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1、管线全焊接球阀介绍,合肥通用机械研究院 阀门研究所 2009.6,背景篇,国内外现状,管线输送历史悠久 API 6D 管道工业快速发展 最高压力PN420（CL2500），最大管径DN1500（60） 世界著名长输管线 美国、俄罗斯、东南亚、中国（西气东输） 我国重视油气资源开发 “十一五”规划： “加快油气干线管网和配套设施的规划建设，逐步完善全国油气管线网络。建成西油东送、北油南运成品油管道。适时建设第二条西气东输管道及陆路进口油气管道。”,国家发改委、中国机械联合会、中石油、中石化等多次组织长输管线阀门技术交流，并呼吁提高国产化率。尤其是大口径全焊接球阀。 合肥通用机械研究院作为我国阀门
2、行业技术归口单位，全国阀门标准化技术委员会、国家泵阀产品质量监督检验中心所在地，在多种场合呼吁提高我国长输管线球阀的国产化比例。并积极推进行业厂进行技术储备。 装备制造业是国家综合实力的集中体现，在全球金融危机的大环境下，国产化对促进民族装备制造业发展，保障我国经济体系平稳运行有重要意义。 “装备制造业调整和振兴规划”（2009.5.12国务院发文）明确提出“发展大型管线球阀等装备”的主要任务。,国能油气2009136号文件中提出： 40以下阀门立足国内采购； 48以上应有10%左右采用国内自主研制的阀门产品，鼓励多采用。,川气东送（已开建） 横跨东中西部八个省市，总长约2200公里。 西气东
3、输二线（已开建） 全长9102公里，项目总投资1422亿元的西气东输二线工程2008年2月22日开工建设。计划2009年底西段建成投产、2011年前全线贯通。 这是中国第一条引进境外天然气的大型管道工程，将把来自中亚和境内新疆的天然气送到珠三角和长三角及中南地区，对保障中国能源安全，优化能源消费结构具有重大意义。 中缅原油管线（2009年6月16日签署备忘录） 气、油双线并行，采取先建输气管线、再建输油管线的方式进行。 中缅原油管道起于缅甸西海岸的实兑港，经云南边城瑞丽抵达昆明，全长约1100公里，预计总投资约25亿美元。 中缅天然气管线会继续延伸至广西南宁，全长2806公里，计划将在今年9月
4、开工建设，并于2012年试通气，年输气能力120亿立方米。,重大工程,全焊接球阀应用现状,（1）目前，32以下（含32）高压全焊接国产球阀在中石油长输油气管道已实现国产化；32以上的大口径全焊接阀门由于设计和制造技术难度大，无实际应用业绩等，主要还是从美国喀麦（CAMERON）、意大利格罗夫（GROVE）、德国舒克和伯马公司等引进。 （2）2005年西气东输公司采购了自贡阀门厂生产的 2台40class600 全焊接球阀用于金坛储气库工程（备用）；2006年采购了19台24class400 全焊接球阀，用于淮武支线管道工程，其中16台用于线路截断阀室，台用于站场工艺管线。,（3）西气东输一线干
5、线共采购Class600 级球阀2080台，其中： 36” 40”球阀 216台 26” 36”球阀 84台 26”以下球阀 1780台。 国产球阀占总采购数量的85%（主要规格均为 26 以下）。 (4) 西气东输二线工程(东段)大口径全焊接球阀需求 西气东输二线工程管道主干线和八条支干线全长9102公里。工程设计年输气规模为300亿立方米，可稳定供气达30年以上。西二线西段工程2009年将底建成投产；东段线路工程（中卫广州）计划2011建成;干线设计压力为10MPa ,管径1219 mm,有5条支干线压力为10MPa ,管径1016 mm。按照管线的初步设计，东段32以上高压大口径全焊接球
