管线球阀设计重大变革

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1、从标准ASME B16.34引言谈起 管线球阀设计的重大变革 第五版2013 引言 一、ASME B16.34 2 一. B 16.34引言 美国国家标准旨在为制造商、用户， 以及公众之间提供一个双方约定的基础。 美国国家标准的存在本身并不排除不符 合该标准产品的制造，销售或产品的使 用。 只有在引用本标准，作为产品的指定标 准、规范、销售合同或公共法规时，才确 定强制遵守。 3 引言第一段说了三个内容： 1.B16.34标准是供需双方约定的基础； 2.标准本身不排除不符合本标准的产品 制造、销售和使用； 3.引用本标准作为产品标准，要强制遵 守。 4 一. B 16.34引言 本标准必须指出

2、，标准是反映各 行业阀门通用的某些要求，这些要求 可能不适合于某些已知用途的阀门， 它可能包含某些令人满意的成功经验 证实的产品特性。油、气产品管道中 开发和使用的相关阀门就是恰当的例 子。这些阀门符合现有的API 6D标准 ，其自身就可满足联邦法规和管道安 全运行局输送部所制定的规则要求。 5 一. B 16.34引言 标准明确指出，标准反映阀 门的通用要求，这一要求不适合已 经使用的API 6D管线球阀。 6 一. B 16.34引言 这一引言从1978年第一版至2013年第 五版没有变化，唯一的变更是： 1978版1998版，引言中含有“本引 言不是B16.34XX版的一部分”。 201

3、3新版，取消了引言中“本引言不 是B16.34XX版的一部分”。 7 一. B 16.34引言 二、ASME B16.34与API 6D 发展的历史 8 API(美国石油学会)作为美国 贸易协会下属的一个机构成立于 1991年。 其任务是，向政府提供税务 建议，所属工业领域的统计，制订 行业标准。 9 二、ASME B16.34与API6D发展的历史 第一个标准是有关螺纹的标准， 发行于1924年，至今已有500个标准 ，覆盖石油工业的所有领域。 API标准是： 学会的技术权威，是一个技术中心， 代表行业的水平和提供最佳范例， 促进规程合理化， 在全世界石油领域中运行， API是美国国家标准学

4、会(ANSI)认可 10 二、ASME B16.34与API6D发展的历史 API 6D的前身是API 5GI，发行 于1936年九月 经五次修订，于1947年第五版发 行时正式更名为API 6D。至今已出 版第24版。 11 二、ASME B16.34与API6D发展的历史 B16.34的发展与演变 1969年12月，美国国家标准 B 16委员会的名称从“管道法兰 和管件标准化委员会”改为“阀 门、管件和垫片标准化委员会” ，该委员会批准成立一个分委会 来制定不同于法兰连接端的钢制 阀门的新标准的方案。 12 B16.34的发展历史 1977年6月16日，由美国国家 标准学会（ANSI）批准

5、发布 B16.34“法兰端、螺纹端、焊接 端钢制阀门”技术标准。 提出“压力温度等级”来 规范承压壳体边界力学性能与压 力、温度材料的函数关系。 13 B16.34的发展历史 u1981年8月14日，美国国家标准学会批准B 16.34第二版。扩大了材料的应用范围，增 加了镍基合金。 u1985年，增加了承插焊和螺纹端阀门的要 求。 u1994年，采用适用于ASME锅炉压力容器 规范的最新材料数据，按照附录F重新计 算压力温度等级表。并与1996年10月3日 由美国国家标准学会（ANSI）批准。 14 B16.34的发展历史 1999年，修订该标准，包括公制单位 作为主要的参考单位。采用最新版的

6、 ASME锅炉压力容器规范，第卷D部分 的数据，重新计算所有的压力温度等 级。即2004版于2004年2月20日由美国 国家标准学会（ANSI）批准。 15 B16.34的发展历史 u1999年，修订该标准，包括公制单位作为 主要的参考单位。采用最新版的ASME锅炉 压力容器规范，第卷D部分的数据，重新 计算所有的压力温度等级。即2004版于 2004年2月20日由美国国家标准学会（ANSI ）批准。 u2007年开始修订，修改压力温度等级 ，增加新材料，所有的应符合最新版的 ASME锅炉压力容器规范，第卷，D部分的 材料性能。即2009版于2009年6月18日由美 国国家标准学会（ANSI）

