國(guó)產(chǎn)天然氣閥門概述

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*章 國(guó)產(chǎn)天然氣閥門概述概述 
大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，應(yīng)對(duì)氣候變化的挑戰(zhàn)，已經(jīng)成為新世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要潮流。中國(guó)作為世界大的發(fā)展中國(guó)家中經(jīng)濟(jì)發(fā)展快的國(guó)家和世界主要經(jīng)濟(jì)實(shí)體之一，已經(jīng)決定2020年將單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%，這必然要求進(jìn)一步轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)。天然氣作為一種低碳、、廉價(jià)、安全的清潔能源，儲(chǔ)量十分豐富，發(fā)展前景廣闊，天然氣將繼續(xù)作為世界能源發(fā)展的重要熱點(diǎn)，得到持續(xù)快速發(fā)展，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)成為中國(guó)能源發(fā)展的大亮點(diǎn)。 
      2009年10月在阿根廷召開的第24屆世界天然氣大會(huì)上，與會(huì)專家和學(xué)者肯定了天然氣在低碳經(jīng)濟(jì)世界發(fā)展中的作用，擴(kuò)大天然氣利用是應(yīng)對(duì)變暖的現(xiàn)實(shí)選擇，是化石能源向新能源過(guò)度的橋梁，并指出，二十一世紀(jì)是天然氣世紀(jì)，是發(fā)展“低碳經(jīng)濟(jì)”的世紀(jì)，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：一是天然氣資源豐富，可保障儲(chǔ)量產(chǎn)量的持續(xù)增長(zhǎng)，天然氣聯(lián)盟專家認(rèn)為，根據(jù)對(duì)天然氣的認(rèn)識(shí)和非常規(guī)天然氣的預(yù)測(cè)，天然氣供給可保障未來(lái)80~100年的消費(fèi)增長(zhǎng)需求。二是天然氣需求旺盛，天然氣在應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)危機(jī)、氣候變化和供應(yīng)安全方面可以成為“型”化石燃料，2030年天然氣產(chǎn)量將增加30%，在一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中由24%上升到28%。三是天然氣是所有化石能源中為清潔的燃料，是發(fā)展“低碳經(jīng)濟(jì)”的能源支撐，是化石能源向新能源發(fā)展的橋梁。四是技術(shù)進(jìn)步可以促進(jìn)非常規(guī)天然氣的有效開發(fā)，天然氣價(jià)格相對(duì)較低，更能為社會(huì)所接受，得到廣泛應(yīng)用。五是天然氣供需的剛性增長(zhǎng)，將拉動(dòng)投資增長(zhǎng)，天然氣聯(lián)盟專家評(píng)估，在2030年前，為使天然氣供應(yīng)量增加1.6萬(wàn)億立方米，天然氣上中下游價(jià)值鏈系統(tǒng)的投資將達(dá)到10萬(wàn)億美元，進(jìn)而拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。  
    天然氣工業(yè)的快速發(fā)展推動(dòng)了天然氣管道的建設(shè)。作為連接氣源和市場(chǎng)的紐帶，管道以其輸送能力強(qiáng)大、調(diào)度靈活、多向調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，提高了天然氣供應(yīng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。加快天然氣管網(wǎng)及配套設(shè)施建設(shè)，提高配送靈活性，規(guī)劃建設(shè)好干線、支線和聯(lián)絡(luò)線，將直接關(guān)系到經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展和人民生活水平的提高。用管道輸送油氣，其成本是鐵路運(yùn)輸?shù)?/3，海上運(yùn)輸?shù)?/3，不僅經(jīng)濟(jì)效益顯著，而且對(duì)于緩解交通運(yùn)輸壓力，保障能源輸送安全都能發(fā)揮不可替代的作用。目前，世界已經(jīng)形成了一些跨洲、跨國(guó)的大型輸氣管網(wǎng)，總長(zhǎng)度超過(guò)千米。其中美國(guó)干線管道總長(zhǎng)千米，國(guó)土面積916萬(wàn)平方公里，干線管道密度達(dá)0.05千米管道/平方公里國(guó)土；歐洲干線管道總長(zhǎng)千米，面積1016萬(wàn)平衡公里，干線密度達(dá)0.015千米管道/平方公里國(guó)土。而截止2008年底，我國(guó)天然氣干線長(zhǎng)410150×41049×4106.15×1 4101.3×千米，國(guó)土面積960萬(wàn)平方公里，干線密度為0.0033千米管道/平方公里國(guó)土，是美國(guó)的1/15，是歐洲的1/5，發(fā)展空間巨大。為了改變這一狀況，根據(jù)我國(guó)的能源建設(shè)規(guī)劃，今后一段時(shí)期，我國(guó)的石油、天然氣管道布局將建成主干、支線和復(fù)線20多條，其線路之長(zhǎng)，投資規(guī)模之大，工程建設(shè)項(xiàng)目之多，預(yù)示著我國(guó)的管道工業(yè)建設(shè)已經(jīng)蓄勢(shì)待發(fā)。 

    天然氣管道建設(shè)推動(dòng)了管道閥門的發(fā)展。閥門特別是燃?xì)鉁p壓閥，管道球閥、旋塞閥、強(qiáng)制密封閥等是管道工業(yè)的主要設(shè)備之一，它在管道運(yùn)輸中起著安全和可靠運(yùn)行的關(guān)鍵作用。今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，隨著我國(guó)輸油、輸氣管道的提速發(fā)展，其需求量將有數(shù)十倍的增加。同時(shí)，隨著世界天然氣管道建設(shè)向長(zhǎng)距離、大口徑、高壓力和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，對(duì)管道閥門的設(shè)計(jì)研究和生產(chǎn)加工又提出了新的要求，管道閥門的開發(fā)和制造需要不斷改進(jìn)和完善，以適應(yīng)天然氣管道發(fā)展的需要。第二章 國(guó)內(nèi)外管道閥門的發(fā)展現(xiàn)狀 
國(guó)內(nèi)外閥門設(shè)計(jì)技術(shù)的基礎(chǔ)主要根植于傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、流體力學(xué)等的基礎(chǔ)上。閥門的核心要求就是在滿足工況條件下正常工作，確保密封。為達(dá)到這個(gè)基本要求，國(guó)外的閥門工程師們?cè)?00多年前開始了一項(xiàng)偉大的工作——制定閥門設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn)，他們所累積的成果就是我們今天閥門設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)依據(jù)，隨著社會(huì)的進(jìn)步、科技的發(fā)展和市場(chǎng)的導(dǎo)向，閥門的制造標(biāo)準(zhǔn)也在不斷更新。許多閥門雖然在早期就已經(jīng)開發(fā)，但是直到近20年來(lái)才得到飛速的發(fā)展，歸根結(jié)底，就是市場(chǎng)的需求和工業(yè)制造水平的不斷完善所致，比如：大口徑高壓管線球閥、高位耐沖刷軌道球閥等在當(dāng)今的流體控制領(lǐng)域得到了飛速發(fā)展。除此之外，閥門產(chǎn)業(yè)格局也從過(guò)去集中在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家、從單一工廠大而全模式，逐步發(fā)展為閥門產(chǎn)業(yè)化、專業(yè)行強(qiáng)的模式，形成閥門產(chǎn)業(yè)分工細(xì)化，注重應(yīng)用、行業(yè)鮮明、專業(yè)突出、產(chǎn)業(yè)配套的大格局。近10年來(lái)，工程項(xiàng)目的旺盛需求，以及經(jīng)濟(jì)一體化的趨勢(shì)，推動(dòng)了閥門產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展、大轉(zhuǎn)移，尤其是中國(guó)閥門制造業(yè)在產(chǎn)能、設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量控制等方面得到了的提高和發(fā)展。 

天然氣管線閥門特點(diǎn)及應(yīng)用          

 一、我國(guó)天然氣行業(yè)現(xiàn)狀和前景      

   隨著中國(guó)高速的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)能源的需求，老百姓對(duì)生活的質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境的要求也日益提升。西氣東輸、川氣東送以及引進(jìn)俄羅斯天然氣等世紀(jì)工程顯示了天然氣這一具有、潔凈和環(huán)保等特點(diǎn)的重要能源，正受到我國(guó)政府的高度重視。中國(guó)燃?xì)庠谖鳉鈻|輸和川氣東送沿線的十幾個(gè)省份先后成立了四十六家擁有天然氣專營(yíng)權(quán)的合資公司，投資超過(guò)50個(gè)天然氣管網(wǎng)項(xiàng)目，而這一數(shù)字將隨中國(guó)燃?xì)馐袌?chǎng)的迅猛擴(kuò)張而不斷遞增。      

