長(zhǎng)輸管線球(qiú)閥結構的設計(jì)研究(jiū)

1.概述

　　 爲使我(wǒ)國(guó)西部的經(jīng)濟得(dé)到(dào)較快的(de)發展，國家(jiā)提出開發大(dà)西(xī)部的(de)重大決策(cè)。開發新(xīn)疆地區的石(shí)油和天(tiān)然氣(qì)資(zī)源，就(jiù)是(shì)開發西部的重(zhòng)大舉措(cuò)之一。要使西部(bù)的油、氣(qì)資源得到充(chōng)分的利用(yòng)，唯一(yī)的辦(bàn)法是将油、氣通過管(guǎn)線輸送(sòng)到我國(guó)的(de)東部地(dì)區。國(guó)家爲此将建(jiàn)設(shè)“西氣東(dōng)輸(shū)”管網(wǎng)工程，即鋪(pù)設主管線(xiàn)，西(xī)起塔裏(lǐ)木的輪南(nán)氣田(tián)，東到上海地區(qū)，全線長約(yuē)4200公裏。管線輸(shū)送已成爲當(dāng)代物料運(yùn)輸的(de)主要方式(shì)之一，利用長距離管線輸送油、氣等資源已成爲當(dāng)今世界能源(yuán)輸送的最主(zhǔ)要的手段。世(shì)界(jiè)上主要油、氣生(shēng)産國和消費國(guó)都大量使(shǐ)用長(zhǎng)輸管線來解決(jué)油、氣資源(yuán)的(de)運(yùn)輸問(wèn)題，其中，天(tiān)然氣的(de)輸(shū)送95%以(yǐ)上采用管線方(fāng)式。據統計，目前，世界上已(yǐ)有(yǒu)的油、氣長距(jù)離輸送管線總長度(dù)超過(guò)260萬公(gōng)裏，其中，天然(rán)氣(qì)輸送(sòng)管線總長(zhǎng)度約140萬公裏，占管線總長度的二分之一(yī)以上。從國外的建(jiàn)設和運(yùn)輸的經驗來(lái)看(kàn)，在相同輸送量的情況下，建一條大口徑的管(guǎn)線(xiàn)比建幾條小(xiǎo)口徑的管(guǎn)線更爲經濟；而且采(cǎi)用在一定範圍(wéi)内提(tí)高(gāo)介質的(de)輸(shū)送壓力(lì)，同樣(yàng)能夠增加效益(yì)。所以，西(xī)氣東輸(shū)采取(qǔ)的(de)管徑爲(wèi)：公稱直(zhí)徑(jìng)dn=1000mm，公稱(chēng)壓力pn=10.0mpa。這(zhè)樣的參(cān)數在(zài)我國以(yǐ)前(qián)的輸氣管網中(zhōng)是從來沒有的(de)。

　　我國西(xī)氣(qì)東輸(shū)管線距離長，管(guǎn)線經(jīng)過(guò)沙漠、雨(yǔ)林、沼澤、山(shān)地、河(hé)流（長江、黃河）、平原，所經地區氣(qì)候(hòu)惡劣，環境溫(wēn)度變化(huà)範(fàn)圍爲－30oc——＋80oc，環境條(tiáo)件(jiàn)差。因(yīn)此。對長輸管線(xiàn)閥門(mén)的要求比(bǐ)通(tōng)用閥門的要(yào)求要(yào)高(gāo)得多，要(yào)求長輸管線閥(fá)門具(jù)有更高的可靠性、更(gèng)高的密封(fēng)性(xìng)、更高的(de)強度，以(yǐ)确保長(zhǎng)輸管(guǎn)線安(ān)全可(kě)靠運行。

2.管線球閥 的(de)發展(zhǎn)

　　 長輸(shū)管(guǎn)線的(de)發展，經過幾十年的時間，在我國(guó)以初具規(guī)模(mó)，特别是(shì)管線球閥(fá) 的發(fā)展，目(mù)前(qián)在國内(nèi)管線上應用(yòng)的(de)國産管線球閥(fá) ，參數已(yǐ)達到了(le)pn6.4mpa，dn1000mm，但與西(xī)氣東輸(shū)工程中要(yào)求的(de)參數(shù)，還有一段(duàn)距離，另外(wài)，管線球閥(fá) 的緊急切(qiē)斷裝置，國内還不能(néng)生産(chǎn)。另外(wài)，全焊接(jiē)的(de)球閥(fá) ，國内(nèi)還沒(méi)有産(chǎn)品應用的曆史(shǐ)。