7、批准。 16 API 6D发行于1936年九月 B16.34发行于1977年元月 从历史上二者没有血缘关系， 设计标准在产品标准之后，API 6D 标准产品已有40年历史。 B16.34的发展历史 一直到2008年API 6D-22版， API 6D将B16.34,ASME8(1),(2) 并列的列入API 6D的设计标准。 这是经过近40年两个标准的相 互影响、渗透，形成的一个新的认 识，形成一个新的标准条款 B16.34的发展历史 ASME B16.34是由美国机械工程师 学会（ASME）制定，并由美国国家 标准学会（ANSI）批准； API 6D是美国石油学会（API）制 定，并由美国国

8、家标准学会（ANSI ）批准； 19 B16.34的发展历史 三、B16.34标准对阀门制造业贡献 20 历史上阀门的设计，输入： 通径D，工作压力P，工作温度t ，工作介质（决定材料），阀门类 别，阀门结构，外部载荷等 B16.34对阀门制造业的贡献： B16.34对阀门制造业的贡献： 用表格形式建立阀体压力边界 完整性与材料、压力、温度的 关系，提出阀门磅级Class概念 ，按Class来设计阀门的理念。 22 定义了一个阀门的压力等级， Class150，Class300，Class600 等，然后对于某一阀门材料组别，给 出一个阀门压力等级与阀门的工作压 力、工作温度关系图表。这样，阀

9、门 制造厂按阀门的压力等级来设计制造 阀门，从而使阀门容易实现标准化， 系列化设计。 ClassF（材料，压力，温度） 23 B16.34对阀门制造业的贡献： 为进一步简化阀门的设计，ASME B16.34给出阀门最小壁厚与阀门通 径、压力等级的函数关系图表，阀门 壳体的强度设计只需查表即可，无须 进行繁琐的计算。这样，给阀门制造 业带来了很大方便，对保障阀门的安 全服役做出重要的贡献。 t=f(Class,NPS） 24 B16.34对阀门制造业的贡献： 用函数表达来解读： 阀体强度（壁厚）=f（材料，压力 ，温度，口径，结构形式，阀门类别 ，外部载荷） 阀体的壁厚=F（Class，口径）。

10、 阀门的设计，制造按Class（磅级） 和口径来分类。阀门标准化设 计。 25 但是，问题有它的两面性。这样 一个不考虑阀门种类，阀体的结构型 式，一个组别内材料的不同强度给出 的最小壁厚，是一个“保守上限值” 。这一值对中小阀门影响不大，随着 口径增大，压力等级提高，材料的消 耗增加很大。 26 提供了一个保守的“上限值” 忽略阀门种类，阀门结构型式对强 度的影响，所以标准是保守的。 对阀体局部应力的考虑，包含在 材料的安全系数，所以标准是保守 的。 27 提供了一个保守的“上限值” 对于同组别材料中不同材 料，不同机械性能对阀体强度 影响未予考虑，所以标准是保 守的。 28 提供了一个保守

11、的“上限值” B16.34的最大贡献是简 化了阀门的设计，提供了一 个全球标准化的阀门产品。 29 B16.34在2008年之前不是API 6D的设计标准； B16.34在2008年以后是可选的设计标准之一。 四、ASME B16.34与API 6D的关联 与存在问题 30 B16.34与API 6D不存在紧密的关联。 uAPI 6D标准与API 6D的阀门在B 16.34， 1978年正式颁布之前，已经使用了三十 年。 u1978年以后，B 16.34作为API 6D的一个 引用标准。 u2008年之前的API 6D标准中，没有具体指 出引用B 16.34的具体章节。 uB16.34引言中提