    西氣東輸工程的順利實(shí)施提高了我國(guó)天然氣管網(wǎng)建設(shè)水平，為形成全國(guó)天然氣管網(wǎng)奠定了基礎(chǔ)。以西氣東輸工程為起點(diǎn)，我國(guó)天然氣管道建設(shè)水平逐漸向水平靠攏，向著長(zhǎng)距離、大口徑、高壓力和高度自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)管理的方向發(fā)展，為我國(guó)天然氣工業(yè)的快速發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。      

    西氣東輸工程的建成，開通了我國(guó)橫貫東西的一條能源大動(dòng)脈，對(duì)于推進(jìn)西部大開發(fā)、加快中西部地區(qū)發(fā)展、造福新疆及沿線各族群眾，對(duì)于推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、保障國(guó)家能源安全，必將發(fā)揮重大作用。西氣東輸工程西起新疆輪南，途經(jīng)10個(gè)省、自治區(qū)、直轄市，全長(zhǎng)約4000公里，設(shè)計(jì)年輸氣量120億立方米。現(xiàn)正在進(jìn)行的增輸工程達(dá)到170億立方米。中下游將建劉莊子、金壇兩個(gè)大型地下儲(chǔ)氣庫(kù)。管道工程經(jīng)過(guò)戈壁沙漠、黃土高原、太行山脈，穿越黃河、淮河、長(zhǎng)江，是目前我國(guó)管徑大、管壁厚、壓力等級(jí)高、技術(shù)難度大的管道工程，創(chuàng)造了多個(gè)國(guó)內(nèi)天然氣管道的紀(jì)錄，也創(chuàng)造了世界管道建設(shè)*的高速度。西氣東輸工程的建成和運(yùn)營(yíng)標(biāo)志著我國(guó)天然氣管道建設(shè)整體水平上了一個(gè)新臺(tái)階，奠定了我國(guó)天然氣管網(wǎng)的基礎(chǔ)。    

      據(jù)了解，我國(guó)將以西氣東輸工程建設(shè)為契機(jī)，統(tǒng)籌考慮東中西部、海上和陸上天然氣資源，積極實(shí)施“走出去”戰(zhàn)略，引進(jìn)國(guó)外天然氣資源，進(jìn)一步完善我國(guó)天然氣管網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，加快干線管道、儲(chǔ)氣庫(kù)、增壓站和相關(guān)支線的建設(shè)，構(gòu)建覆蓋全國(guó)的五橫兩縱天然氣基干管網(wǎng)，逐步形成西氣東輸、北氣南下、就近外供、海氣登陸的供氣格局，終形成以輪南至上海、長(zhǎng)慶至北京為主干線的西氣東輸、陜京線和陜京二線，以及川渝、京津冀魯晉、長(zhǎng)江三角洲、西北、兩湖地區(qū)為主的地區(qū)性天然氣管網(wǎng)，終全國(guó)天然氣資源多元化、供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化和市場(chǎng)規(guī)?；?。      

 二、天然氣管線閥門特點(diǎn)      

隨著天然氣管線業(yè)的發(fā)展，天然氣管線閥門的用量越來(lái)越大，天然氣管線閥門與普通閥門有所不同。具體有以下幾點(diǎn)：      

 1、國(guó)產(chǎn)天然氣閥門概述材料      

因管線輸送的天然氣在脫硫前含有大量的硫化氫(這是一種有毒且腐蝕性*的氣體，它和鐵反應(yīng)生成硫化鐵，能呈片狀剝落，穿蝕機(jī)械設(shè)備)。即使經(jīng)過(guò)脫硫等工藝處理的天然氣，仍有殘存的硫化氫。故管線閥門選材要選耐腐蝕的抗硫材料。      

 2、泄漏量      

    天然氣管網(wǎng)大多建在城市的邊緣，運(yùn)行和管理不像一般工廠，經(jīng)常有工人進(jìn)行操作、維護(hù)和檢查。一般城市天然氣管線都在上百公里以上，只能定期巡邏、檢查，而且有時(shí)管線需要通過(guò)情況復(fù)雜的地區(qū)，介質(zhì)的漏失可能會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的火災(zāi)事故。尤其是離城市較近的管線，防止閥門的外漏顯得尤為重要。      

     天然氣閥門的泄漏量要求十分嚴(yán)格，通常埋地和較重要的閥門都采用閥體全焊式結(jié)構(gòu)。為了保證管線閥門的密封性能，要求密封副具有優(yōu)良的耐蝕性、耐磨性、自潤(rùn)性及彈性。近年來(lái)高分子材料的發(fā)展為管線閥門密封材料的選擇提供了廣闊的選材天地，如聚四氟乙烯、尼龍、橡膠(NBR)、特殊合成橡膠(VITON)等。       

 3、國(guó)產(chǎn)天然氣閥門應(yīng)用場(chǎng)合      

  管線一旦投入運(yùn)行，幾年內(nèi)不允許停止運(yùn)行，運(yùn)行的時(shí)間越長(zhǎng)越好，不像一般化工廠或煉油廠，有大修期。管線輸送的天然氣面對(duì)著整個(gè)城市的大量用戶，有居民、企業(yè)、工廠等，特別是以天然氣為原料的企業(yè)用戶，不允許有片刻間斷。串聯(lián)在管道上的管線閥門一旦失靈，后果不堪設(shè)想。因此管線閥門的主要密封易損件如閥座等零件就要求壽命長(zhǎng)。一般主干線管道閥門使用壽命要求30年以上。        4、國(guó)產(chǎn)天然氣閥門驅(qū)動(dòng)裝置      

    由于管線輸送壓力高、口徑大、開關(guān)時(shí)間快，管線閥門需要采用大扭矩驅(qū)動(dòng)裝置。如電動(dòng)或氣動(dòng)裝置、氣—液聯(lián)動(dòng)或電—液聯(lián)動(dòng)裝置。驅(qū)動(dòng)裝置還要有防爆要求，要求EExdIIBT4，防護(hù)等級(jí)IP68。因管理控制人員一般在站內(nèi)或控制室，因此要求管道一旦發(fā)生破裂等重大事故時(shí)，管線閥門能自動(dòng)切斷。管線閥門要求操作力小，在溫度、外力變化產(chǎn)生影響時(shí)，能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確操作。特別是緊急切斷閥，必須能夠處于全開狀態(tài)，必要時(shí)迅速閉鎖管路。同時(shí)，要求閥門的開閉位置和開度指示器準(zhǔn)確、易懂，滿足適當(dāng)?shù)拈_關(guān)速度。

