天然氣使用量的大幅增加為(wei) 天然氣管道球閥帶來發展
隨著天然氣價(jia) 格改革的加速落實，十三五大力推動天然氣發展預期的逐步臨(lin) 近，天然氣使用量的大幅增加，天然氣的發展將迎來曆史性機遇,作為(wei) 天然氣輸送*的閥門必將迎來大發展。
1、閥體(ti)
閥體(ti) 可分為(wei) 全焊接閥體(ti) 設計和分體(ti) 式閥體(ti) 設計。
全焊接閥體(ti) 設計有筒狀結構和球狀結構，筒狀結構製造工藝較簡單，便於(yu) 裝配定位，返修容易實施，坯件製造所需模具簡單，費用相對較低，而且方便采用支撐板對球體(ti) 進行固定。但重量大，材料成本高。同時由於(yu) 多采用雙焊縫，焊接過程熱輸入量大，殘餘(yu) 應力複雜，軸向和徑向變形大。在閥門安裝在管線上後，閥體(ti) 承受極大地管道應力和管線載荷，同時由於(yu) 安裝誤差、底層運動和熱變應力等因素影響，產(chan) 生的外力和扭矩是相當大的，厚度比較大的圓柱形閥體(ti) 能夠更可靠的承受管線載荷，不易產(chan) 生變形。球形閥體(ti) 結構受力狀況優(you) 於(yu) 筒形閥體(ti) 結構，抗彎曲、抗擠壓能力強，閥體(ti) 設計壁厚小，重量輕，結構整體(ti) 性能好，但其製造工藝相對複雜，在閥內(nei) 做球體(ti) 支撐不易實施，次性開模費用較高，但批量生產(chan) 成本低於(yu) 筒狀結構閥門。
分體(ti) 式結構又分為(wei) 側(ce) 裝式和頂裝式兩(liang) 種。般由閥體(ti) 和左右連接體(ti) 組成，連接體(ti) 與(yu) 閥體(ti) 由螺栓連接，連接法蘭(lan) 厚度與(yu) 螺栓的連接強度應按與(yu) 閥體(ti) 內(nei) 徑相當的法蘭(lan) 進行類比設計，其連接強度必須防止管道盈利而產(chan) 生連接鬆弛，使密封失效。閥體(ti) 與(yu) 連接體(ti) 麵對麵接觸，中間無間隙。密封必須滿足失火安全要求，采用橡膠“O”型圈與(yu) 纏繞式金屬墊組合密封。但是隨著近年來全焊縫閥體(ti) 技術的快速發展，已經逐漸取代了具有外漏危險的分體(ti) 式結構。
2、閥座及密封
閥座密封結構是全焊接球閥的關(guan) 鍵技術，它直接影響球閥的密封性能和使用壽命，為(wei) 確保其密封性能的可靠性和30年以上使用壽命的要求，通常在結構設計上采取以下措施：
（1）雙活塞效應的雙密封閥座結構
雙活塞效應是指在這種結構裏，閥座與(yu) 球體(ti) 密封中心與(yu) 發作密封圈的中心在個(ge) 圓柱麵上，閥座支撐圈和閥座密封圈均為(wei) 可以移動的活塞，同時具有兩(liang) 個(ge) 活塞。所謂雙密封座，是指就個(ge) 閥座而言，在兩(liang) 個(ge) 方向均能實現密封的閥座結構。即當上遊介質壓力高於(yu) 中腔壓力時，介質壓力會(hui) 推動閥座密封圈向球體(ti) 移動，使上遊側(ce) 推力與(yu) 中腔側(ce) 推力形成的壓力差，從(cong) 而使閥座與(yu) 球體(ti) 抱得更緊，增加密封比壓，滿足密封要求，也就是當上遊壓力高時能夠實現密封；當中腔壓力高於(yu) 上遊壓力時，中腔壓力會(hui) 把閥座密封圈推向上遊側(ce) ，而改變閥座上下遊側(ce) 的受力麵積，使中腔介質推動閥座支撐圈的推力大於(yu) 上遊側(ce) 介質推動閥座支撐圈的推力，形成的壓力差，這個(ge) 壓力差仍然使閥座與(yu) 球體(ti) 抱得更緊，實現密封。所以這種結構無論上遊側(ce) 壓力高還是下遊側(ce) 壓力高，閥座都會(hui) 緊緊抱緊球體(ti) ，滿足密封需要，因此叫雙密封閥座。
（2）自泄壓式的單密封閥座結構
這種結構的閥座密封圈是固定的，隻有閥座支撐圈可以移動，因此，這種結構又稱作單活塞效應閥座。該結構閥座密封圈到閥門中心的距離A大於(yu) 閥座與(yu) 球體(ti) 接觸點到閥門中心的距離B，當上遊壓力高於(yu) 閥腔壓力時，上遊壓力會(hui) 把閥座支撐圈推向球體(ti) ，使閥座和球體(ti) 緊密結合，實現密封。當中腔壓力高於(yu) 上遊或者下遊壓力時，中強壓力將把閥座支撐圈推離球體(ti) ，是閥座和球體(ti) 脫離接觸，從(cong) 而使中腔壓力得以向低壓的上遊或者下遊泄放。