6、阀的需求量至少需要400台以上。,长输管线对阀门的严格要求,1.强度和韧性 2.零密封要求 3.具备失火安全和防静电功能 4.DBB功能（Double Brock & Bleed） 5.防止阀腔压力的夹持 6.阀腔可排放 7.位置指示 8.传动链 9.硫化工况 10.紧急切断功能 11.考虑地下水的电位腐蚀和应力腐蚀,a.干线埋地截断阀，由于要承受管道沉降、移动、热应力变化、地震和泥石流等多种外载荷作用力，因此，对阀门整体强度要求高，各种严酷环境下必须要确保使用安全。 b.当局部管道出现重大事故（如泄漏）时，截断阀要能迅速关闭并确保密封可靠无泄漏，否则有可能导致事态失控。因此，要求阀门关键时刻
7、操作不失灵，确保性能稳定。 c.长输管道运行寿命一般在30年以上，焊接在管线上的阀门应与管道寿命一致，由于阀门出现故障后在线维修困难、作业风险大，成本费用高。因此，要求阀门内部易损件和密封件使用寿命长,经久耐用。,国产化初步方案（中石油）,第一步: 中石油结合工程实际，组织研究制定大口径高压阀门应用技术条件，提出产品技术指标; 第二步: 国内有关阀门生产厂家进行新产品试制，中石油参与试制全过程，联合开发首台（套） 40 Class 600 以上级全焊接阀门新产品,并参与完成对新产品台架试验和性能测试; 第三步: 在西气东输二线工程进行首台（套）样机试验考核（工业性考核6个月），完成新产品技术鉴
8、定; 第四步: 在西二线干线、支干线及后续工程推广应用，最终实现天然气长输管线 用48 以内大口径高压阀门的全面国产化。,技术篇,国外： 美国 (America) Cameron 意大利 (Italy) Grove N.B.R 德国(Germany) Schuck Bohrmer Borsig 日本(Japan) TIX KITS 捷克(Czechoslovakia) MSA 俄罗斯(Russia) TULA,国内： 自贡阀门厂全套引进意大利新比隆技术和装备 上海耐莱斯自主研发技术和装备,全焊接球阀国内外生产现状：,全焊接球阀 显著优点：,无外漏； 免维护； 可埋地； 刚度好； 重量轻； 长寿
9、命。,全焊接球阀 应用领域：,阀门国际标准关于“微泄露的技术要求”提出； 不允许泄露的场合：有毒，有害，易燃易爆的介质输送； 城市地下管网要求零泄漏和高可靠性场合； 直埋地下长输管线（石油，天然气管线）压缩机站、场站； 煤化工领域，煤气化，煤液化工业； 石油化工行业。,全焊接球阀存在的结构形式：,目前，全焊接球阀在结构设计上存在二大流派。 1、以美国Cameron公司为代表，采用全焊接球状阀体结构。 2、以意大利Grove和新比隆公司为代表，采用全焊接筒状阀体结构。 分别介绍如下：,Cameron,球形结构：,舒克 Schuck,日本TIX,圆筒形结构：,格罗夫Grove,自贡新比隆,上海耐莱
10、斯,球形结构典型结构示意图：,圆筒形结构典型结构示意图：,球形全焊接球阀典型结构：,圆筒形全焊接球阀典型结构：,球形全焊接球阀采用枢轴式固定球结构，阀体采用紧凑型的球形锻件焊接而成。阀门的重量小。 阀杆在全压差动作过程中除受操作扭矩外，还受到来自管线压力所产生的弯曲载荷。,球形全焊接球阀总体结构,圆筒形全焊接球阀总体结构,圆筒形全焊接球阀采用支撑板式固定球结构，阀体采用圆筒形锻件焊接而成。阀门的重量较大。 阀杆设计成可拆卸，球体轴向载荷传递到阀体而不影响阀杆，使阀杆实现了纯扭矩操作。,球形全焊接球阀阀体,圆筒形全焊接球阀阀体,阀体采用紧凑型的球形锻件焊接而成。焊接过程中会出现交叉焊缝。,阀体是
11、采用三段式结构进行焊接，整个球阀阀体上只有两道环焊缝。,球形全焊接球阀球体,圆筒形全焊接球阀球体,采用枢轴固定球结构。通常12时球体与阀杆为一体， 12时球体与阀杆为分体。,球体由上下支撑板固定。 此结构设计阀腔内部提供了通道，使排污进行的更加彻底。,12, 12,支撑板及球结构,球形全焊接球阀阀杆,圆筒形全焊接球阀阀杆,阀杆与球体为分体结构； 阀杆与球体采用扁槽与扁方形式连接； 阀杆对中性好； 阀杆实现纯扭矩操作。,阀杆密封 “O”形圈实现双重密封； 阀杆紧急注脂密封设计； 防火结构设计； 防飞出结构设计； 防静电设计。,阀杆密封 PTFE 三角形或U型密封与“O”形圈组合密封形式； 阀杆紧