2.1天然氣管道發(fā)展趨勢(shì)對(duì)閥門的影響 
2.1.1天然氣管道建設(shè)趨勢(shì) 
當(dāng)前世界的輸氣管道建設(shè)發(fā)展的總趨勢(shì)是：長(zhǎng)運(yùn)距、大口徑、高壓力和網(wǎng)絡(luò)化，逐步形成大型的供氣系統(tǒng)，向極地和海洋延伸。 
1、長(zhǎng)運(yùn)距 
世界天然氣資源豐富，但是分布不均衡，大型氣田大都遠(yuǎn)離消費(fèi)中心，同時(shí)天然氣貿(mào)易量迅速增加，這些都促使輸氣長(zhǎng)距離管道建設(shè)的發(fā)展。1946年前蘇聯(lián)建成*條長(zhǎng)距離輸氣管道，該管道起點(diǎn)薩拉托夫，終于莫斯科，管徑325毫米，長(zhǎng)788千米，輸氣壓力為7.5兆帕。1986年建設(shè)的美國(guó)阿拉斯加輸氣管道，縱貫加拿大并延伸到美國(guó)本土中西部地區(qū)，管道總長(zhǎng)度7764千米。我國(guó)西氣東輸一線干線長(zhǎng)為3840千米。 
2、大口徑和高壓力 
一般來(lái)說(shuō)，在輸氣量可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的情況下，建設(shè)一條高壓大口徑管線比平行建幾條低壓小管線更為經(jīng)濟(jì)，因?yàn)檩敋夤芫€的輸送能力與管道直徑的2.4次方成正比，所以，增大管徑是提高管道輸送能力的有效措施。例如，一條914毫米直徑的管道其輸氣能力是304毫米直徑的管道的17倍；一條直徑為1420毫米，輸送壓力為7.5兆帕的輸氣管道可以代替3條直徑為1000毫米，輸送壓力為5.5兆帕的管道，并且前者可以節(jié)省投資35%，節(jié)約鋼材19%。蘇聯(lián)是世界上首先大量采用1020毫米以上輸氣管道的國(guó)家，1962年初輸氣干線的大管徑為1020毫米，其總長(zhǎng)度為1276千米，到1975年1020毫米、1220毫米、1420毫米大口徑輸氣干線的合計(jì)長(zhǎng)度占全蘇聯(lián)天然氣輸氣干線總長(zhǎng)度的比例由1962年的5%增至39.2%。目前，為增加輸氣量，降低輸氣成本，新建輸氣干線中大中口徑的管道的比例逐漸上升。天然氣管道直徑在1000毫米以上的超過(guò)千米。陸上輸氣管道工作壓力一般為7.5~8.0兆帕，阿拉斯加輸氣管道美國(guó)東部支線的工作壓力為10兆帕，穿越西西里海峽的阿意輸氣管道大工作壓力15兆帕。我國(guó)西氣東輸二線采用1219毫米管徑，12兆帕和10兆帕設(shè)計(jì)壓力。輸氣管道向更高壓的方向發(fā)展是一個(gè)趨勢(shì)，在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家輸氣管道的技術(shù)水平。 41012×3、跨國(guó)貿(mào)易日益活躍，輸氣干線網(wǎng)絡(luò)化、化 。
隨著天然氣需求量在世界范圍內(nèi)的劇增，將進(jìn)一步促進(jìn)干線輸氣管道和地區(qū)性管網(wǎng)的建設(shè)。建設(shè)輸氣管網(wǎng)，使輸氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，已經(jīng)成為世界天然氣儲(chǔ)運(yùn)的主要發(fā)展趨勢(shì)之一。自六十年代以來(lái)，隨著天然氣產(chǎn)量和貿(mào)易量的增長(zhǎng)及消費(fèi)市場(chǎng)的擴(kuò)大，已先后形成了一些洲際的、的、全國(guó)性的和地區(qū)性的大型輸氣管網(wǎng)，通過(guò)由若干輸氣干線、多個(gè)集氣管網(wǎng)、配氣管網(wǎng)和地下儲(chǔ)氣庫(kù)構(gòu)成，將多個(gè)氣田與成千上萬(wàn)的用戶連接起來(lái)。多氣源、多通道，保證供氣系統(tǒng)的可靠性和靈活性。前蘇聯(lián)的統(tǒng)一供氣系統(tǒng)，向東西歐地區(qū)供氣，是當(dāng)今世界上規(guī)模大的天然氣輸送管網(wǎng)，連接了數(shù)百個(gè)氣田、數(shù)十座地下儲(chǔ)氣庫(kù)及1500多個(gè)城市，管道總長(zhǎng)已經(jīng)超過(guò)千米。整個(gè)歐洲是世界上輸氣管道密度大的地區(qū)，歐洲的輸氣管網(wǎng)已從北海延伸到地中海，從東歐邊境的中轉(zhuǎn)站延伸到大西洋，阿意輸氣管道的建成實(shí)際上已將歐洲的管網(wǎng)與北非連接起來(lái)了。而阿爾及利亞——西班牙的輸氣管道終將延伸到葡萄牙、法國(guó)和德國(guó)，與歐洲輸氣管網(wǎng)連成一體。此外，中國(guó)*條跨國(guó)陸上天然氣管道——中亞天然氣管道已經(jīng)建成。大量跨國(guó)輸氣管道的相繼建成并與原有的大輸氣管網(wǎng)并網(wǎng)，將會(huì)形成統(tǒng)一的輸氣管網(wǎng)系統(tǒng)。 41030×2.1.2天然氣管道的輸送工藝 20世紀(jì)80~90年代是油氣管道技術(shù)發(fā)展的成熟期，各項(xiàng)技術(shù)飛速發(fā)展。目前世界范圍內(nèi)的管道工程建設(shè)呈現(xiàn)出合作的趨勢(shì)，管道的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)管理更加注重成本效益，新技術(shù)的開發(fā)不斷涌現(xiàn)。 

1、采用大口徑、高壓輸送技術(shù) 
一般來(lái)說(shuō)，在輸氣量可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的情況下，建設(shè)一條高壓大口徑管線比平行建設(shè)幾條低壓小管線更為經(jīng)濟(jì)。國(guó)外干線天然氣管道直徑一般在1000毫米以上，例如，蘇聯(lián)通往歐洲的干線天然氣管道直徑為1420毫米，的阿意輸氣管道直徑為1220毫米，同時(shí)國(guó)外大口徑管道的施工技術(shù)也非常成熟。西歐和北美地區(qū)的天然氣管道壓力普遍都在10兆帕以上，像阿意輸氣管道高出站壓力達(dá)21兆帕（穿越點(diǎn)處），挪威Statepipe管道輸氣壓力為13.5兆帕，新近建成的Alliance管道大許用運(yùn)行壓力為12兆帕。我國(guó)西氣東輸一線，直徑為1016毫米，壓力為10兆帕。西氣東輸二線，直徑為1219毫米，壓力為12兆帕。 
2、采用鋼材料 
采用鋼材料可以減少壁厚，減輕重量，縮短焊接時(shí)間，降低焊接工藝，大大降低材料的消耗量和建設(shè)成本。 
3、管道減阻技術(shù) 
國(guó)外輸氣管道采用內(nèi)涂層后一般能提高輸氣量6%~10%，同時(shí)還可以有效減少設(shè)備的磨損和清管次數(shù)，延長(zhǎng)使用壽命。我國(guó)西氣東輸管道在國(guó)內(nèi)采用減阻技術(shù)，據(jù)報(bào)道，采用該技術(shù)后科節(jié)省3座壓氣站，節(jié)省投資7億元，每年節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用1.55億元，還可以減少清管次數(shù)，縮短管道干燥時(shí)間，減少管壁物質(zhì)沉積等。 
4、高壓富氣輸送工藝技術(shù) 
富氣輸送工藝是指輸入管道前只將天然氣中的水、硫化物和部分液體脫掉，而將乙烷、丙烷、等重?zé)N氣（凝析液的主要成分）保留在天然氣中一起以氣態(tài)單項(xiàng)輸送的工藝，富氣輸送工藝是含凝析液的濕天然氣管輸工藝的一種。管道采用富氣輸送工藝時(shí)由于壓力高熱值也較普通干氣輸送的天然氣高，減壓波速很低，這樣就要求材料具有較高的防止脆性斷裂和延性裂紋擴(kuò)展的韌性，因此斷裂控制是富氣輸送工藝的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)富含凝析液的天然氣采用富氣輸送技術(shù)將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。主要是因?yàn)椋焊粴廨斔凸艿乐械奶烊粴饪偀嶂档奶岣撸构艿赖妮斔托实玫教岣?；隨著乙烷等重?zé)N氣組分的增加使管輸天然氣的密度增加，這使得天然氣的壓縮系數(shù)降低，即天然氣更容易壓縮，因此壓縮機(jī)需求的功率就會(huì)降低，相應(yīng)的燃料消耗也會(huì)降低，運(yùn)行成本降低，廢氣排放減少。 
另外，現(xiàn)代天然氣管道輸送還需要完善調(diào)峰技術(shù)，提高壓縮機(jī)組功率，完善管道輸送技術(shù)軟件等。

