長輸管線球(qiú)閥結構(gòu)的設計研究

1.概述

　　 爲使(shǐ)我國西部(bù)的經濟得到(dào)較快的發展，國家(jiā)提出開發(fā)大西部的重大決策。開發新疆地區的石油(yóu)和天然氣資源，就(jiù)是開發西部的重大(dà)舉措之一。要(yào)使西部的油、氣資(zī)源(yuán)得(dé)到充(chōng)分的利用，唯一的辦法是将油、氣(qì)通過管(guǎn)線輸送到我國的東部地區。國(guó)家爲此将(jiāng)建設“西氣東輸”管網(wǎng)工程，即鋪設主管線，西(xī)起塔裏木的輪南(nán)氣田，東到上海地區，全線長約4200公裏。管線輸(shū)送(sòng)已成爲當代物料運輸的主要方式之一，利用長距離(lí)管線輸送油、氣等資源已成爲當今世界能(néng)源輸送的最主要的手(shǒu)段。世界上主要油、氣生(shēng)産國和消費國都大量使用長輸管線來解決(jué)油、氣資源的運輸問題，其中，天(tiān)然氣的輸送95%以上采用管線方式。據統計，目前，世界上已有的(de)油、氣長距離輸送管線(xiàn)總長度超過260萬公(gōng)裏，其中，天然氣輸送管線總長度約140萬公裏，占管線總長度的二分之一以上。從國外的建設(shè)和運(yùn)輸的經驗(yàn)來看，在相同輸送(sòng)量的情況下，建一(yī)條大口徑的管(guǎn)線比建幾條小口徑的管線更爲經濟；而且采(cǎi)用在一定(dìng)範圍内提高介質(zhì)的輸送壓力，同樣(yàng)能夠增(zēng)加效益。所以，西氣東輸采取的管徑(jìng)爲：公稱直徑DN=1000mm，公稱壓力PN=10.0MPa。這樣(yàng)的參數在我國以前的輸氣管(guǎn)網中是從來沒有的。

　　我國(guó)西氣東輸管線距離長，管線經過(guò)沙漠、雨林、沼澤、山地、河(hé)流（長江、黃河）、平原，所經地區氣候惡劣，環境溫度變化範圍爲－30oC——＋80oC，環境條件差。因(yīn)此。對長輸管(guǎn)線閥門的要(yào)求比(bǐ)通用閥門的要求要高得多，要求長輸管線閥門具有更高的可靠(kào)性、更高的密封(fēng)性(xìng)、更高(gāo)的(de)強度，以确保長輸管線安全可(kě)靠運行(háng)。

2.管線球閥 的發展

　　 長輸(shū)管線的發展，經過幾十年的時間，在我國以初具(jù)規模，特(tè)别是管線(xiàn)球閥 的發展，目前在國内管線上應用的國産管線球閥 ，參數(shù)已達到了PN6.4MPa，DN1000mm，但與西氣東輸工程中要求的參數，還有一段距離，另外(wài)，管線球閥 的緊急切斷裝置，國(guó)内還不能生産。另外，全焊接(jiē)的球閥 ，國内還沒(méi)有産品應用的曆史。

3.管線球閥 的相關标準

API 6D 管線閥門
API 6FA 閥門的耐火(huǒ)試驗
API 607 軟(ruǎn)密封和90o轉向閥門的耐火試驗
API 598　閥門的檢驗(yàn)和試驗
ANSI B 16.34 法蘭、螺紋和焊接端閥門
J B/T 7745　管(guǎn)線球閥

4.管線球閥 的特點(diǎn)及要求

　　 在長輸管(guǎn)線中，要求線路截(jié)斷閥——管線球閥(fá) 能夠控制管道中的介質，具有開關作用，改變介質(zhì)流向和防止倒流，發送或通過管道清洗(xǐ)球，防止事故發生，自(zì)動、緊急切斷，封閉或打開管線等。

４.1密封性能可靠

　　 長輸管線隻能定期(qī)巡查或巡邏，而且有時(shí)需要通過人迹罕至的高山、沙漠、草原及地震等地區。微小的漏失就會造(zào)成(chéng)大量介質的漏(lòu)失，浪費(fèi)能量，尤其是西氣東輸工程中，對天然氣管道中的密封性更爲重要(yào)，另外，還要求具有(yǒu)緊急注(zhù)脂的密封性能。

4.2使用壽命要求長

　　管線一旦投入運行，幾年内甚至幾十年内不允(yǔn)許停止(zhǐ)運行，運行的時間越長越好，天然(rán)氣面對的是大用戶，是大工廠、企業的原料或能源，不允許(xǔ)有片刻的閘斷，所以，要求主要關鍵(jiàn)件如閥(fá)座(zuò)等(děng)有很長的壽命。