3.管線(xiàn)球閥 的相關(guān)标準

api 6d 管線閥門
api 6fa 閥門的耐火(huǒ)試驗
api 607 軟密(mì)封和(hé)90o轉向閥門的耐(nài)火試驗
api 598　閥(fá)門的(de)檢驗和(hé)試(shì)驗
ansi b 16.34 法(fǎ)蘭、螺紋和(hé)焊接(jiē)端閥門(mén)
j b/t 7745　管線球(qiú)閥

4.管線球(qiú)閥 的特點及要求

　　 在(zài)長(zhǎng)輸(shū)管線(xiàn)中，要(yào)求線(xiàn)路截斷(duàn)閥(fá)——管線球閥 能夠控制管道中的(de)介質，具有(yǒu)開關(guān)作用(yòng)，改(gǎi)變介質(zhì)流向和防止倒(dǎo)流，發送或(huò)通過(guò)管道(dào)清洗(xǐ)球，防(fáng)止事(shì)故(gù)發生，自(zì)動(dòng)、緊急(jí)切斷，封(fēng)閉或(huò)打開(kāi)管線等。

４.1密封性能可靠

　　 長輸管(guǎn)線隻(zhī)能定期巡查或(huò)巡邏，而且有時(shí)需要(yào)通(tōng)過人迹(jì)罕至(zhì)的高(gāo)山、沙(shā)漠、草原(yuán)及地震(zhèn)等地區。微(wēi)小的(de)漏失就會造成大量介質的漏失，浪費能(néng)量，尤(yóu)其是西(xī)氣東輸工程(chéng)中，對(duì)天然(rán)氣管道中的密(mì)封性(xìng)更(gèng)爲重要，另外，還(hái)要(yào)求具(jù)有緊急注脂的(de)密封(fēng)性能。

4.2使用(yòng)壽命要求(qiú)長

　　管(guǎn)線一(yī)旦投入運(yùn)行，幾年内(nèi)甚至(zhì)幾十(shí)年(nián)内不允(yǔn)許停止運行，運行的(de)時間越長(zhǎng)越好，天然氣(qì)面(miàn)對的是(shì)大用戶(hù)，是大工廠、企業的原(yuán)料或(huò)能源，不(bú)允許有片刻(kè)的閘(zhá)斷，所(suǒ)以，要求主(zhǔ)要關(guān)鍵件(jiàn)如閥(fá)座(zuò)等有很長的壽(shòu)命。

4.3管線(xiàn)閥門(mén)的高強度(dù)、抗外力的安全(quán)性

　　西氣東輸工(gōng)程中，管線球閥(fá) 的壓力(lì)高達10.0mpa。口(kǒu)徑達到1000mm。且管線的站距較長，長(zhǎng)度達到20公(gōng)裏左(zuǒ)右，在使(shǐ)用中，受(shòu)溫度的熱脹冷縮、設備振(zhèn)動、地(dì)震災害、地(dì)基變(biàn)動等複雜(zá)的外力，閥門在管道(dào)中經(jīng)常受到拉伸、彎曲壓縮等(děng)綜合(hé)應力，要确(què)保閥門的(de)正常(cháng)使用，必須具備足夠的強(qiáng)度。

4.4管(guǎn)線球(qiú)閥 應耐腐(fǔ)蝕

　　因天然(rán)氣中(zhōng)含有(yǒu)硫(liú)化(huà)氫，它(tā)還能與鐵反應生成硫化鐵，腐(fǔ)蝕(shí)閥門，穿(chuān)蝕機(jī)械，故(gù)管線球閥(fá) 應選用耐(nài)腐蝕的材料。

4.5自動化程度高

　　 管(guǎn)線球閥(fá) 的控制都是(shì)在中央控(kòng)制室，距離較遠(yuǎn)，應能實施遠距(jù)離控(kòng)制或(huò)遙(yáo)控(kòng)，且在(zài)事故狀态下能(néng)緊急(jí)關(guān)斷。關斷時間要(yào)求達到15秒左右(yòu)，在管線(xiàn)正常運(yùn)行時，可(kě)能幾(jǐ)年(nián)内都不(bú)會動作，一(yī)旦(dàn)動作，必(bì)須準(zhǔn)确、可靠。

4.6管線閥門要(yào)求重量輕、結構(gòu)緊湊(còu)、全通徑

　　 爲(wèi)了保證閥門能(néng)在複雜的(de)現場(chǎng)安裝(zhuāng)、埋(mái)地要求(qiú)、檢修方便，因此要求閥門重量(liàng)輕，結構緊湊(còu)，并(bìng)且是全通(tōng)徑，便(biàn)于在管(guǎn)線(xiàn)正常運行(háng)時，能夠清(qīng)管。