第三章 天然氣管道常用閥門 
閥門的種類多種多樣，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。天然氣管道常用的閥門主要有管道球閥、平板閘閥、旋塞閥，減壓閥、強(qiáng)制密封閥等，其中以管道球閥應(yīng)用。 
3.1管道球閥 
3.1.1管道球閥的發(fā)展 
管道球閥經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上形成兩大流派。一派以美國(guó)Cameron公司為代表，采用全焊接球狀閥體結(jié)構(gòu)。屬于這*派的有德國(guó)的BORSIG公司和Schuck公司，美國(guó)的Larsen&Toubro公司，日本的KITZ公司TIX公司，TUBOTA公司，以及俄羅斯的Tyazhpromarmatuva公司。另*派以意大利的Grove公司為代表，采用非提示筒狀結(jié)構(gòu)和在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的全焊接筒狀閥體結(jié)構(gòu)。同屬于這一類的有意大利的NuovoPignone公司，PCC公司，PERAR公司，PIBIVIESSE公司，B.F.E公司，F(xiàn)CT公司，美國(guó)的PBV公司以及捷克的Czechoslovikia公司。 
美國(guó)Cameron公司產(chǎn)品的技術(shù)特征是：全焊接球狀閥體，尼龍或PTFE密封材料，可轉(zhuǎn)動(dòng)閥座，上下閥桿軸支撐，進(jìn)口端密封，出口端腔體壓力自動(dòng)向下游段泄放。該公司在五十年代就完成了全焊接球形閥體結(jié)構(gòu)，以其高可靠性廣泛應(yīng)用于油氣長(zhǎng)輸管道中，如美國(guó)阿拉斯加原油輸送管道。 
意大利Grove公司生產(chǎn)的球閥以雙活塞效應(yīng)，防爆橡膠O型圈或PTFE密封材料，支撐板支軸球結(jié)構(gòu)，分體式閥體，便于維修，廣泛應(yīng)用于油氣長(zhǎng)輸管道的場(chǎng)站和增壓站。其后發(fā)展的圓筒狀或準(zhǔn)圓筒狀全焊接閥體球閥在長(zhǎng)輸管道中亦用作緊急切斷閥。在某些需要在線維修的場(chǎng)合，可以選用上裝式結(jié)構(gòu)管線球閥。 
在其后的發(fā)展過(guò)程中，上述兩種技術(shù)互相借鑒，互相交融。Cameron公司的Dynaseal370系列產(chǎn)品極為分體式結(jié)構(gòu)，與全焊接閥體產(chǎn)品配套銷售；Grove公司也推出準(zhǔn)球狀的全焊接閥體結(jié)構(gòu)在主管線中獲得應(yīng)用。而其他公司如TIX，TITZ則吸收兩大流派的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)各自制造工藝特點(diǎn)，推出球狀全焊接閥體，雙活塞效應(yīng)，橡膠密封材料的管道球閥產(chǎn)品，綜合了各流派的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 
3.2.2管道球閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理 
1、閥體 

閥體可分為全焊接閥體設(shè)計(jì)和分體式閥體設(shè)計(jì)。 全焊接閥體設(shè)計(jì)有筒狀結(jié)構(gòu)和球狀結(jié)構(gòu)，筒狀結(jié)構(gòu)制造工藝較簡(jiǎn)單，便于裝配定位，返修容易實(shí)施，坯件制造所需模具簡(jiǎn)單，費(fèi)用相對(duì)較低，而且方便采用支撐板對(duì)球體進(jìn)行固定。但重量大，材料成本高。同時(shí)由于多采用雙焊縫，焊接過(guò)程熱輸入量大，殘余應(yīng)力復(fù)雜，軸向和徑向變形大。在閥門安裝在管線上后，閥體承受極大地管道應(yīng)力和管線載荷，同時(shí)由于安裝誤差、底層運(yùn)動(dòng)和熱變應(yīng)力等因素影響，產(chǎn)生的外力和扭矩是相當(dāng)大的，厚度比較大的圓柱形閥體能夠更可靠的承受管線載荷，不易產(chǎn)生變形。球形閥體結(jié)構(gòu)受力狀況優(yōu)于筒形閥體結(jié)構(gòu)，抗彎曲、抗擠壓能力強(qiáng)，閥體設(shè)計(jì)壁厚小，重量輕，結(jié)構(gòu)整體性能好，但其制造工藝相對(duì)復(fù)雜，在閥內(nèi)做球體支撐不易實(shí)施，一次性開模費(fèi)用較高，但批量生產(chǎn)成本低于筒狀結(jié)構(gòu)閥門。目前，球狀閥體結(jié)構(gòu)有三種焊接形式：

*種是兩縱兩環(huán)焊接形式，Cameron公司的全焊接球閥即使這種焊接形式。這種結(jié)構(gòu)閥體成型所需模具相對(duì)較為簡(jiǎn)單，模具費(fèi)用低，但焊縫多，焊接變形大，裝配定位難度大，T字形焊縫容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。

第二種球形閥體結(jié)構(gòu)是，左右兩個(gè)閥體為球形，中間為圓柱形，三體通過(guò)兩道對(duì)稱縱向焊縫組焊而成，這種結(jié)構(gòu)工藝性較好，便于返修和發(fā)干部分的安裝，對(duì)于大口徑全焊接球閥尤為適合，目前新比隆公司等采用此種結(jié)構(gòu)。

第三種是采用單條焊縫焊接的閥體結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在由于工藝技術(shù)進(jìn)步，采用左右閥體熱鍛壓成型，在中間單焊縫焊接成型，焊縫少，減少先能量輸入，降低軸向和徑向變形，且焊縫遠(yuǎn)離閥座，焊接熱不易損傷閥座，因此可以以較高的焊接電流和速度進(jìn)行焊接，此種結(jié)構(gòu)閥體成型需要專門模具，模具費(fèi)用相對(duì)較高，如一次裝配試驗(yàn)不成功，返修比較困難，目前Schuck等公司采用此種結(jié)構(gòu)。 
分體式結(jié)構(gòu)又分為側(cè)裝式和頂裝式兩種。一般由閥體和左右連接體組成，連接體與閥體由螺栓連接，連接法蘭厚度與螺栓的連接強(qiáng)度應(yīng)按與閥體內(nèi)徑相當(dāng)?shù)姆ㄌm進(jìn)行類比設(shè)計(jì)，其連接強(qiáng)度必須防止管道盈利而產(chǎn)生連接松弛，使密封失效。閥體與連接體面對(duì)面接觸，中間無(wú)間隙。密封必須滿足失火安全要求，采用橡膠“O”型圈與纏繞式金屬墊組合密封。但是隨著近年來(lái)全焊縫閥體技術(shù)的快速發(fā)展，已經(jīng)逐漸取代了具有外漏危險(xiǎn)的分體式結(jié)構(gòu)。 閥體的材料為鍛件，溫度-29°以上選用ASTM A105；-25°以下選用ASTM A350 LF2。對(duì)于焊接閥體，對(duì)A105或LF2材料的化學(xué)成分、含碳量、碳當(dāng)量以及硫、磷等元素應(yīng)另有特殊限制。鍛件按三級(jí)鍛件標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收，做99%無(wú)損探傷，焊縫處做著色檢查和超聲波探傷。 
2、閥座及密封 
閥座密封結(jié)構(gòu)是全焊接球閥的關(guān)鍵技術(shù)，它直接影響球閥的密封性能和使用壽命，為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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取以下措施： 