4.3管(guǎn)線閥門的高強度(dù)、抗外力的安全性

　　西氣東輸工程中(zhōng)，管線球閥 的壓力高達10.0MPa。口徑達到1000mm。且(qiě)管線(xiàn)的站距較長，長度達到20公裏左右，在使用中，受(shòu)溫度的熱脹冷縮、設(shè)備振動、地震災害、地基變動等複雜的外力，閥門在管道中經常受到拉(lā)伸、彎曲壓(yā)縮等綜合應力，要确保閥門的正常使用，必須具備足夠的(de)強(qiáng)度。

4.4管線球閥 應耐腐(fǔ)蝕

　　因天然氣中含有硫化氫，它還(hái)能與鐵(tiě)反應生成硫化鐵，腐(fǔ)蝕閥門，穿蝕機(jī)械，故管線球閥 應選用耐腐蝕的材料。

4.5自(zì)動化程度高

　　 管線球閥 的控制都是在中央控制室，距離較遠(yuǎn)，應能實施遠距離控制或遙(yáo)控，且在事故狀态下能(néng)緊急關斷。關斷(duàn)時(shí)間要求(qiú)達到15秒左右，在管線(xiàn)正常運行時，可能幾年内都不會動作，一旦動作，必須準确、可(kě)靠。

4.6管線閥(fá)門要求重量輕、結構緊湊、全通徑

　　 爲了保證閥門能在複雜的現場安裝、埋地要求(qiú)、檢修方便，因此要求(qiú)閥門重量(liàng)輕，結構緊湊，并且是全通徑，便于在管線正常運行時，能夠清管。

5.設計研究

管線球閥 的主要(yào)技術參數：
公稱壓力(lì)PN=10.0MPa
公稱通經DN=1000mm
實際(jì)通經D=1016mm
環境(jìng)極限溫度-36oC——+80oC
介質：天然氣（含有硫化氫和二(èr)氧化(huà)碳）
啓閉時間：關閉<15秒、開(kāi)啓＝600秒
根據使用和标準(zhǔn)的要求，以及長輸管線球(qiú)閥 的要求，結合管線球閥 的技術參數，我們作了如下的設計(jì)研究：

5.1全焊接式管線(xiàn)球閥

爲了杜絕閥門的外漏、提高閥門的(de)抗變形能力、減輕重(zhòng)量，需采用全鍛(duàn)焊式結構，典型結構見(jiàn)圖１（暫無，歡迎提供）

全鍛(duàn)焊式結構，采用鍛造的閥體，在裝配後焊(hàn)接而成，改變了過去(qù)的鑄造、螺栓連(lián)接結構，不會有閥體(tǐ)部分(fèn)的外漏；相對于鑄件(jiàn)來看，鍛件的壁厚可以減薄，且強度高(gāo)，省去了(le)中法蘭和幾十對螺栓的連接，重量(liàng)大大減輕(qīng)，據測試，将減輕(qīng)四分之一(yī)的重量。

5.2密封結構

　　 密(mì)封結構是球閥(fá) 密封性能的關鍵設計(jì)，提供一個好的密封結(jié)構，直(zhí)接影響球閥 的使用(yòng)壽命，根據研(yán)究，我們提供了下列幾種符合實際要求的結構(gòu)：

5.3 防靜電、防火結構

　　标準中要(yào)求該球閥 必須具有防靜電、防(fáng)火結構，閥門在球體、閥杆(gǎn)和閥體之間設置靜電結構，在密(mì)封圈設置防火結構，當發生火災時(shí)，金屬密封(fēng)圈仍能達到密封，結構如(rú)圖１所示（暫(zàn)無，歡迎提供）：

5.4 緊急切斷裝置

　　 當管道發生事故時，要求該(gāi)事故管道兩端的球閥 實行緊急切斷，一般要求在15秒之内關閉兩端閥門，或者在更短的時(shí)間，現在，各閥門制造廠大部分選用(yòng)國外(wài)的氣液(yè)聯動的緊急(jí)切斷裝置，該裝(zhuāng)置直接利用管道輸送的介質，利用介質的壓(yā)力，由(yóu)感應裝置或由(yóu)主控室的指令，感應(yīng)事故信号，直接控(kòng)制閥門，達到緊急切斷閥門的目(mù)的。

5.5固定球(qiú)結構

　　 爲(wèi)減(jiǎn)少介質壓力對球體及閥杆造成的彎(wān)曲應(yīng)力，将閥杆與球體的連接設計成分段(duàn)結構，避(bì)免(miǎn)介(jiè)質壓力直接作用(yòng)在閥杆上，造成閥門(mén)開關的難度，另外，加大球(qiú)體的支撐截面(miàn)積，提高球體的剛性。結構設計見圖４（暫無(wú)，歡迎提供）：

　　 綜上所(suǒ)述(shù)，采取上述幾種(zhǒng)方案的特點(diǎn)，能(néng)夠符合标準對閥門的要求，同時，也能符合工程的需要。