直埋全焊接电液联动球阀选用技术要求.pdf

第 2 7卷第 2期 2 0 0 7年 2月 煤 气 与 热 力 GAS ＆ HEAT Vo 1 ． 2 7 No． 2 F e b ． 2 0 0 7 直埋全焊接电液联动球 阀选用技术要求 王 福 阳 厦 门市燃 气总公 司 ，福建 厦 门 3 6 1 0 0 4 摘要 根据城市天然气高压管网线路截断阀的工艺特点及控制要求， 从使 用方的角度， 提 出直埋全焊接球 阀及其电液联动执行机构的选用技术要求。 关键词 线路截断阀； 城镇 高压燃气管道 ； 直埋全焊接球 阀； 电液联动执行机构 中图分类号 T U 9 9 6 文献标识码B 文章编号 1 0 0 0- 4 4 1 6 2 0 0 7 0 2一 O O O 9 0 4 Te c hn i c a l Re q u i r e me n t f o r S e l e c tio n o f Di r e c t l y Bu r i e d Ful l y W e l d e d Ba u Valv e t h El e c t r o - h y d r a ul i c Ac t ua ting M e c ha ni s m WANG F u- y a n g X i a m e n G a s C o r p o r a t i o n ， X i a m e n 3 6 1 0 0 4， C h i n a Abs t r a c t Ac c o r d i n g t o t he t e c h no l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c s a n d c o n t r o l r e q u i r e me nt s o f b l o c k v alv e i n u r b a n n a t u r al g a s h i g h p r e s s u r e p i p e l i n e ，t h e t e c h n i c al r e q u i r e me n t f o r s e l e c t i o n o f d i r e c t l y b u ri e d f u l l y we l d e d ball v alv e a n d i t s e l e c t r o h y d r a u l i c a c t u a t i n g me c h a ni s m i s pu t for wa r d f r o m t h e p o i n t o f v i e w o f COBSU m er s． Ke y wo r d s b l o c k v alv e for p i p e l i n e； u r b a n h i g h p r e s s u r e g a s p i p e l i n e；d i r e c d y b u rie d f u l l y w e l d e d b a l l v alv e e l e c t r o h y d r a u l i c a c t u a t i n g me c h an i s m 为了防止城市天然气高压管网发生事故时产生 大量泄漏 ， 并减轻管网事故可能造成的次生灾害 ， 根 据文献 [ 1 ] 的要求 ， 高压管 网沿线应设置线路截断 阀。本文从使用方的角度 出发 ， 对直埋全焊接 电液 联动球阀提出选用技术要求。 1 对线路截断阀及其驱动机构的要求 线路截断阀一般设置在高压管网沿线无人值守 的阀室内， 阀门应能快速、 自动关闭。由于线路截断 阀更换难度大， 密封性能要求高， 故应选用高质量的 全焊接锻钢直埋球阀， 以保证其使用寿命及密封的 可靠性。