（1）雙活塞效應(yīng)的雙密封閥座結(jié)構(gòu) 
雙活塞效應(yīng)是指在這種結(jié)構(gòu)里，閥座與球體密封中心與發(fā)作密封圈的中心在一個(gè)圓柱面上，如圖3-1所示，閥座支撐圈和閥座密封圈均為可以移動(dòng)的活塞，同時(shí)具有兩個(gè)活塞。所謂雙密封座，是指就一個(gè)閥座而言，在兩個(gè)方向均能實(shí)現(xiàn)密封的閥座結(jié)構(gòu)。即當(dāng)上游介質(zhì)壓力高于中腔壓力時(shí)，介質(zhì)壓力會(huì)推動(dòng)閥座密封圈向球體移動(dòng)，使上游側(cè)推力與中腔側(cè)推力形成的壓力差，從而使閥座與球體抱得更緊，增加密封比壓，滿足密封要求，也就是當(dāng)上游壓力高時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)密封；當(dāng)中腔壓力高于上游壓力時(shí)，中腔壓力會(huì)把閥座密封圈推向上游側(cè)，而改變閥座上下游側(cè)的受力面積，使中腔介質(zhì)推動(dòng)閥座支撐圈的推力大于上游側(cè)介質(zhì)推動(dòng)閥座支撐圈的推力，形成的壓力差，這個(gè)壓力差仍然使閥座與球體抱得更緊，實(shí)現(xiàn)密封。所以這種結(jié)構(gòu)無(wú)論上游側(cè)壓力高還是下游側(cè)壓力高，閥座都會(huì)緊緊抱緊球體，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(jié)構(gòu) 
如圖3-2所示，這種結(jié)構(gòu)的閥座密封圈是固定的，只有閥座支撐圈可以移動(dòng)，因此，這種結(jié)構(gòu)又稱作單活塞效應(yīng)閥座。該結(jié)構(gòu)閥座密封圈到閥門中心的距離A大于閥座與球體接觸點(diǎn)到閥門中心的距離B，當(dāng)上游壓力高于閥腔壓力時(shí)，上游壓力會(huì)把閥座支撐圈推向球體，使閥座和球體緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)密封。當(dāng)中腔壓力高于上游或者下游壓力時(shí)，中強(qiáng)壓力將把閥座支撐圈推離球體，是閥座和球體脫離接觸，從而使中腔壓力得以向低壓的上游或者下游泄放。 
雙活塞效應(yīng)的雙密封閥座結(jié)構(gòu)對(duì)全焊接球閥來(lái)說(shuō)是一種非常有效地密封結(jié)構(gòu)。由于要求確保30年使用壽命的全焊接球閥來(lái)說(shuō)，是非常必要的，因?yàn)樵陂y內(nèi)兩個(gè)閥座中，任何一個(gè)閥座受損，另一個(gè)閥座仍然可以獨(dú)立的起作用，保證密封。而對(duì)于自泄壓式的單密封閥座結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，當(dāng)一端閥座損壞后，介質(zhì)會(huì)進(jìn)入中腔，中腔壓力將增大，而中腔壓力的增大將會(huì) 圖3-2 自泄壓式的單密封閥座結(jié)構(gòu) 削弱另一端自泄壓閥座的密封能力，當(dāng)中腔壓力高于下游壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，就會(huì)發(fā)生泄露。因此，就密封可靠性而言，雙密封閥座結(jié)構(gòu)優(yōu)于單密封閥座結(jié)構(gòu)。然而，正因?yàn)殡p活塞效應(yīng)的雙密封閥座結(jié)構(gòu)不會(huì)自動(dòng)泄放中腔介質(zhì)壓力，當(dāng)閥門處于全開全關(guān)位置時(shí)，截留于中腔內(nèi)的介質(zhì)可能由于溫度的急劇變化，使閥腔出現(xiàn)異常增壓，經(jīng)計(jì)算，當(dāng)截留于閥腔內(nèi)的氣體溫度由-30℃上升到70℃時(shí)（這種情況可能出現(xiàn)在我國(guó)的西北，在嚴(yán)寒的冬天，對(duì)閥門進(jìn)行了開關(guān)，此后一直到來(lái)年炎熱的夏天，都沒(méi)有啟閉過(guò)閥門。）閥腔壓力會(huì)升高到原來(lái)的1.41倍，這種壓力的升高對(duì)閥腔來(lái)說(shuō)是不安全的。因?yàn)?，氣體是可壓縮的，溫度升高，對(duì)閥腔壓力影響還不是很大；如閥腔充滿的是液體介質(zhì)，因液體的不可壓縮性，溫度升高，閥腔壓力會(huì)升高更快。因此為保證閥腔的安全，對(duì)兩個(gè)閥座均為雙活塞效應(yīng)的雙密封閥座結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)為公稱壓力的1.1~1.33倍，泄放閥的通徑通常in2。 對(duì)于管道球閥閥體的密封方式通常組合密封方式，常用方法主要有下面三種： 

（1）初級(jí)金屬密封，次級(jí)軟密封 
金屬密封可以減少管道內(nèi)的雜質(zhì)對(duì)軟密封閥座的沖刷和擦傷，延長(zhǎng)軟密封閥座的使用壽命，同時(shí)金屬密封承擔(dān)了大部分來(lái)自管內(nèi)介質(zhì)對(duì)閥座支撐圈的推力，使閥座受力減小，避免了軟密封閥座因?yàn)檫^(guò)載而受到傷害，金屬閥座采用不低于閥門球體的材質(zhì)。 
目前軟密封閥座的形狀主要有兩種，一種是Δ形的，一種是O形的，這兩種形狀的密封所用的材料以VITON AED（抗爆氟橡膠）為主，密封原理和性能一樣。Δ形比O形的制造難度大，但形閥座的裝配難度小，發(fā)作草的加工難度也小于O形密封槽。國(guó)外大部分采用形密封，少數(shù)企業(yè)采用O形密封，國(guó)內(nèi)企業(yè)以ΔΔΔ形密封為主。 
（2）初級(jí)金屬密封，第二級(jí)尼龍密封，第三級(jí)橡膠軟密封 
目前國(guó)內(nèi)外少數(shù)企業(yè)采用三級(jí)密封方式，設(shè)計(jì)這種結(jié)構(gòu)是考慮到管道有很多雜質(zhì)，這些雜質(zhì)經(jīng)常會(huì)把球面、閥座損壞，造成閥門內(nèi)漏，增加一道尼龍密封，阻擋管道內(nèi)的雜質(zhì)對(duì)閥座的沖刷。在閥門開關(guān)過(guò)程中，尼龍還起到把球體表面的雜質(zhì)刮掉的作用，從而保護(hù)了第三級(jí)的橡膠軟密封，有利于延長(zhǎng)閥門的使用壽命。但這種結(jié)構(gòu)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(guān)過(guò)程中，尼龍閥座會(huì)從閥座槽中脫離出來(lái)。再有由于安裝空間所限，尼龍閥座不可能做得比較寬，這樣尼龍閥座很可能因過(guò)載而加速損壞，影響其實(shí)際效果。 

