法蘭連接端閥門；限定壓力級(jí)閥門：是指NPS21/

5、2及更小的螺紋端或焊接端閥門，但不適用于法蘭連接端閥門；中間額定值閥門：是指焊接端或螺紋端閥門在壓力等級(jí)數(shù)值內(nèi)處于表列額定溫度或額定壓力之間的中間額定值可以用線性插值法確定，但不適用于法蘭連接端閥門；組焊閥門：是指完全或部分用鑄件、鍛件、棒料、板材或管材組焊而成的閥門。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,1.3高壓閥門的界定,閥門行業(yè)內(nèi)曾有一個(gè)共識(shí)：（1）絕對(duì)壓力低于1個(gè)大氣壓的閥門叫真空閥；（2）壓力≦1.6MPa叫低壓閥門；

6、（3）壓力2.5～6.4MPa叫中壓閥門；（4）壓力10.0～80.0MPa叫高壓閥門；（5）壓力≧100.0MPa叫超高壓閥門。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,,在汽輪機(jī)制造行業(yè)又按下列范圍劃分：（1）低壓 22.15MPa（8）超超臨界 >32.0MPa,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,,高壓閥門有兩種工況，一種是介質(zhì)處于常溫、但壓力很高，比如油田采油和注水用閥門；另一種是介質(zhì)處于高溫狀態(tài)，壓力亦高，比如熱電廠用

7、的主蒸汽系統(tǒng)閥門。這兩種 雖然同樣都屬“高壓閥門”，但設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和材料選用卻各不相同，前者只考慮強(qiáng)度和剛度就可以，而后者還應(yīng)考慮高溫下材料的強(qiáng)度和蠕變。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,2結(jié)構(gòu) 2.1各類高壓閥門的典型結(jié)構(gòu),2.1.1 高壓閘閥高壓閘閥主要由閥體、閥蓋、閘板、閥桿、支架、填料密封部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等零部件組成 。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,,,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,2.1.2高壓截止閥,高壓截止閥主要由閥

8、體、閥蓋、閥瓣、閥桿、支架、填料密封部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等零部件組成 。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,,,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,2.1.3高壓球閥,高壓球閥主要由閥體、閥座、球體、閥桿、填料密封部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等零部件組成。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,,,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,2.1.4高壓止回閥,高壓止回閥主要由閥體、閥蓋、閥瓣等零件組成。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,2.2高壓閥門的結(jié)構(gòu)特征,高壓閥門的結(jié)構(gòu)

9、與中壓閥門有許多相同之處，比如零件的構(gòu)成、形狀等。但由于承受介質(zhì)的壓力高或者溫度亦高，所選用的材料亦不一樣，因此在一些具體部位上仍有其特點(diǎn)，現(xiàn)分別予以表述。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,2.2.1中法蘭連接結(jié)構(gòu),中壓閥門一般都采用法蘭連接和螺紋連接（用于小口徑），而高壓閥門采用內(nèi)壓自緊密封結(jié)構(gòu)較多，密封圈用非金屬和金屬均可，能依靠介質(zhì)自身壓力的作用達(dá)到密封的目的，當(dāng)然需要一定的預(yù)緊力，密封效果好，巳成為傳統(tǒng)的中法蘭連接結(jié)構(gòu)之一。,江

10、南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,2.2.2填料結(jié)構(gòu),填料結(jié)構(gòu)是防止介質(zhì)從閥桿與閥蓋連接部位泄漏出來(lái)，常用結(jié)構(gòu)有以下結(jié)構(gòu)。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,2.2.4與管道連接結(jié)構(gòu),高壓閥門與管道一般采用焊接端連接，消除漏點(diǎn)、密封可靠，但維修與更換不便。所以在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)亦允許采用法蘭連接，小口徑的亦有使用內(nèi)螺紋連接結(jié)構(gòu)的，不過(guò)用戶訂貨時(shí)往往已經(jīng)選定了與管道連接的方式，不必由制造廠決定。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,2.2.5壓力平

11、衡結(jié)構(gòu),為了減小閥桿在高壓工況下的作用力，并充分利用介質(zhì)自身的壓力達(dá)到密封，高壓閥門往往采用壓力平衡結(jié)構(gòu)會(huì)起到很好的效果 。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,3材料3.1承壓件與控壓件,閥門零件按其在整臺(tái)閥門中的作用有“承壓件”和“控壓件”之分，在美國(guó)API6D“管道閥門”標(biāo)準(zhǔn)中作了以下表述：承壓件是指設(shè)計(jì)為承受管道介質(zhì)（壓力）的零件，如閥體、閥蓋、填料壓蓋、閥桿、墊片和螺栓等；控壓件（壓力控制零件）是指用于阻塞或允許介質(zhì)流動(dòng)的零