鉴于城市天然气高压管网沿线具备一定供 电条件 ， 但一般很难保证有双回路 电源 ， 为保证线路 截断阀动力的可靠性 ， 也为了确保事故状态下， 驱动 机构能尽快实现 阀门的关断 ， 线路截断 阀的驱动方 式应选用电液联动形式。 直埋全焊接 电液联动球 阀可针对 预设 的条件 故障 ， 无须手动辅 助， 就可快 速 、 自动关 闭阀门， 切断管道 ， 阻止天然气大量泄漏。 2 选用技术要求 2 ． 1 供货范围 直埋全焊接电液联动球阀供货范围包括直埋全 焊接球 阀 以下简称球阀 和电液联动执行机构 ， 球 阀和电液联动执行机构应组装在一起进行相应的试 验 ， 并提供试验报告 、 合格证书。 2 ． 2 安装场所及工作条件 直埋全焊接电液联动球阀直埋于天然气高压管 网沿线 阀室 内， 根据 I E C 6 0 0 7 91 0 国际 电工委员 会标准爆炸气体场所的电力设备第 l 0部分 危险场 所的划分 ， 爆炸危险环境属 l区。 设计 压力 等级为 A N S I C l a s s 3 0 0， 工作 压力 ≤ 4 ． 0 MP a ， 工作介质温度为 一l 0～5 0℃ ， 工作状态为 开、 停、 关。 2 ． 3 球阀的选用技术要求 ①设计及制造 9 维普资讯 第2 7 卷第2期 煤 气 与 热 力 w w w ． w a t e r g a s h e a t ． c o m a ． 球阀整体要求 球 阀的设计及制造应符合文献 [ 3 ] 的规定。阀 体及承压部件的设计应满足A S M E S e c Ⅷ 美国机械 工程师协会标准 锅 炉和压力容器标准第 8章 中 的相关规定。 b ． 阀体 阀体应采用全球型 阀体、 全焊接结构。阀体通 道必须为全通径 ， 阀球 内径应 同阀体 、 管道 内径一 致。与袖管连接的两焊接端面之间的阀体结构长度 应符合 A N S I B 1 6 ． 1 0 美 国国家标准学会标准 阀门 的面至面和端 至端尺寸 ， 阀体 对焊接连接端应符 合 A N S I B 1 6 ． 2 5 美国国家标准学会标准 对焊端 部 。焊接工艺均应按 照美 国焊接协会相关标准 以 及 A S M E S e c Ⅷ的要求进行。所有焊缝应有消除焊 接应力的措施 ， 阀体与球体之 间应具有静 电导出功 能。 C ． 球体 球体 的通道应为 圆形 ， 球 阀全开时应保证球体 通道与阀体通道在 同一轴线上。球 阀腔体的球应为 固定球 ， 有可靠的枢轴或独立的轴承支撑 ， 该结构应 保证阀杆仅承受驱动扭矩 ， 操作扭矩小。在确保球 体定位的前提下 ， 枢轴可以是与球一体 的固定轴 ， 也 可以是可更换的轴， 阀腔具有排污装置。为了降低 扭矩， 应采用合理的且不破坏阀体结构的方法降低 扭矩。球体材料采用锻钢 ， 材料应符合美 国试验与 材料协会标准的相关要求。球体外表面应施镀一层 厚度 0 ． 0 2 5 ～ 0 ． 0 3 0 m m 均匀的镍， 以提高表面硬 度 、 耐腐蚀性及降低粗糙度 ， 球体镀镍后的洛氏硬度 值应达到 6 0 HR c 。 d ． 阀杆 、 阀座及密封结构 阀杆 的截面及与球体的连接面应能经受最大操 作扭矩 ， 阀杆不应 承受任何径向载荷。阀杆具有防 飞出结构。阀座应采用金属阀座同非金属阀座组合 的双重阀座及阀座上下游同时密封的密封结构。阀 座的整体密封结构应为浮动座 、 自泄压结构 ， 阀座背 环至少设置三重密封环 ， 其 中应包括 自压式密封环 和火灾安全密封环。阀座应耐 冲刷和磨损 ， 寿命应 与阀体寿命相 当。应有防止介质局部冲刷和磨损的 内部结构。阀杆上必须具有球阀开关位置指示器 ， 以确保电液联动执行机构的开关操作的限位开关可 以被精确地设定。