（3）尼龍閥座密封結(jié)構(gòu) 
目前有少數(shù)企業(yè)如Cameron等采用尼龍閥座密封結(jié)構(gòu)。尼龍、增強(qiáng)四氟、PEEK等密封材料常用于分體式高壓球閥，在全焊接球閥中并不常使用，因?yàn)檫@些材料相對(duì)于viton等氟橡膠類材料來(lái)說(shuō)，比較硬，材料的承壓能力強(qiáng)，但回彈性差，容易受到管道內(nèi)的焊渣、鐵銹、沙子等雜質(zhì)的擦傷、沖刷，其補(bǔ)償性能差，使用壽命難以得到保證，Cameron為提高閥門的使用壽命，采用了旋轉(zhuǎn)閥座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，位于閥門3、9點(diǎn)鐘位置的閥座，在閥門開啟過(guò)程中，先與介質(zhì)接觸，容易受到介質(zhì)的沖刷，為使閥座能均勻受損，在閥門每開關(guān)一次，閥座旋轉(zhuǎn)一定角度，有利于延長(zhǎng)閥門的使用壽命。但這種結(jié)構(gòu)大大增加了啟閉力矩，對(duì)不啟閉的閥門，更容易出現(xiàn)卡死。 
另外，以上三種密封方式常與具有緊急密封作用的注脂系統(tǒng)一起使用。該系統(tǒng)由注脂閥和止回閥組成，分別安裝于閥體外側(cè)的閥座部位和閥桿填料函外徑上。該系統(tǒng)是一種補(bǔ)救措施，可以在緊急狀態(tài)下阻止或減少管線閥門密封座的泄露，將閥門的*維護(hù)延遲到下一個(gè)預(yù)定的管線關(guān)閉期。注脂之前，需要對(duì)閥座密封部位進(jìn)行沖洗，且在此過(guò)程中閥門需打開15度左右三至四次，以*清潔球體與閥座的接觸面。注脂后，要測(cè)試密封效果。  
3、閥桿及密封 
閥桿密封結(jié)構(gòu)也是全焊接球閥的關(guān)鍵技術(shù)之一，此處密封性能若出現(xiàn)問(wèn)題，介質(zhì)就會(huì)外漏，造成環(huán)境污染、引發(fā)火災(zāi)等嚴(yán)重后果，因此務(wù)必高度重視。圖所示結(jié)構(gòu)是目前比較常用、也比較有效的一種閥桿密封結(jié)構(gòu)，它由兩道O型圈構(gòu)成兩道密封防線，輔以一道柔性石墨密封，保證了密封的可靠性。柔性石墨密封在發(fā)生火災(zāi)時(shí)可以有效地減少介質(zhì)的外漏。有人將兩道O型圈密封分開，當(dāng)閥桿密封出現(xiàn)泄漏時(shí)，可以對(duì)外層密封在帶壓情況下進(jìn)行檢修更換，這種結(jié)構(gòu)更加、合理。國(guó)外部分設(shè)計(jì)在閥桿密封處采用一道O型圈、一道柔性石墨、一道彈簧制動(dòng)密封圈結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)將三種不同密封材料的優(yōu)點(diǎn)，集合在一起，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；彈簧制動(dòng)密封圈是一種U形PTFE內(nèi)置特殊彈簧的高性能密封圈，由適當(dāng)?shù)膹椈闪由舷到y(tǒng)流體壓力，將密封面頂出而壓在被密封的金屬面以產(chǎn)生非常優(yōu)異的密封效果，聚四氟乙烯抗老化、耐低溫，適用介質(zhì)廣泛，彈簧的推力可以彌補(bǔ)密封面的磨損及閥桿表面的微觀不平，是密封更長(zhǎng)效、更可靠，這種結(jié)構(gòu)特別適合于含硫天然氣項(xiàng)目。 
4、球體與支承軸 
球體的加工精度，圓度，化學(xué)鍍鎳，鍍層厚度高于閥座的鍍層。對(duì)于大口徑，高壓力級(jí)閥門球體，應(yīng)作球體變形計(jì)算，這種變形足以引起密封失效。 
mm005.0≤球體的支撐結(jié)構(gòu)有兩種，一種是以支撐板支撐球體，閥桿和球體是獨(dú)立的，介質(zhì)推力通過(guò)支撐板傳遞到閥體上，閥桿不承受介質(zhì)推力，這種結(jié)構(gòu)可以大大降低閥門的啟閉力矩，有效保護(hù)閥桿密封，基本上筒形結(jié)構(gòu)閥體都采用這種結(jié)構(gòu)。另一種結(jié)構(gòu)多用在球形結(jié)構(gòu)閥體上，球體的支撐靠上下閥桿，通過(guò)上下閥桿將介質(zhì)推力傳遞到閥體上，這種結(jié)構(gòu)閥桿要承受介質(zhì)的推力，因此啟閉力矩大，閥桿受力會(huì)加速閥桿密封的磨損。 
5、防火結(jié)構(gòu) 
管道閥門需要具有火災(zāi)安全功能，則其結(jié)構(gòu)必須為防火型，而其防火結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)主要考慮：閥座的防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，閥桿防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，閥體與左右體結(jié)合面的防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其中，閥座防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，閥座的防火性能良好，在火災(zāi)事故狀態(tài)下，可減輕閥桿防火結(jié)構(gòu)、閥體與左右體之間防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度。目前常用的方法就是在閥桿及閥座支撐圈部分都加設(shè)了石墨密封，石墨密封耐高溫性能好，在發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候可以有效地減少介質(zhì)的外漏，具有良好的防火作用。 
6、防靜電設(shè)計(jì) 
由于球體及閥桿與非金屬材料接觸和摩擦，產(chǎn)生靜電，因此在閥桿上/下位置設(shè)置導(dǎo)靜電彈簧，將靜電導(dǎo)通至閥體，并按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，使球體與閥體及閥桿與球體之間在12VDC以下，電阻值在10歐姆以下。 
7、DBB功能設(shè)計(jì) 
DBB（雙截?cái)嗪团欧牛┕δ茉O(shè)計(jì)是指無(wú)論是閥門處于開啟狀態(tài)還是關(guān)閉狀態(tài)，閥腔泄壓排放時(shí)，上游端和下游端閥座應(yīng)同時(shí)截止，并允許從排泄閥處對(duì)在線閥門進(jìn)行閥座密封性能測(cè)試，而不影響管線運(yùn)行。 
6、其他設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 
其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如放空、排污、注脂、吊耳等，國(guó)內(nèi)外沒(méi)有差異。 

3.2旋塞閥 
3.2.1概述 
管道旋塞閥是用于長(zhǎng)輸天然氣管線及場(chǎng)站控制系統(tǒng)的切斷閥門，是一種滿足天然氣管線特殊要求的閥門。要求閥門具有適應(yīng)惡劣的環(huán)境，30年以上的使用壽命，雙向零泄漏，耐火和防靜電，耐酸性介質(zhì)腐蝕，以及操作省力等特殊技術(shù)性能。目前，國(guó)內(nèi)天然氣管線及場(chǎng)站控制系統(tǒng)使用的旋塞閥全部采用進(jìn)口的倒裝平衡式油密封旋塞閥。 
3.2.2旋塞閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理 
倒裝平衡式油密封管道旋塞閥采用倒裝閥芯壓力平衡式油密封結(jié)構(gòu)。包括閥體、閥蓋、閥桿、旋塞體、聯(lián)軸平衡環(huán)、閥桿密封組件和安裝件。 
1、閥體 
閥體采用倒鐘式結(jié)構(gòu)，整體鑄造，強(qiáng)度高，剛性好，受力均勻，閥體、閥門質(zhì)量中心與管道中心基本重合，操作穩(wěn)定性好。閥體密封錐面采用高速精磨加工，并經(jīng)研磨后表面粗糙度小于Ra0.8。 
2、旋塞 
旋塞采用倒裝式旋塞，整體鍛造，精密機(jī)械加工并研磨后表面粗糙度可達(dá)Ra0.4。旋塞表面采用氮化、鍍鎳磷合金或者噴涂硬質(zhì)合金等表面處理手段提高表面硬度；超音速噴涂硬質(zhì)合金的表面硬度可達(dá)HRC65以上，鍍鎳磷合金并經(jīng)熱處理后，其表面硬度可達(dá)HRC58~60。在油膜潤(rùn)滑下具有*的耐磨性能。 
旋塞錐體的上部有一止回閥，可補(bǔ)償閥腔上部的注油壓力。旋塞的下部開有平衡孔，可將介質(zhì)壓力引入旋塞底部，使旋塞壓緊閥體，起到密封作用。 
3、摩擦副 
密封副采用金屬密封結(jié)構(gòu)加注油脂密封，由于密封油脂的填充占位作用，介質(zhì)中的固體顆粒物不會(huì)進(jìn)入密封面，對(duì)密封面有非常好的保護(hù)作用。因?yàn)橛椭臐?rùn)滑，使得閥門操作力矩小，操作省力。 
特殊的非對(duì)稱油槽設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)動(dòng)旋塞時(shí)密封脂自動(dòng)加注無(wú)泄漏，*保證油膜完整，密封可靠。這種非對(duì)稱的油槽設(shè)計(jì)油耗損失非常小，延長(zhǎng)了油脂的加注時(shí)間和使用周期。 
錐面密封，密封接觸面積大，油膜潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)。