雙活塞效應的雙密封閥座結構對全焊接球閥來說是種非常有效地密封結構。由於(yu) 要求確保30年使用壽命的全焊接球閥來說，是非常必要的，因為(wei) 在閥內(nei) 兩(liang) 個(ge) 閥座中，任何個(ge) 閥座受損，另個(ge) 閥座仍然可以獨立的起作用，保證密封。而對於(yu) 自泄壓式的單密封閥座結構來說，當端閥座損壞後，介質會(hui) 進入中腔，中腔壓力將增大，而中腔壓力的增大將會(hui) 削弱另端自泄壓閥座的密封能力，當中腔壓力高於(yu) 下遊壓力達到設計值時，就會(hui) 發生泄露。因此，就密封可靠性而言，雙密封閥座結構優(you) 於(yu) 單密封閥座結構。然而，正因為(wei) 雙活塞效應的雙密封閥座結構不會(hui) 自動泄放中腔介質壓力，當閥門處於(yu) 全開全關(guan) 位置時，截留於(yu) 中腔內(nei) 的介質可能由於(yu) 溫度的急劇變化，使閥腔出現異常增壓，經計算，當截留於(yu) 閥腔內(nei) 的氣體(ti) 溫度由-30℃上升到70℃時（這種情況可能出現在我國的西北，在嚴(yan) 寒的冬天，對閥門進行了開關(guan) ，此後直到來年炎熱的夏天，都沒有啟閉過閥門。）閥腔壓力會(hui) 升高到原來的1.41倍，這種壓力的升高對閥腔來說是不安全的。因為(wei) ，氣體(ti) 是可壓縮的，溫度升高，對閥腔壓力影響還不是很大；如閥腔充滿的是液體(ti) 介質，因液體(ti) 的不可壓縮性，溫度升高，閥腔壓力會(hui) 升高更快。因此為(wei) 保證閥腔的安全，對兩(liang) 個(ge) 閥座均為(wei) 雙活塞效應的雙密封閥座結構的全焊接球閥，必須在閥腔安裝壓力泄放閥，泄放閥的泄放壓力通常設計為(wei) 公稱壓力的1.1~1.33倍，泄放閥的通徑通常≥1/2in。
對於(yu) 管道球閥閥體(ti) 的密封方式通常組合密封方式，常用方法主要有下麵三種：
（1）初級金屬密封，次級軟密封
金屬密封可以減少管道內(nei) 的雜質對軟密封閥座的衝(chong) 刷和擦傷(shang) ，延長軟密封閥座的使用壽命，同時金屬密封承擔了大部分來自管內(nei) 介質對閥座支撐圈的推力，使閥座受力減小，避免了軟密封閥座因為(wei) 過載而受到傷(shang) 害，金屬閥座采用不低於(yu) 閥門球體(ti) 的材質。
目前軟密封閥座的形狀主要有兩(liang) 種，種是Δ形的，種是O形的，這兩(liang) 種形狀的密封所用的材料以VITON AED（抗爆氟橡膠）為(wei) 主，密封原理和性能樣。Δ形比O形的製造難度大，但形閥座的裝配難度小，發作草的加工難度也小於(yu) O形密封槽。國外大部分采用形密封，少數企業(ye) 采用O形密封，國內(nei) 企業(ye) 以Δ形密封為(wei) 主。
（2）初級金屬密封，第二級尼龍密封，第三級橡膠軟密封
目前國內(nei) 外少數企業(ye) 采用三級密封方式，設計這種結構是考慮到管道有很多雜質，這些雜質經常會(hui) 把球麵、閥座損壞，造成閥門內(nei) 漏，增加道尼龍密封，阻擋管道內(nei) 的雜質對閥座的衝(chong) 刷。在閥門開關(guan) 過程中，尼龍還起到把球體(ti) 表麵的雜質刮掉的作用，從(cong) 而保護了第三級的橡膠軟密封，有利於(yu) 延長閥門的使用壽命。但這種結構的尼龍閥座裝配難度比較大，如不采取有效措施，在閥門開關(guan) 過程中，尼龍閥座會(hui) 從(cong) 閥座槽中脫離出來。再有由於(yu) 安裝空間所限，尼龍閥座不可能做得比較寬，這樣尼龍閥座很可能因過載而加速損壞，影響其實際效果。
（3）尼龍閥座密封結構
尼龍、增強四氟、PEEK等密封材料常用於(yu) 分體(ti) 式高壓球閥，在全焊接球閥中並不常使用，因為(wei) 這些材料相對於(yu) viton等氟橡膠類材料來說，比較硬，材料的承壓能力強，但回彈性差，容易受到管道內(nei) 的焊渣、鐵鏽、沙子等雜質的擦傷(shang) 、衝(chong) 刷，其補償(chang) 性能差，使用壽命難以得到保證。