阀座采用 的弹簧应保证阀座的密 封性能 ， 应使 阀座受力均匀， 弹簧的性能应保证长期 可靠。阀座预紧弹簧宜使用板式弹簧， 确保阀座受 力均匀 ， 避免因螺旋弹簧螺旋线间沉 积杂物造成的 弹簧失效。阀杆 的密封要求 至少为三重密封环结 构 ， 其中应包 括 自压式密封环 和火灾安全密封环。 在紧急情况下 ， 阀杆及阀座的密封结 构应能注入应 急密封脂 ， 密封脂应 在 一2 51 0 0℃下不发生物理 和化学变化。应急密封脂加注结构延长管应高出地 面， 其上应设压力等级为 A N S I C l a s s 3 0 0的止 回阀。 球阀的密封性应符合文献 [ 3 ] 的相关规定 ， 球 阀的 密封结构应为火灾安全型， 并根据 A P I 6 0 7 ／ 6 F A 美 国石油学会标准 阀门耐火试验规范 的规定 ， 提供 球阀耐火试验认证证 明。 e ． 在线维护 、 排污、 泄压 球 阀全开或全 闭时应均可进行排污和 阀腔泄 压 ， 具有在线维护 的功能。阀腔应能够在超压时 自 动安全泄压 ， 可采用 自动安全泄放到下游方式或安 全放散管方式。采用安全放散管方式进行 阀腔泄压 时， 球阀应配置高于地面的安全放散管， 其上应设压 力等级为 A N S I C l a s s 3 0 0的锻钢安全阀， 阀腔 内超压 时 ， 应能 自动放散。球阀应配置高于地面的排污管 ， 其上应设压力等级为 A N S I C l a s s 3 0 0的锻钢排污阀。 f ． 阀位显示与远传 阀体上设 触点开关 ， 以便 实现阀位状态远传 。 触点容量为 2 4 V、 2 A， 直流。 g ． 连接形式 球 阀与管道的连接形式为对焊连接 ， 对焊连接 用袖管长度不宜小于 5 0 0 m m， 应能保证球阀两端在 现场焊接时不会对密封材料产生影响。过渡段应在 所有焊接检测进行之前焊到阀体上。球阀与管道的 连接端应保证材质强度的适配性和可焊性。球阀对 焊连接端坡 口应遵守 A S M E B 3 1 ． 8 美国机械工程 师协会标准 输气和配气管道系统 的要求。 h ． 材料 球阀部件材料应符合美国试验与材料协会标准 和美国钢铁学会标准的有关规定。阀体材料为锻钢 A1 0 5 ， 球体 材料 为锻 钢 A 1 0 5 ， 阀杆 材料 为合 金钢 A I S I 4 1 4 0， 阀座材料为锻钢 A 1 0 5R F r F E 增强聚 四氟乙烯 ， 阀杆与阀座背环三重密封环材料为 F E 聚 四氟乙烯 、 P T F E 、 特种石墨或 V I T O N A 氟橡 胶 、 V I T O N A、 特种石墨 ， 密封填料为 P T F E 。 其他部件 的材料应满足相应国际技术规范 的要 求和球阀制造厂所遵循的标准。承压部件所采用的 1 0 维普资讯 w w w w a t e r g a s h e a t ． c o m 王福阳 直埋全焊接电液联动球阀选用技术要求 第 2 7卷 第2期 材料应根据有关标准提供化学成分分析和机械性能 试验 的证书。 i ． 表面防腐 球阀表面埋地部分的防腐层材料应采用环氧树 脂 ， 涂敷厚度应大于 4 0 0 m， 地上部分应涂防锈漆。 根据以上要求 ， 一些 欧美知名品牌 的产品基本 可 以满足要求， 如 T 8 3 1系列全通径对焊长杆直埋全 焊接球阀、 D B W 系列全焊接球阀等。 ②试验 应根据文献 [ 3 ] 和 A P I S p e c 5 9 8 美国石油学会 标准 阀门的检验 和试验 的规定， 进行压力、 气 密 性试验 ， 并提供测试报告。每个球 阀均需进行性 能 试验， 其内容、 步骤、 要求和试验装置均应符合有关 标准的要求。测试设备必须模拟球 阀负荷 ， 在试验 压力下 ， 进行两个循环 的操作试验， 每个操作循环为 球阀从完全关闭至完全开启， 然后由完全开启至完 全关闭。