國內外鋼制閘閥標準分析|資料

1、國內外鋼制楔式閘閥標準的概況
在各種管道和設備等流體輸送系統中，閘閥是目前應用最為 的閥門品種之一。閘閥的主要特點是：（1）流通阻力小；（2）開關所需力矩小；(3)介質流動的方向不受限制；(4)閥門全開時，關閉件受沖蝕小；（5）形體簡單結構緊湊；（6）制作工藝性好。目前 地應用在石油、化工、冶金、電站、醫藥、食品等工業裝置上。隨著國際間經濟和技術交往的日益增加，閥門這一重要的工業配套管路附件在國際市場上流通也迅速增加，各國的閥門標準是不同的，閥門的結果長度和連接法蘭標準也各不相同，這給國際間閥門流通使用帶來很大不便。
目前，世界上各工業 國家對于閥門的設計、制造、檢驗均制訂各自的國家標準，閥門標準采用的計 量單位主要有公制和英制兩大系統。中國GB、德國DIN、法國NF、前蘇聯等國的閥門標準均采用公制；美國ANSI、API標準過去一直采用英制，現在也增添了公制附表。各國標準中選用閘閥的壓力--溫度額定值基準是不統一的。采用公制的國家，通常把常溫下最大工作壓力規定為公稱壓力，如GB標準規定：碳鋼WCB閥門的公稱壓力PN 10MPa表示常溫時的最大工作壓力，當溫度升高到425℃時它的最大工作壓力僅為5.3MPa；而美國等采用英制的國家，則按不同的材料規定在某一指定溫度下的工作壓力位公稱壓力。以美國國家標準ANSI A216 WCB材料的150磅級碳鋼閘閥為例：使用溫度約560℉時，它的許用工作壓力為150psi(lbf/in2),當閥門的最高使用溫度規定為800℉時，其相應的許用工作壓力為80psi(lbf/in2)。閥門計量制壓力基準以及閥門其它技術參數的不統一，嚴重阻礙了閥門產品的交流和使用，國際標準化問題則突顯出來。
關于閥門的國際標準化問題，1971年9月在日內瓦召開第二十五次理事會議上，決定成立通用閥門工業用閥門技術委員會TC153《閥門》，秘書國是英國標準學會。TC153成立以來，活動頻繁，每年召開多次會議討論和制訂有關的國際標準，ISO/TC153在通用閥門基本尺寸、壓力、溫度等級、材料試驗和名稱術語等方面都進行了大量的國際標準化統一工作，它所制訂的閥門基礎標準，普遍適用發達國家及發展中國家的閥門工業，如ISO的一些標準：一般工業用閥門標記；一般工業用閥門術語；金屬閥門結構長度；閥體閥蓋用螺栓連接的鋼制閘閥；閥門材料、檢驗和壓力試驗等等。目前這些國際標準大多已被各國不同程度的采用，多數是修改采用（等效采用），也有些是等同采用和非等效采用（參照）。ISO國際標準標準化組織在協調各國閥門標準方面做了多方面的努力，ISO國際標準即考慮到發展中國家的現有閥門工業水平，又注意吸收發達國家標準中的 技術，盡量協調統一，使ISO標準 用于世界各國。
采用國際標準是我國的一項重要技術政策，隨著我國閥門標準化工作的加強，閥門標準得以快速發展，通過積極參加閥門行業國際活動，使我國能及時了解閥門國際標準制修訂動態，跟蹤國際標準情況，實時制定、修訂我國的標準，緊跟國際形勢。同時讓國外同行了解中國的閥門，為讓中國閥門企業更快地走進國際市場創造條件。
通過對國外有關鋼制閘閥的主要標準和我國標準進行對比分析，試從閘閥的殼體部分、密封部分、閥桿部分、檢驗試驗等幾個主要方面，找出國內外標準存在的差異，為閥門設計制造者提供參考。
2、殼體部分國內外標準的對比