另外，以上三種密封方式常與(yu) 具有緊急密封作用的注脂係統起使用。該係統由注脂閥和止回閥組成，分別安裝於(yu) 閥體(ti) 外側(ce) 的閥座部位和閥杆填料函外徑上。該係統是種補救措施，可以在緊急狀態下阻擋或減少管線閥門密封座的泄露，將閥門的*維護延遲到下個(ge) 預定的管線關(guan) 閉期。注脂之前，需要對閥座密封部位進行衝(chong) 洗，且在此過程中閥門需打開15度左右三至四次，以*清潔球體(ti) 與(yu) 閥座的接觸麵。注脂後，要測試密封效果。
3、閥杆及密封
閥杆密封結構也是全焊接球閥的關(guan) 鍵技術之，此處密封性能若出現問題，介質就會(hui) 外漏，造成環境汙染、引發火災等嚴(yan) 重後果，因此務必高度重視。圖所示結構是目前比較常用、也比較有效的種閥杆密封結構，它由兩(liang) 道O型圈構成兩(liang) 道密封防線，輔以道柔性石墨密封，保證了密封的可靠性。柔性石墨密封在發生火災時可以有效地減少介質的外漏。有人將兩(liang) 道O型圈密封分開，當閥杆密封出現泄漏時，可以對外層密封在帶壓情況下進行檢修更換，這種結構更加、合理。國外部分設計在閥杆密封處采用道O型圈、道柔性石墨、道彈簧製動密封圈結構，這種結構將三種不同密封材料的優(you) 點，集合在起，形成全天候、滿足多工況的密封要求。O型圈回彈性好，密封可靠，但耐高溫、低溫性能差，抗老化性能差；柔性石墨耐高溫性能好，回彈性差，密封不是很可靠；彈簧製動密封圈是種U形PTFE內(nei) 置特殊彈簧的高性能密封圈，由適當的彈簧力加上係統流體(ti) 壓力，將密封麵頂出而壓在被密封的金屬麵以產(chan) 生非常優(you) 異的密封效果，聚四氟乙烯抗老化、耐低溫，適用介質廣泛，彈簧的推力可以彌補密封麵的磨損及閥杆表麵的微觀不平，是密封更長效、更可靠，這種結構特別適合於(yu) 含硫天然氣項目。
4、球體(ti) 與(yu) 支承軸
球體(ti) 的加工精度，圓度≤0.005 mm，化學鍍鎳，鍍層厚度高於(yu) 閥座的鍍層。對於(yu) 大口徑，高壓力級閥門球體(ti) ，應作球體(ti) 變形計算，這種變形足以引起密封失效。
球體(ti) 的支撐結構有兩(liang) 種，種是以支撐板支撐球體(ti) ，閥杆和球體(ti) 是獨立的，介質推力通過支撐板傳(chuan) 遞到閥體(ti) 上，閥杆不承受介質推力，這種結構可以大大降低閥門的啟閉力矩，有效保護閥杆密封，基本上筒形結構閥體(ti) 都采用這種結構。另種結構多用在球形結構閥體(ti) 上，球體(ti) 的支撐靠上下閥杆，通過上下閥杆將介質推力傳(chuan) 遞到閥體(ti) 上，這種結構閥杆要承受介質的推力，因此啟閉力矩大，閥杆受力會(hui) 加速閥杆密封的磨損。
5、防火結構
管道閥門需要具有火災安全功能，則其結構必須為(wei) 防火型，而其防火結構的設計應主要考慮：閥座的防火結構設計，閥杆防火結構設計，閥體(ti) 與(yu) 左右體(ti) 結合麵的防火結構設計。其中，閥座防火結構設計是關(guan) 鍵，閥座的防火性能良好，在火災事故狀態下，可減輕閥杆防火結構、閥體(ti) 與(yu) 左右體(ti) 之間防火結構設計的難度。目前常用的方法就是在閥杆及閥座支撐圈部分都加設了石墨密封，石墨密封耐高溫性能好，在發生火災的時候可以有效地減少介質的外漏，具有良好的防火作用。
6、防靜電設計
由於(yu) 球體(ti) 及閥杆與(yu) 非金屬材料接觸和摩擦，產(chan) 生靜電，因此在閥杆上/下位置設置導靜電彈簧，將靜電導通至閥體(ti) ，並按照標準規定，使球體(ti) 與(yu) 閥體(ti) 及閥杆與(yu) 球體(ti) 之間在12VDC以下，電阻值在10歐姆以下。
7、DBB功能設計
DBB（雙截斷和排放）功能設計是指無論是閥門處於(yu) 開啟狀態還是關(guan) 閉狀態，閥腔泄壓排放時，上遊端和下遊端閥座應同時截止，並允許從(cong) 排泄閥處對在線閥門進行閥座密封性能測試，而不影響管線運行。
8、其他設計結構
其他結構設計如放空、排汙、注脂、吊耳等，國內(nei) 外沒有差異。
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