12、件，如關(guān)閉件、閥座等。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,3.2殼體材料,殼體包括閥體、閥蓋等零件，直接承受介質(zhì)壓力，為閥門的承壓件，其材料必須具有能在規(guī)定的介質(zhì)、溫度和壓力下達(dá)到應(yīng)有的機(jī)械性能、化學(xué)成份，并有良好的冷、熱加工工藝性。在GB/T12224“鋼制閥門 一般要求”標(biāo)準(zhǔn)中，列入了1.0～1.5六組碳鋼、低合金鋼，1.9、1.10、1.13、1.15四組鉻鉬鋼，2.1～2.5五組不銹鋼材料，共計(jì)15組不同的材料。在ASMEB

13、16.34a“法蘭、螺紋和焊接端連接的閥門” 標(biāo)準(zhǔn)中，列入了1.1-1.15十五組碳鋼、合金鋼，2.1-2.8八組不銹鋼材料，共計(jì)23組不同的材料。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,3.2.1碳素鋼,碳素鋼一般適用于溫度在-29～425℃的非腐蝕性介質(zhì)。 根據(jù)GB/T12224-2005的規(guī)定： 常用的碳素鋼鑄件材料有：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 12229 WCA（ZG205-415）、WCB（ZG250-485）、WCC（Z

14、G275-485），括號(hào)內(nèi)的材料為GB/T 5631的牌號(hào)；美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：ASTM A216 WCA、WCB、WCC。 常用的碳素鋼鍛件（含板材）材料有：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 699 25； GB/T 711 25； GB/T 6654 20R、16MnR；JB 4726 16Mn；美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：ASTM A105。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,3.2.2合金鋼,合金鋼（鉻-鉬鋼、鉻-鉬-釩鋼）適用于溫度為-29～650

15、℃高溫、高壓的工況，，主要便用在火力發(fā)電的高溫、高壓蒸汽，煉油廠的催化裂化和加氫裝置上。 根據(jù)GB/T12224-2005的規(guī)定： 常用的合金鋼鋼鑄件材料有：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：JB/T 5263 WC1、WC6、WC9、C12A；JB/T 9625 ZG20CrMo、ZG20CrMoV、ZG15Cr1Mo1V、ZG1Cr5Mo；美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：ASTM A217 WC1、WC6、WC9、C5、C12、C12A。 常用

16、的合金鋼鍛件（含板材）材料有：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 6654 15CrMoR、12Cr2Mo1R，JB/T 9626 15CrMo、12Cr1MoV、15Cr1Mo1V、1Cr5Mo； 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：ASTM A182 F11、F22、F1、F5、F9、F 91。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,3.2.3奧氏體不銹鋼,在石油化工裝置上，介質(zhì)往往既有高溫、高壓，又有腐蝕性，因此必須選用既耐高溫、高壓，又耐腐蝕的材料。奧氏體不銹鋼的

17、高溫強(qiáng)度高，尤其是含有Ti、Nb等合金元素的18-8鋼，其高溫性能更優(yōu)越。 常用的不銹鋼鋼鑄件材料有：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 12230 ZG03Cr18Ni10、ZG08Cr18Ni9、ZG08Cr18Ni9Ti、ZG12Cr18Ni9Ti、ZG08Cr18Ni12Mo2Ti、ZG12Cr18Ni12Mo2Ti、CF3、CF3M、CF8、CF8M、CF8C；美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：ASTM A351 CF3、CF3M、CF8、CF8M

18、、CF8C、CG8M、CF10、CF10M，ASTM A217 CA15。 常用的不銹鋼鍛件（含板材）材料有：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 1220 0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、1Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti；美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：ASTM A182 F304、F316、F304L、F316L、F321、F304H、F316H、F51、F53、F55

19、。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,,在電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 922-2005“火力發(fā)電用鋼制通用閥門訂貨、驗(yàn)收導(dǎo) 則”標(biāo)準(zhǔn)中巳對(duì)承壓件主體材料作了如下規(guī)定：WCB 或 ASTM A216 WCB，25或ASTM A105 最高適用溫度為427℃；WC1或ASTM A217 WC1，ASTM A182 F1 468℃WC6或ASTM A217 WC6，15CrMo或ASTM A182 F11 540