12、出，本标准可能不适合于 已经使用的阀门，例如，API 6D阀 门。 31 32 例如： API 6D的阀门结构：上装式球阀和三 段式管线球阀（无阀颈阀门），它的 设计不符合B 16.34中6.1.3阀体颈部 中的要求，即： 33 34 35 36 存在的问题是： (1)管线球阀是一个无阀颈的阀门； 上装式阀门的阀颈很短； 不符合B16.34的相关规定。 (2)B16.34提供的是一个保守的上限 值，在大口径产品设计中偏于保守 而增加阀门制造成本。 为协调API 6D-2008版对壁厚作出变更： 在6.1.1壁厚节中提出“对于多件阀体结构，如三片 式的壁厚要求”。 （C）对于多件阀体结构的阀门，

13、如三片式球阀，其 中阀体是由主阀体和附属于它的两个左、右阀体 构成的，其内径d值确定为： （1）对于两个左、右阀体，d值应符合6.1.2节（a ）的要求。 （2）对于主阀体，d值应是主阀体的内径。如果主 阀体壁有轴向孔，无论是直通的还是部分螺纹连 接的，内外管间隙也应满足图2中f和g的尺寸要 求。 38 例如一个Class900，NPS 48的 球阀，德国舒克公司按AD 2000设 计的重量为为19吨，而按B16.34设 计的重量为28.5吨。所以阀门制造 业按ASME第卷锅炉压力容器建造 规则设计势在必行。 39 国外管线球阀著名公司对B16.34标准在 样本中的表述： 美国 Cameron

14、API 6D，ANSI相关标准 意大利 GroveB16.34，API 6D 德国 ShuckAD 2000，API 6D 捷克 MSAB16.34，ASME -（1）（2）,API 6D 日本 TIXASME , API 6D 40 1.Cameron，舒克，日本TIX的阀 体不满足B16.34； 2.B16.34不考虑筒形和球状壁厚 的不同。 41 2008第23版API 6D的重要性 承压元件的设计和计算方法应按照国 际上认可的设计规范或标准的规定，同时 考虑到管子负荷，操作力等等。标准的选 用按协议规定。 注1：国际上认可的设计规范或标准，例如 ASME第卷第1篇或第2篇，ASME B

15、16.34 ，EN 12516-1和EN 13445-3。 uB 16.34是作为API 6D阀门供选用的设计 标准之一，但不是唯一的设计标准。 42 2009版B16.34作了相应的调整 在B 16.34-2009版中，为了满足API 6D-2008 版的要求，修改了6.1.2（C）章节，增加了三段 式阀门的壁厚。即： （C）对于多件阀体结构的阀门，如三片式球阀，其 中阀体是由主阀体和附属于它的两个左、右阀体 构成的，其内径d值确定为： （1）对于两个左、右阀体，d值应符合6.1.2节（a ）的要求。 （2）对于主阀体，d值应是主阀体的内径。如果主 阀体壁有轴向孔，无论是直通的还是部分螺纹连

16、 接的，内外管间隙也应满足图2中f和g的尺寸要 求。 43 问题（1）：根据ASME B16.34-2009版6.1.2（C） ，两片式球阀设计是否可以看作是多件阀体结构？ 答： 不是。 44 某些国外的阀门制造商把B16.34作 为产品的设计标准，不准确的引用 B16.34的某些章节。 国内的阀门制造业，全面执行 B16.34的设计标准，并在某些标准中 把B16.34的最小壁厚作为强制执行的 标准。列入TS认证。 B16.34是API 608的设计、制造标 准 五、ASME B16.34与API 608的 关联 46 API 608，第五版-2012标准前言中指 出，API标准旨在为炼油、石化、化工的 终端用户确定ASME B16.34（法兰、螺 纹连接、焊接端阀门）要求之外的附加 的对于设计、操作、及性能要求。 如同以下API标准为其他类型阀门提 供附加要求，API 608旨在为钢制及合金 钢球阀提供ASME B16.34要求之外的类似 上述附加要求。 API 598,API 599,