试验证 明书应 附在随设备装运的最终技术 文件中。球阀的检验与测试均应遵循文献[ 3 ] 、 A P I S p e c 5 9 8 、 A N S I B 1 6 ． 3 4 美国机械工程师协会标准 法兰、 螺纹和焊接端连接的阀门 的要求。检验与 测试应在球阀表面处理和喷漆前进行。所有组装完 后的球阀出厂之前都需检验。球阀试验应包括以下 内容 阀体水试压、 全压差下开阀试验， 记录开阀时 所需 扭 矩 、 阀座 水 压 密 封 试 验 、 双 截 断 和 泄 放 D B B 功能阀座水试压、 阀座低压气密封试验。进 行 阀座试压前应首先开关球 阀2～ 3次 ， 试验压力和 试验时间应遵照文献 [ 3 ] 第 5章 的要求。在 测试 后， 应排净阀体 内的试验介质。 ③存放和运输 球阀焊接端应加以保护以防止运输过程中出现 机械损伤。球阀和电液联动执行机构在发送前应由 球阀供货商进行装配。供货商应保证球阀和电液联 动执行机构在装箱运输和存放期间直到安装前保持 清洁和干燥 ， 并完好无损。供货商必须保证球 阀在 开启的状态下运输。 ④资料要求 球 阀供货时至少应提供如下资料 球阀结构 图， 全压差条件下开关球 阀的额定扭矩 ， 化学镀镍的规 程及检测手段 ， 用于制造此球 阀材料的化学成分和 机械性能测试报告， 带有 时间及压力变化记 录的水 压、 气压试验报告 ， 无损探伤 的检验报告 ， 球 阀操作 的试验报告及文献[ 3 ] 要求的其他试验报告和证 书 。 ⑤其他要求 阀体上应焊吊耳 ， 以便起 吊操作 。考虑到可能 出现的地震和地壳运动产生的破坏 ， 宜采用球型阀 体结构来抵抗管线应力并应通过压缩实验和弯曲实 验确认其不会失效， 而且球阀应采用无需支架或无 需基础支撑式球阀， 以确保地震和地壳运动不会危 及球阀。 2 ． 4 电液联动执行机构的选用技术要求 ①构成 电液联 动执行 机构是 以 自备液压源作为动力 源 ， 通 过 液 压执 行 机 构 控 制 球 阀开 关 的驱 动 系 统L 4 ] 。电液联动执行机构 主要 由液压执行机构、 控 制系统、 液压站 、 控制操作柜 4部分组成。液压执行 机构在要求的操作条件下能够连续操作。球阀所配 液压执行机构或控制系统的故障不应影响到球阀的 其他部分的正常工作， 并且其维修和更换工作应能 够在不影响球 阀正常工作 的情况下进行。 a ． 液压执行机构 采用双作用执行机构。液压执行机构结构型式 为旋转叶片式或拨叉式 ， 以获得较大 的起始扭矩。 为避免卡死现象， 液压执行机构 的所有运动部件均 应采用轴承和轴衬， 并且所选密封元件的材质应不 随外界环境温度的变化而发生变质老化。 b ． 控制系统 选用开关型控制 系统。为保证现场测试 ， 控制 系统应有就地及远程阀位显示和控制功能。就地及 远程控制均可实现球阀 1 0 S以内的快速关闭 ， 并均 可实现球阀的打开。 这里所指的控制系统应包括开关型控制系统 、 电源装置 、 电子式破管检测系统和必要 的压力变送 器。所有设备 包括按钮均应安装在上锁 的防护箱 内， 以避免外界破坏和误操作。 电子式破管检测系统应能在设定 的时间间隔内 即时检测天然气管线压力、 压力降、 压降速率， 并在 超出设定的压力范围、 压力降范围、 压降速率范围等 工况下发出报警和输出设定延时参数的关闭球阀控 制信号。电子控制单元应配置 1 个 R S一 2 3 2接 口 和 1 个 R S一4 8 5接 口， 协议为 MO D B U S标准协议 ， 支持热插拔。R S一2 3 2接 口用于在现场连接笔记本 电脑， R S 一 4 8 5 接口用于远程控制和信号传输。压 降速率设定值可调。