4、閥桿及閥桿密封閥桿的強(qiáng)度和密封性能是影響閥桿操作及閥門整體性能的主要因素之一。閥桿的受力主要來(lái)自于填料處的摩擦力、操作扭矩及介質(zhì)的推力。閥桿與旋塞采用滑環(huán)式連接方式，可減少閥桿中心與旋塞錐面的同心度誤差，改善閥桿的受力條件和操作性能。閥桿采用防飛出設(shè)計(jì)，可在線更換填料密封件。閥桿密封采用防火填料、O型密封圈、加注密封脂三重密封設(shè)計(jì)，閥桿機(jī)加工后表面粗糙度可達(dá)Ra0.4，*閥桿密封地泄漏要求，可可靠工作，免緊固維修。閥桿整體鍛造，并加調(diào)制處理，強(qiáng)度高韌性好。閥桿表面采用氮化或鍍鎳磷合金，表面硬度高，抗摩擦磨損。 
5、閥蓋及底部結(jié)構(gòu) 
底部閥蓋是閥門底部承壓部件，同時(shí)又是底部密封墊片、底部調(diào)節(jié)桿的固定和安裝支撐件，要求具有高的剛度和強(qiáng)度。底部閥蓋的密封采用整體密封墊*隔離式結(jié)構(gòu)，在保證閥蓋螺栓緊固時(shí)閥門具有可靠的密封。安裝在閥蓋底部的調(diào)節(jié)桿采用內(nèi)置式結(jié)構(gòu)，調(diào)整完成后旋緊壓蓋*零泄漏。底部調(diào)節(jié)桿支持閥芯，導(dǎo)出閥芯因各種原因產(chǎn)生的靜電。 
其工作過(guò)程是通過(guò)閥桿旋轉(zhuǎn)90度使閥芯上的通道口與閥體上的通道口接通或斷開，實(shí)現(xiàn)閥門開啟或關(guān)閉。通過(guò)該閥閥腔上部設(shè)計(jì)的注油脂閥注入密封油脂，該油脂在注入壓力作用下通過(guò)閥芯表面的特殊油槽均勻地涂在密封面上，形成致密的油膜層，實(shí)現(xiàn)閥門雙向密封并起到潤(rùn)滑密封面的作用。在閥芯大端開有流通的小孔，使管道介質(zhì)能進(jìn)入閥芯底部，閥芯在底部介質(zhì)力推動(dòng)下向上緊貼閥芯倒錐面。閥芯小端裝有單向閥，當(dāng)閥腔上部的油脂壓力低于介質(zhì)壓力時(shí)管道介質(zhì)通過(guò)單向閥進(jìn)入閥體上腔以補(bǔ)充油脂壓力。同時(shí)閥芯在上腔油脂壓力及閥芯自重作用下與閥芯底部向上的介質(zhì)推力保持平衡，可以大大減輕密封面的密封比壓，降低閥門操作力矩，延長(zhǎng)閥門使用壽命。 
閥芯表面硬化處理并開有特殊油槽回路，閥體外有雙密封油脂注入裝置，一個(gè)是通過(guò)注入油脂對(duì)閥桿實(shí)現(xiàn)緊急密封，另一個(gè)是將油脂注入到閥體上腔。錐形旋塞體的小端通過(guò)平衡環(huán)與閥桿連接，閥體底部閥蓋上裝有調(diào)節(jié)支撐，可以調(diào)整閥芯的位置。閥門采油防火設(shè)計(jì)，有靜電導(dǎo)出裝置，過(guò)流通道按照API 6D的規(guī)定有全徑、規(guī)則孔及文丘里孔。閥門材料可采用碳鋼、低溫鋼、不銹鋼及合金鋼。驅(qū)動(dòng)方式有電動(dòng)、氣動(dòng)、手動(dòng)等。 
該種管線旋塞閥與傳統(tǒng)襯套式旋塞閥相比具有以下特點(diǎn)： 
一是密封可靠，使用壽命長(zhǎng)旋塞閥靠錐面密封，密封接觸面大，油膜起到潤(rùn)滑和密封的作用。采用注油脂密封，在旋塞的開關(guān)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能將密封油脂均勻涂在密封面上，有效潤(rùn)滑密封面。同時(shí)因密封油脂的填充占位及開關(guān)過(guò)程的擦拭作用，介質(zhì)中所含的固體顆粒不會(huì)進(jìn)入密封副內(nèi)，而在全開時(shí)間可以*防止與流動(dòng)介質(zhì)接觸，有效保護(hù)密封副。

3.4.1強(qiáng)制密封閥的發(fā)展 
1946年美國(guó)將軍閥門公司（General）推出了*代A型系列的強(qiáng)制密封閥，但是該系列閥門存在很多缺陷：操作機(jī)構(gòu)處于介質(zhì)中，如果對(duì)操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行維修、維護(hù)和保養(yǎng)必須停工及防空管線，需要耗費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間；另外，軟密封占據(jù)全部密封面；同時(shí)閥門沒(méi)有設(shè)計(jì)成防火安全結(jié)構(gòu)。為此，1953年，美國(guó)將軍閥門公司推出了經(jīng)改進(jìn)的B系列閥門，該閥門進(jìn)行了如下改進(jìn)：一是通過(guò)壓蓋及填料密封是操作機(jī)構(gòu)與輸送介質(zhì)*隔離；二是軟密封通過(guò)粘接形式固定在滑片的溝槽內(nèi)，并由金屬滑片對(duì)軟密封起到保護(hù)作用；三是為閥門了防火安全設(shè)計(jì)。到1958年，該公司推出的新一代產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)無(wú)需管道停工卸載，可在線維修。之后經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，目前的強(qiáng)制密封閥在閥體密封、操作機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)、軟密封的粘接、防火、熱釋放系統(tǒng)及閥門組件鍍層等方面都有了很大的改進(jìn)。 
我國(guó)在上世紀(jì)80年代末期才開始使用進(jìn)口的強(qiáng)制密封閥門，而到了90年末，我國(guó)才開發(fā)出自己的強(qiáng)制密封閥門，并開始在場(chǎng)油庫(kù)、機(jī)坪使用。目前，強(qiáng)制密封閥門已經(jīng)在我國(guó)的機(jī)場(chǎng)、大型油庫(kù)、石油石化、長(zhǎng)輸管道中得到應(yīng)用。 
3.4.2強(qiáng)制密封閥門的結(jié)構(gòu)及工作原理 
強(qiáng)制密封閥門，主要由閥門、上蓋、底蓋、滑片、旋塞、操作機(jī)構(gòu)等組成。 
強(qiáng)制密封閥門的密封件（滑片）與旋塞的連接采用導(dǎo)軌式結(jié)構(gòu)。閥門在開啟的過(guò)程中，先通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將旋塞提升到一個(gè)高度，隨著旋塞的提升，兩只滑片逐步被旋塞向閥門中心拉回，當(dāng)滑片密封面*脫離閥體密封面并形成一定的間隙，繼續(xù)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使旋塞與滑片一起旋轉(zhuǎn)90°到閥門開啟。閥門在關(guān)閉過(guò)程中，先通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使旋塞與滑片一起轉(zhuǎn)動(dòng)90°（閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，但未形成密封），繼續(xù)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將旋塞推下，隨著旋塞向下移動(dòng)，從而推動(dòng)滑片向閥體兩邊密封面靠攏，直至滑片上的彈性密封圈被均勻地?cái)D壓到閥體兩邊的密封面上，形成密封。 
強(qiáng)制密封閥門的關(guān)鍵技術(shù)主要有下面幾點(diǎn)：

1、中法蘭密封 
強(qiáng)制密封閥大部分用于煤油、天然氣、液化石油氣、成品油等，由于煤油、天然氣等介質(zhì)具有很強(qiáng)的滲透性、且易燃易爆，必須*杜絕介質(zhì)無(wú)外泄漏。在中法蘭處采用O型圈加纏繞墊片雙重密封結(jié)構(gòu)，如圖3-3所示。 圖3-3中法蘭密封 

2、填料密封 
強(qiáng)制密封閥的閥芯在閥門開關(guān)過(guò)程中，既要上下移動(dòng)又要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，加上介質(zhì)的特殊性，要求填料密封安全可靠，常采用內(nèi)外O型圈與填料密封的組合密封方式。 
3、閥門中腔超壓泄放功能 
雙密封的閥門，必須具有泄放裝置和功能。泄放的壓差是因環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生的。雙密封閥門在關(guān)閉狀態(tài)下，閥門中腔的介質(zhì)隨環(huán)境溫度的升高體積膨脹，壓力逐步升高，如果不及時(shí)泄放掉該壓差，將會(huì)對(duì)閥門的操作產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至出現(xiàn)閥門的脹裂，給系統(tǒng)的安全造成嚴(yán)重隱患。雙關(guān)雙段閥通常有三種泄壓系統(tǒng)： 
（1）手動(dòng)泄壓系統(tǒng)（用于手動(dòng)操作閥門） 
通常為安裝在閥體上的針型閥，當(dāng)閥門關(guān)閉后，開啟針型閥，將閥體中腔介質(zhì)泄到管道上游或大氣中去。 
（2）差熱式泄壓系統(tǒng)（用于手動(dòng)、電動(dòng)操作閥門） 
是一帶有單向閥的管路系統(tǒng)，手控泄放閥、三通、單向閥、隔離閥構(gòu)成差熱式泄壓系統(tǒng)。隔離閥保持常開，當(dāng)閥門關(guān)閉后，通過(guò)單向閥將閥體中腔的過(guò)壓泄放到閥門上游與管道接通。同時(shí)開啟手控泄放閥可以檢驗(yàn)閥門的密封效果，閥門開啟時(shí)必須將手控泄放閥關(guān)閉。 
（3）自動(dòng)泄壓系統(tǒng)（用于電動(dòng)操作閥門） 
閥門關(guān)閉的同時(shí)，通過(guò)操作機(jī)構(gòu)將泄壓閥自動(dòng)開啟，將閥腔與管道上游或外界連通。