5.設計研究

管線球(qiú)閥(fá) 的主要(yào)技術參(cān)數(shù)：
公稱(chēng)壓力(lì)pn=10.0mpa
公(gōng)稱通經dn=1000mm
實際通經d=1016mm
環境極限溫度(dù)-36oc——+80oc
介質(zhì)：天然氣（含有(yǒu)硫(liú)化氫(qīng)和二(èr)氧化(huà)碳）
啓(qǐ)閉(bì)時間：關(guān)閉<15秒(miǎo)、開啓＝600秒
根(gēn)據使用和(hé)标準(zhǔn)的要(yào)求，以及長(zhǎng)輸管線(xiàn)球閥 的要求，結合管線(xiàn)球閥(fá) 的技(jì)術參數，我們作(zuò)了如(rú)下的設計(jì)研究：

5.1全焊接式管線(xiàn)球閥(fá)

爲(wèi)了杜絕(jué)閥門的外漏、提(tí)高閥門的抗變(biàn)形能(néng)力、減(jiǎn)輕重量，需采用全鍛(duàn)焊式(shì)結(jié)構，典型(xíng)結構見圖(tú)１（暫無(wú)，歡迎提供）

全鍛(duàn)焊式(shì)結(jié)構(gòu)，采用鍛造的(de)閥體，在(zài)裝配後焊接而(ér)成，改(gǎi)變了過去(qù)的鑄(zhù)造、螺栓連(lián)接結構，不會有(yǒu)閥體部分的外(wài)漏；相(xiàng)對于(yú)鑄件(jiàn)來看(kàn)，鍛(duàn)件(jiàn)的壁(bì)厚可以減薄，且(qiě)強度高，省去了中法蘭和幾十(shí)對螺栓的連接(jiē)，重量大大減輕(qīng)，據(jù)測試，将減輕(qīng)四分之一的重(zhòng)量。

5.2密封結(jié)構

　　 密封結(jié)構(gòu)是球閥(fá) 密封(fēng)性能(néng)的關(guān)鍵(jiàn)設(shè)計，提供一(yī)個好(hǎo)的密(mì)封結構，直接影(yǐng)響球(qiú)閥 的使(shǐ)用(yòng)壽命(mìng)，根據(jù)研究，我們(men)提供了下(xià)列幾(jǐ)種符(fú)合(hé)實(shí)際(jì)要(yào)求的結構：

5.3 防靜電、防火結構

　　标(biāo)準中(zhōng)要求(qiú)該球(qiú)閥(fá) 必(bì)須(xū)具有防(fáng)靜電(diàn)、防火(huǒ)結構，閥門在(zài)球(qiú)體、閥(fá)杆和閥體之間設置靜電結構(gòu)，在密(mì)封圈設置(zhì)防火(huǒ)結(jié)構，當發(fā)生火災(zāi)時，金屬(shǔ)密封圈仍能達(dá)到密封(fēng)，結構如(rú)圖１所(suǒ)示（暫無，歡(huān)迎提供）：

5.4 緊急切斷裝置

　　 當(dāng)管道發生事故(gù)時，要求該(gāi)事(shì)故管道(dào)兩(liǎng)端的球閥 實(shí)行緊(jǐn)急切斷，一(yī)般要求(qiú)在15秒之(zhī)内關(guān)閉兩(liǎng)端閥(fá)門，或(huò)者在更短(duǎn)的(de)時間，現在，各(gè)閥門(mén)制造廠(chǎng)大(dà)部分(fèn)選用(yòng)國外(wài)的氣液(yè)聯動的(de)緊急切斷(duàn)裝置(zhì)，該裝置直接利(lì)用管(guǎn)道輸(shū)送的(de)介質，利用介質的壓(yā)力，由感應(yīng)裝置或(huò)由(yóu)主控室的(de)指(zhǐ)令，感應(yīng)事故信号，直接控制閥門，達到緊急切(qiē)斷閥門的目(mù)的。

5.5固定球(qiú)結構

　　 爲減少介(jiè)質壓力對球(qiú)體(tǐ)及閥杆造(zào)成的(de)彎曲(qǔ)應力，将閥(fá)杆與球體(tǐ)的連(lián)接設計成分段(duàn)結構(gòu)，避免(miǎn)介質(zhì)壓力(lì)直接作用(yòng)在閥杆上，造成(chéng)閥門(mén)開(kāi)關的難(nán)度(dù)，另外，加大球體的(de)支撐(chēng)截(jié)面(miàn)積，提高球(qiú)體的(de)剛性。結構設計(jì)見圖(tú)４（暫無，歡迎(yíng)提供(gòng)）：

　　 綜(zōng)上所述(shù)，采取上述(shù)幾種(zhǒng)方案(àn)的(de)特點，能夠符合标(biāo)準對閥門(mén)的要求，同時(shí)，也能符合工(gōng)程的需要(yào)。