电子破管检测系统应配备免维 维普资讯 第2 7 卷第2 期 煤 气 与 热 力 w w w ． w a t e r g a s h e a t ． c o rn 护蓄电池电源。 c ． 液压站 液压站具有蓄能及稳压的功能 。液压泵采用单 台、 间歇式工作方式。控制 系统控制液压 系统的操 作压力在设定 的范 围内。在掉电或无 电源时 ， 液压 站应能提供操作球阀一个开关回合的动能， 且保压 至少 1 2 0 h以上 。 d ． 控制操作柜 通过控制操作柜 ， 将 阀室 内所有信号 球 阀、 破 管检测系统、 管网压力、 U P S状态、 视频、 门禁等信 号 送至阀室旁边的 R T U 远程终端控制系统 间， 并通过 R T U上传至调度中心。调度中心可以远程 操作球阀。 ②基本功能要求 a ． 电液联动执行机构作为球阀开关控制 的驱动 设备， 应能够在任何事故或故障且所配备的监测及 控制设备能在无外界能源的情况下 ， 自动、 迅速 、 可 靠地驱动球阀至关断状态， 以保护管线及设备的安 全 。 b ． 电液联动执行机构应有机械限位装置。 c ． 电液联动执行机构应有就地 、 远程控制及事 故状态下紧急关断功能。 d ． 电液联动执行机构输出扭矩应能保证可靠地 驱动在实际工作条件下的球阀上， 特别是为保证在 最大设计压差下启闭球 阀， 设计选 型时应考虑球 阀 经一段时间全开位置运行后需紧急切断时所需实际 扭矩值 的增 长 ， 选 型输 出扭矩 安全 系数应 不小 于 1． 5。 e ． 电液联动执行 机构动力 电源 为三相 2 2 0 4 - 3 3 V、 5 0 4 - 0 ． 5 H z 交流电。电液系统 的设计应 充分考虑在电源不可靠条件下短时间 1 2 0 h 掉电 情况下仍能驱动执行机构关闭。 f ． 电液联动执行机构应能独立长期适应苛刻的 野外工作环境并免维护 ， 应完全密封且具有防水 、 防 风沙能力。满足全天候运行条件 ， 防护等级为 I P 6 5 或更高。 g ． 电液联动执行机构电气元件 的防爆等级不低 于 E x d I I B T 4。 根据上述要求， B I F F I 、 R O T O R K 、 S H A F E R等规 模较大的执行机构生产厂家基本可 以提出有针对性 的工艺流程并配备相应设备、 系统。 ③检验和测试 a ． 电液联动执行机构 的检验和测试 包括电气和机械运行测试、 液压回路密封测试 、 运行时间控制检测、 限位装置操作的检测。 b ． 组装后的检验和测试 电液联动执行机构单独测试完成 以后 ， 还应与 球阀组装后进行整体测试。整体测试内容包括最大 载荷开阀性能与时间的测试 ， 球阀无载荷开关性能 与球阀开关时间的测试 ， 机械限位装置操作的检测 ， 电子限位信号反馈 的检测 ， 油气管路密封检测。 c ． 现场测试 现场测试是指球阀与执行机构在现场安装前进 行的测试， 其目的在于确保球阀与电液联动执行机 构安装后在操作条件下能正常工作。 ④外部涂层及包装 所有组件表面应完全清洁， 不带铁锈和润滑油 ， 并涂有适合全露天地面使用的防腐层。包装应牢 固、 防潮、 防撞击损坏 ， 并应附装配的说明及标志。 ⑤资料要求 包括总体尺寸和设备重量的说明、 电路图和电 液联动功能图、 电气接线箱执行的规范 、 液压油的品 牌和牌号 、 执行机构和球阀的安装连接外形图。 3 结语 考虑到制造水平及现场安装、 调试水平对直埋 全焊接电液联动球阀的密封可靠性、 电液联动执行 机构控制稳定性、 设备使用寿命的影响至关重要， 要 采购到合适的直埋全焊接电液联动球阀， 还需综合 考虑生产厂家及其安装服务代理商的实力， 慎重选 择供货商 。 参考文献 [ 1 ] G B 5 0 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