通用的鋼制閘閥的殼體壁厚，國內外標準基本上采用按有修正系數的薄壁圓筒壁厚公式進行計算，ISO、ANSI、JIS等標準基本上采用下列公式：
t= 1.5 〔p.d2s-1.2p 〕
其中：t-- 計算厚度（英寸） p --壓力等級數值 （lbf/in2）
d-- 公稱管徑（英寸） s—基本應力系數（材料許用應力）
這一計算公式，接近于我國中壓閥門三化標準所采用的壁厚公式：
S= 1.32p.DN2〔σ〕-1.2p +c
美國石油學會API標準，日本石油學會JPI標準的閥門考慮到用于石油、石化的特殊工況的需要，壁厚值較一般工業用途閥門所定的數值增大，以6〝-300Lb鑄鋼閘閥為例，相應的ANSI以及ISO標準所要求的最小壁厚分別為9.6㎜和8.8㎜；而API、JPI、BS標準所要求的最小壁厚值分別為16㎜、16㎜和15.9㎜。
閘閥結構長度各國有不同的標準，目前由ISO標準統一為長短兩個系列尺寸，同時ISO、ANSI、API及BS標準規定：端法蘭可以與閥體鑄鍛一體，也可以采用焊接連接。
目前，殼體材料各國閥門標準都有專門的殼體材料表， 標準中對材料都規定了含碳量的最大值，例如WCB鋼的含碳量標準規定
C≤0.3％，但API、JPI、BS進一步考慮閘閥使用于石油、化工等含硫量高的介質等特殊工況，參照NACE MR0175 油田設備抗硫應力斷裂金屬材料要求，選用殼體材料含碳量C≤0.25％，硬度HRC﹤22，日本的JPI標準對殼體材料，除了要求含碳量C﹤0.25％外，還規定了其它元素的含量。
關于閥蓋上密封結構API、JPI、BS及我國新標準中都強調了閥蓋上必須有上密封結構，當閥門全開時閥桿的倒密封面接觸，API、JPI、BS等標準的上密封一般采用不銹鋼襯套式，但必須固定在閥蓋上，工作時不能松動，只有奧氏體不銹鋼閥門上密封才允許本體加工或堆焊硬質合金密封面。
閥體與閥蓋連接的中法蘭螺拴，早期國內標準通用鑄鋼閘閥的中法蘭螺拴與螺母多采用 碳鋼，而美、英、日等 工業國家中法蘭雙頭螺栓是采用合金鋼35CrMo,螺母采用 碳鋼，中法蘭螺栓采用合金鋼材料，能提高材料的抗蠕變強度，避免因高溫蠕變導致螺栓變形而產生泄漏或發生事故。這樣，即使在較高的使用溫度工況下，反復使用仍可以保持穩定的密封性，為確保安全，API、JPI和我國新標準都強調了中法蘭螺栓采用重型六角螺母，螺柱采用全螺紋的，以避免和減少熱應力集中的現象。
關于中法蘭墊片，GB標準中根據壓力范圍和工作溫度的不同規定了金屬波形墊、平板墊、齒形墊等七種類型的墊片，美國API、英國BS及日本JPI標準都對中法蘭墊片做了嚴格的規定要求，在工作溫度下，墊片材料應具有一定的彈性和塑性以及足夠的強度，并且要經得起介質的腐蝕。
3、密封件部分國內外標準對比
閘閥的密封件部分，主要是指閥座與閘板的密封面。各國標準一般都是根據閥門使用工況的不同規定了一系列可供選擇的密封副，國外閘閥標準對密封面的材料和硬度有嚴格的要求，API600列出十四種材料，它還規定了當閥座閘板的密封面都采用Cr13材料時，其硬度值不得小于HB250，這樣對提高密封面的密封性能及延長使用壽命均有好處。除了金屬對金屬密封副外，英國標準規定，閥座也可以采用軟密封材料，但它們磨損或破壞時，金屬部分的密封副仍可以保證密封作用。