12、急注脂密封设计； 防火结构设计； 防静电设计。,12时阀杆与球体为一体； 12时阀杆与球体为分体； 阀杆依靠阀体颈内的轴承支撑； 阀杆除了传递转矩外； 还要承受一定的弯曲载荷。,阀座结构,球形与圆筒形全焊接球阀阀座结构均可设计为PMSS（金属和非金属双重密封）型式； 具有双截断和泄放（DBB）功能，中腔能自卸压，每一侧都能承受全压差。,适应于: 高压 大口径 阀门扭距可以控制在 允许范围内,具有活塞效应的浮动阀座：利用管线压力推动浮动阀座抱球的密封形式,活塞效应阀座动作原理,单活塞效应阀座结构：,单活塞效应阀座结构原理图,动作演示,双活塞效应阀座结构：,双活塞效应阀座结构原理图,动作演示,*
13、双活塞效应阀座中腔泄放通过安装安全阀来实现，泄放压力1.33倍公称压力,阀座密封脂注脂结构示意,具有阀座紧急注脂系统； 有防火结构设计。,阀座密封材料：,阀座软密封材料根据使用工况条件可选用PTFE、NEYLON、VITON、PPL等。 密封材料通过不同形式镶嵌在阀座支撑上，避免使用过程中被冲出阀座支撑。,焊接方法：,全焊接球阀阀门焊接采用自动埋弧焊。,PTFE、NEYLON、PPL,VITON,PMSS双重密封示意,实景拍摄,装备篇,自贡高阀引进意大利新比隆全自动焊接中心,焊机总图：,焊机组成：龙门架1套，焊接机头2套，多特性电源2套，焊剂输送回收系统1套， 防窜动型可调式滚轮架1套，电器控
14、制箱1套,焊机产地：上海,焊枪工作示意图：,焊接坡口示意图：,防窜动型可调式滚轮架,阀体安装示意图如下：,电器控制部分,可行性,可行性：,焊接工艺 焊接方法 焊接设备,市场需求：大口径、高压力 试制典型规格：DN600 PN100 经济性：综合分析全焊接球阀重大工程应用实际，结合我国目前 锻造水平，考虑企业生产成本，推荐采用三段筒式锻造阀体。,试制和生产：,完全可实现产品的自主研发和生产,阀体结构：三段筒式阀体 支撑板式（固定球） 浮动阀座：DPE 或 SPE 排污孔的位置：最底部,推荐球阀结构,分解图：,结构图：,设计规范（美标）,ASME 锅炉和压力容器规范第V、IX部分 ASME B1.
15、20.1 管螺纹 ASME B16.5 管线法兰和法兰管件 ASME B16.10 阀门连接尺寸 ASME B16.25 对焊端 ASME B16.34 法兰、螺纹和焊接端连接的阀门 ASME B31.8 输气和配气管道系统 API 6D 管线阀门 API 6FA 阀门耐火试验 API 598 阀门的检验和试验 API 607 阀门耐火试验要求 NACE MR0175 油田设备用抗硫化物应力开裂的金属材料,设计规范（国标）,GB 150 钢制压力容器 GB/T12220 通用阀门 标志 GB/T12221 金属阀门 结构长度 GB/T12224 钢制阀门 一般要求 GB/T12228 通用阀门 碳素钢锻件技术条件 GB/T19672 管线阀门 技术条件 GB/T7306.2 55密封管螺纹 第2部分 GB/T9113 整体钢制管法兰 GB/T9124 钢制管法兰 技术条件 JB/T106 阀门的标志和涂漆 JB/T6899 阀门的耐火试验 JB/T9092 阀门的检验与试验 SY/T0599 天然气地面设施抗硫化物应力开裂和抗应力腐蚀开裂的金属材料要求,阀门材质及密封材料,阀体材质： ASTM A350 LF2 ASTM A694 F50 ASTM A516 F70 内件材质： ASTM A182 316 （E