20、℃WC9或ASTM A217 WC9，ASTM A182 F22 570℃ASTM A217 C12A，ASTM A182 F91 600℃ZGCr5Mo，Cr5Mo 550℃ZG20CrMoV，12Cr1MoV 550℃ZG15Cr1Mo1V，15Cr1Mo1

21、V 570℃ZG1Cr18Ni9Ti，1Cr18Ni9Ti 650℃ZG1Cr18Ni12Mo2Ti，1Cr18Ni12Mo2Ti 650℃,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,3.2.4關(guān)于熔模鑄造件（精鑄件）,在GB12224-89的老標(biāo)準(zhǔn)中曾規(guī)定，精密鑄造件不得用于公稱壓力PN>10.0MPa的閥門，但在新標(biāo)準(zhǔn)和

22、ASMEB16.34a標(biāo)準(zhǔn)中己作了修改，規(guī)定當(dāng)DN≤100、PN≤110的閥體和閥蓋，采用精鑄件時(shí)，應(yīng)符合其表1涉及的標(biāo)準(zhǔn)要求；當(dāng)精鑄件大于上述范圍時(shí)，則應(yīng)符合材料標(biāo)準(zhǔn)的全部要求。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,3.3閥桿材料,閥桿是閥門的承壓件之一，在閥門開啟和關(guān)閉過(guò)程中，承受拉、壓、剪切和扭轉(zhuǎn)作用力，并與介質(zhì)直接接觸，同時(shí)和填料之間還有相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)，因此閥桿材料必須保證在規(guī)定的介質(zhì)、溫度、壓力下有足夠的強(qiáng)度及沖擊韌性，并有能滿足要

23、求的耐腐蝕性和抗擦傷性，還有良好的工藝性。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,,3.3.1不銹鋼中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 1220 2Cr13、3Cr13、1Cr17Ni2、1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti、1Cr18Ni12Mo3Ti、0Cr17Ni4CuNb（17-4PH）；美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：ASTM A182 F6a 、F304、F316、F304L、F316L、ASTM A276 304、316、304L、316L。

24、 3.3.2合金鋼中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 1221 38CrMoAl、4Cr10Si2Mo，GB/T 3077 25Cr2Mo1V、25Cr2MoV、20Cr1Mo1V1A； 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：ASTM A182 F11CL2、F12CL2、F22CL3、F5、F5a、F9、F91。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,3.4密封面材料,密封面是閥門的關(guān)鍵部位，密封面用材料應(yīng)耐腐蝕、抗沖蝕、耐擦傷、有足夠的擠壓強(qiáng)度（比壓）、在高溫下

25、有足夠的抗氧化性和抗熱疲勞性，還要求與基體材料的線膨脹系數(shù)相近，并有良好的加工與焊接工藝性。對(duì)于高壓閥門的密封面，通常采用硬質(zhì)合金。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,,硬質(zhì)合金常用牌號(hào)有：STELLITE NO.6、NO.12，符合美國(guó)AWS ECoCr-A和AWS ECoCr-B及中國(guó)GB EDCoCr-A-03（堆焊用電焊條D802）、GB EDCoCr-B-03（堆焊用電焊條D812）的要求；亦可使用STELLITTE NO.6、

26、NO.12焊絲用氧乙炔堆焊或鎢極氬弧焊，這些焊絲符合美國(guó)AWSRCoCr-A和AWSRCoCr-B及中國(guó)牌號(hào)HS111、HS112的要求；如果采用等離子噴焊，亦可以選用鈷基合金粉末，節(jié)約材料、質(zhì)量好、同時(shí)改善了勞動(dòng)條件。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,3.5承壓緊固件材料,承壓緊固件主要指中法蘭連接螺栓與螺母，在閥門上直接承受介質(zhì)的壓力，對(duì)防止介質(zhì)外漏起著重大的作用，因此所選用的材料必須保證在使用壓力、溫度下有足夠的強(qiáng)度與沖擊韌性。,

27、江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,,參照GB/T150-1998、JB/T5300-1991、ASME B16.34a等標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，高壓閥門常用的緊固件材料有合金鋼與不銹鋼兩大類。 3.5.1合金鋼中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 3077 30CrMoA 、35CrMoA、40Cr、25Cr2MoVA、25Cr2Mo1VA；美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：ASTM A193-B16、ASTM A194-7。 3.5.2不銹鋼中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：GB122