4、閥門的操作機(jī)構(gòu)及自鎖性 
雙關(guān)雙斷閥的操作機(jī)構(gòu)采用*的“L”型槽結(jié)構(gòu)，將旋塞的軸向直線移動(dòng)和90°旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分開，使閥門操作靈活、輕便。旋塞開始做直線運(yùn)動(dòng)，之后做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為了減少手輪的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，一般閥桿與螺套的梯形螺紋采用雙頭或多頭。齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)本身具有自鎖性，梯形螺紋為重型梯形螺紋，可以承受更大的載荷。 

還有一種閥門，導(dǎo)向槽的設(shè)計(jì)為S形狀，該形狀在螺套圓柱面上近為S型螺旋線，其動(dòng)作原理是旋塞初始做直線運(yùn)動(dòng)，之后既作直線運(yùn)動(dòng)，又做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)向鍵承受更大的剪切力，對(duì)導(dǎo)向鍵的強(qiáng)度有很高的要求；而且旋轉(zhuǎn)需要設(shè)計(jì)較大的行程，否則，易造成軟密封面與閥體密封面的摩擦，使操作力矩更大，閥門的壽命縮短。因此，“S”型導(dǎo)向槽結(jié)構(gòu)存在致命的設(shè)計(jì)缺陷。 
5、關(guān)鍵零部件的特殊工藝處理 
由于閥門工作條件惡劣，所以需要對(duì)閥門的關(guān)鍵零部件進(jìn)行特殊工藝處理。閥體內(nèi)腔機(jī)械加工后，經(jīng)鍍硬鉻處理，使閥體內(nèi)腔具有耐銹蝕、耐沖刷、耐磨損、抗腐蝕性能。滑片機(jī)械加工后（壓氟橡膠前），經(jīng)鍍硬鉻處理，使滑片金屬密封面具有耐銹蝕、耐沖刷、耐磨損、抗腐蝕性能。旋塞機(jī)加工后經(jīng)鍍鎳處理，旋塞及上下軸耐銹蝕、耐腐蝕。閥桿粗加工后，進(jìn)行調(diào)處理，精加工過(guò)后進(jìn)行滲氮處理，提高與螺套的抗咬與抗磨損性能。螺套上的L型導(dǎo)向槽及導(dǎo)向鍵頭部加工后進(jìn)行淬火處理，提高耐磨性能，保證導(dǎo)向鍵能在導(dǎo)向槽內(nèi)自由滑動(dòng)。第四章 天然氣管道閥門的發(fā)展方向及市場(chǎng)前景 
4.1天然氣管道閥門的發(fā)展方向 
隨著天然氣管道閥門的不斷創(chuàng)新，在傳統(tǒng)管道閥門繼續(xù)發(fā)揮作用的同時(shí)，許多新結(jié)構(gòu)、新功能的閥門也逐漸地應(yīng)用到天然氣管道中。在今后的管線閥門發(fā)展中，管線球閥以其自身的優(yōu)勢(shì)將繼續(xù)作為管線閥門的主力軍；旋塞閥將作為一種補(bǔ)充切斷閥門用于天然氣管線及場(chǎng)站控制系統(tǒng)中，是一種滿足天然氣管線特殊要求的閥門；平板閥門將主要應(yīng)用于輸送原油和成品油的管線以及壓力超過(guò)CL900~2500Lb的天然氣管線中；而強(qiáng)制密封閥門將作為一種特殊閥門越來(lái)越多地應(yīng)用于計(jì)量系統(tǒng)、計(jì)量標(biāo)定系統(tǒng)、多支管混輸系統(tǒng)、罐隔斷及頻繁操作的系統(tǒng)中。 
近年來(lái)，隨著新功能材料的開發(fā)和機(jī)械加工制造技術(shù)的不斷完善，天然氣管道閥門有了飛速的發(fā)展?？v觀世界范圍內(nèi)的閥門設(shè)計(jì)技術(shù)，主要呈現(xiàn)出以下特色：一是閥門的設(shè)計(jì)更專注于具體應(yīng)用的解決方案；二是閥門的設(shè)計(jì)更多的引入計(jì)算機(jī)仿真和模擬技術(shù)；三是閥門的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格和具體；四是適應(yīng)安全、環(huán)保的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)正在被主流的用戶廣泛接受，并逐漸成為一種趨勢(shì)；五是新材料的應(yīng)用日趨廣泛；六是設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)向著快速更新和不斷細(xì)化的方向發(fā)展；七是各種新型驗(yàn)證技術(shù)正成為閥門設(shè)計(jì)的新手段和新方法；八是多學(xué)科的兼收并容是閥門設(shè)計(jì)未來(lái)發(fā)展的主流方向。 
世界范圍內(nèi)的閥門生產(chǎn)制造，主要呈現(xiàn)出以下特色：一是閥門的產(chǎn)業(yè)鏈格局已經(jīng)形成。中國(guó)成為閥門制造領(lǐng)域*的一員，并影響整個(gè)世界閥門市場(chǎng)；二是現(xiàn)代裝備大量應(yīng)用，閥門制造工藝水平得到提高；三是材料表面處理技術(shù)得到廣泛應(yīng)用；四是各種焊接技術(shù)在閥門的制造中起到越來(lái)越重要的作用；五是個(gè)性化特殊需求的市場(chǎng)正在逐漸形成，敏捷生產(chǎn)、針對(duì)特殊應(yīng)用工況的閥門制造將成為未來(lái)的一種發(fā)展方向。 
4.2天然氣管道閥門的市場(chǎng)前景 
21世紀(jì)，隨著天然氣資源的不斷開發(fā)，人們對(duì)天然氣的利用將達(dá)到一個(gè)嶄新的高度，世界將迎來(lái)天然氣開發(fā)的春天。天然氣專家預(yù)測(cè)，在2030年前，天然氣供應(yīng)量將增加1.6萬(wàn)億立方米，而天然氣上中下游價(jià)值鏈系統(tǒng)的投資將達(dá)到10萬(wàn)億美元。以建成西氣東輸工程為標(biāo)志，我國(guó)天然氣工業(yè)也進(jìn)入快速發(fā)展期，取得了勘探開發(fā)、管道建設(shè)、市場(chǎng)開拓等多方面的巨大成績(jī)。2000年以來(lái)每年新增天然氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量4000億立方米以上，探明了蘇里格、克拉2、迪那、普光、須家河、澀北、徐深等一批儲(chǔ)量規(guī)模千億立方米以上的大氣田，天然氣產(chǎn)量由200億立方米增加到近800億立方米，成功投入開發(fā)了復(fù)雜的大型深層異常高壓氣田、大面積低滲低豐度氣田；相繼建成西氣東輸一線、二線、陜京二線、澀寧蘭、忠武線等大型輸氣管線，大型管道將設(shè)技術(shù)達(dá)到了水平；天然氣市場(chǎng)快速拓展，除個(gè)別省、自治區(qū)外，供氣范圍基本覆蓋全國(guó)，提高了億萬(wàn)人民的生活質(zhì)量。 

天然氣工業(yè)和天然氣管道建設(shè)的快速發(fā)展將直接推動(dòng)天然氣管道閥門的發(fā)展，全長(zhǎng)4200公里從新疆輪南到上海的西氣東輸工程建設(shè)成功，場(chǎng)站和支線上的閥門，單單管線球閥就需要5000多臺(tái)，極大地帶動(dòng)了我國(guó)管道閥門的發(fā)展。目前，西氣東輸二線4000公里將要開建，同時(shí)還有5條擬建的管線，總長(zhǎng)超過(guò)10000公里。由此可見，二十一世紀(jì)天然氣工業(yè)的發(fā)展，將使管線閥門在技術(shù)上獲得進(jìn)步，在商業(yè)上迎來(lái)無(wú)限的機(jī)遇。與本文相關(guān)的論文有：閥門在燃?xì)夤艿赖膽?yīng)用。