我國閥門標準至2006年以前，GB 標準對閥門密封面堆焊層的厚度規定為：加工后的密封面堆焊層的厚度至少為2㎜；而API、BS標準則不分規格一律規定：加工后的密封面堆焊層厚度至少為1.6㎜，新版本的API602標準規定：加工后的密封面堆焊層厚度至少為1.0㎜，相比之下我國標準則顯得保守。在不影響密封性能和密封壽命的情況下，減少密封面的堆焊層厚度，可以節省昂貴的密封面材料，目前新版的GB/T12234-2007標準已經參照采用API和BS標準的相關數據。
4、關于閥桿和閥桿密封
閥桿在閥門開啟和關閉操作過程中，除了承受拉、壓和扭矩的作用力外，還與介質和填料直接接觸，閥桿材料必須保證在規定溫度下有足夠的強度和沖擊韌性，并有一定的耐蝕、耐磨性能，我國早期閥門閥桿材料多采用不銹鋼，且標準中沒有閥桿硬度的具體要求；國際標準和國外標準API、BS、JPI等十分重視閥桿質量控制，明確規定閥桿材料至少采用Cr13不銹鋼，并對它的硬度做了規定。
國外標準和GB標準對填料區域閥桿直徑給出了最小規定值，
還規定閥桿應為整體鍛造結構，不允許采用焊接組裝的閥桿。
各國標準對于閥桿的上密封有共同的要求，規定閥桿上應設有上密封面，當閥門處于全開啟狀態時，它與閥蓋上密封座吻合，保證密封可靠。關于閥桿頭部的結構，各國標準都規定為“T”型。BS和JPI標準還補充提出，不得采用螺紋或銷子的方式來連接閥桿與閘板，以避免閥桿產生轉動或從閘板上脫開。
為了保證操作的安全，API、BS及新GB標準規定，新閥門在關閉位置時，閥桿螺紋伸出閥桿螺母的長度至少應相當于所要求的磨損行程。對于公稱管徑小于或等于DN150的閥門，閥桿螺紋伸出閥桿螺母的長度最大可達磨損行程的5倍，對于公稱管徑大于DN150的閥門，該長度最大可以是磨損行程的3倍。
5、關于閘閥的試驗、檢查和檢驗
國際標準化組織和世界上各工業 的國家都制訂有閥門通用
的檢驗和試驗標準，ISO5208工業用閥門試驗方法、API598閥門的檢驗和試驗、MSS鋼閥門的壓力試驗等標準都明確規定了閥門的試驗項目，同時對試驗壓力、試驗介質、試驗持續時間及允許泄漏量等都做了詳細規定。
閘閥的試驗主要包括殼體試驗、低壓密封試驗、上密封試驗和高壓密封試驗。美國API標準規定：閘閥的殼體強度、上密封試驗和低壓密封試驗三項是必須的試驗，而高壓密封試驗是任選的。日本JIS標準規定閘閥只需要進行殼體、閥座密封及上密封三項試驗。我國GB標準中參照采用了API598標準的規定。
對比各國的有關閘閥的試驗標準，殼體強度試驗多數國家的標準規定為以1.5倍常溫的額定壓力值作為試驗壓力。各國標準所要求的試驗持續時間按閥門的公稱通徑的大小而有所不同，但是在殼體強度試驗時，一致規定任何泄漏都是不允許的。液體試驗的介質一般采用常溫水，GB、API、ISO等標準還強調了試驗介質應含有防銹劑，同時也允許使用粘度不大于水的液體進行試驗。低壓密封試驗一般采用空氣或惰性氣體，我國標準規定試驗壓力為0.5-0.7Mpa,上密封試驗是在全開啟狀態下進行的，它的試驗壓力一般規定為1.1倍的公稱壓力，國內外標準均規定不允許有任何泄漏。
以上從五個方面對鋼制閘閥進行了國內外標準的對比分析，工作中無論采用那個國家標準，使用者還應認真學習和查閱相關標準，了解各標準中共性的內容和特殊的規定。這樣才能靈活使用標準，在設計、制造工作中充分體現標準的互換性和一致性。

浙江中泰閥門有限公司高級工程師 宋 強

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