28、0 2Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2、1Cr17Ni2、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti；美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：ASTM A193-B8、B8M，ASTM A194-8、8M。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,3.6填料和墊片材料,閥門用填料和墊片都是為了阻止介質(zhì)外漏的填充物。填料是用來(lái)充填料室和閥桿之間的空間，以防止介質(zhì)經(jīng)由閥桿與填料室空間泄漏；墊片則是用來(lái)充填兩個(gè)接合面（如閥體與閥蓋之間的

29、密封面）間所有凹凸不平處，以防止介質(zhì)從結(jié)合面間泄漏。因此對(duì)填料材料的要求是耐腐蝕、密封性好、摩擦系數(shù)??；對(duì)墊片材料的要求是耐腐蝕，在工作溫度下具有一定的彈性和塑性及足夠的強(qiáng)度。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,3.6.1填料材料,溫度不超過(guò)200的高壓閥門可采用自緊式、由上、中、下三種形狀組成的聚四氟乙烯材料制成的填料，或橡膠O形圈結(jié)構(gòu)；溫度高的閥門一般采用柔性石墨填料。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,3.6.2墊片材料,墊片材料分軟

30、質(zhì)和硬質(zhì)兩大類，軟質(zhì)材料一般為非金屬，硬質(zhì)材料一般為金屬或者用金屬包非金屬材料制成的墊片，如齒形墊、透鏡墊、環(huán)連接金屬密封圈、金屬與非金屬纏繞墊、用金屬包敷非金屬墊等。金屬墊片一般用08、10優(yōu)質(zhì)碳鋼、1Cr13、1Cr18Ni9不銹鋼制造。在特殊情況下亦有采用剛性密封結(jié)構(gòu)，即金屬與金屬直接接觸、不用任何墊片的密封，但這種結(jié)構(gòu)的密封面加工精度、表面粗糙度、平整度等要求很高、難度很大。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,4 設(shè)計(jì)4.1 設(shè)

31、計(jì)程序,在ISO9001：2000質(zhì)量體系程序文件第7.3要素中已有明確規(guī)定，在此僅作簡(jiǎn)要介紹：“設(shè)計(jì)和開發(fā)控制程序”中主要包括設(shè)計(jì)策劃、設(shè)計(jì)輸入、設(shè)計(jì)輸出、設(shè)計(jì)評(píng)審、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、設(shè)計(jì)確認(rèn)和設(shè)計(jì)更改等7個(gè)程序，這里主要講3個(gè)程序。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,4.2設(shè)計(jì)方案及實(shí)施,設(shè)計(jì)方案是在明確了各項(xiàng)設(shè)計(jì)輸入之后進(jìn)行的，主要包括產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)方案、材料選用、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的確定、關(guān)鍵工藝的考慮等，經(jīng)評(píng)審、批準(zhǔn)后即可按設(shè)計(jì)輸出文件的要求組織實(shí)施

32、 。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,4.3 設(shè)計(jì)計(jì)算,高壓閥門的設(shè)計(jì)計(jì)算方法與普通閥門有許多是相同的，比如計(jì)算中的許多共性內(nèi)容，如殼體的壁厚計(jì)算、中法蘭和連接螺栓的強(qiáng)度計(jì)算、密封面的比壓計(jì)算、填料裝置的密封和強(qiáng)度計(jì)算等。所用的計(jì)算公式、材料許用應(yīng)力、相關(guān)系數(shù)等，基本上相同或相似；亦有許多因閥而異的計(jì)算內(nèi)容，如閥桿的開閉軸向力、扭矩及其強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定性校核等，各類閥門各有不同的計(jì)算方法；有功能性要求的閥門還應(yīng)進(jìn)行功能性方面的計(jì)算，如流體

33、計(jì)算、減壓閥的減壓特性計(jì)算、調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性計(jì)算等。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,5檢驗(yàn),高壓閥門制造過(guò)程中的檢驗(yàn)與普通閥門基本相同，如檢驗(yàn)程序、檢驗(yàn)依據(jù)、檢驗(yàn)內(nèi)容、檢驗(yàn)方法等。但由于高壓閥門的工作條件比普通閥門苛刻，因此會(huì)有更多的要求，如無(wú)損探傷等。,江南控股集團(tuán),江南閥門有限公司,5.1檢驗(yàn)依據(jù),高壓閥門的檢驗(yàn)依據(jù)主要有下列文件：（1）以產(chǎn)品圖紙為主的設(shè)計(jì)文件；（2）工藝文件；（3）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造標(biāo)準(zhǔn)、材料標(biāo)