摘要：根據(jù)作者幾年來對我國長輸管線球閥的研究，介紹一種新設計的管線閥門—緊急切斷球閥，并對其中的主要結(jié)構(gòu)進行詳細描述。 關鍵詞：長輸管線　球閥　設計研究 一、概述 為使我國西部的經(jīng)濟得到較快的發(fā)展，國家提出開發(fā)大西部的重大決策。開發(fā)新疆地區(qū)的石油和夭然氣資源，是開發(fā)西部的重大舉措之一。要使西部的油、氣資源得到充分的利用，唯一的辦法是將油、氣通過管線輸送到我國東部地區(qū)。國家為此將建設“西氣東輸”管網(wǎng)工程，即鋪設主管線，西起塔里木的輪南氣田，東到上海地區(qū)，全線長約4200 km。從國外的建設和運輸?shù)慕?jīng)驗來看，在相同輸送量的情況下，建一條大口徑的管線比建幾條小口徑的管線更為經(jīng)濟;而且采用在一定范圍內(nèi)提高介質(zhì)的輸送壓力，同樣能夠增加效益。所以，西氣東輸采取的管徑為:DN =1000 mm, PN = 10.0 MPa。這樣的參數(shù)在我國以前的輸氣管網(wǎng)中是從來沒有的。 我國西氣東輸管線距離長，管線經(jīng)過沙漠、雨林、沼澤、山地、河流（長江、黃河）、平原，所經(jīng)地區(qū)氣候惡劣，環(huán)境溫度變化范圍為——30-80 -C，環(huán)境條件差。因此對長輸管線閥門的要求比通用閥門的要求要高得多，要求長輸管線閥門具有更高的可靠性，更高的密封性、更高的強度，以確保長輸管線安全可靠運行。 二、管線球閥的發(fā)展 長輸管線的發(fā)展，經(jīng)過幾十年的時間，在我國已初具規(guī)模，特別是管線球閥的發(fā)展。目前在國內(nèi)管線上應用的國產(chǎn)管線球閥，參數(shù)已達到了PN = 6.4 MPa, DN = 1000 mm，但與西氣東輸工程中要求的參數(shù)，還有一段距離，管線球閥的緊急切斷裝置，國內(nèi)還不能生產(chǎn)。 另外，全焊接的球閥，國內(nèi)還沒有產(chǎn)品應用的歷史。 三、管線球閥的相關標準 AP16D管線閥門 AP16FA閥門的耐火試驗 AP1607較密封和90。轉(zhuǎn)向閥門的耐火試驗 AP1598閥門的檢驗和試驗 ANSI B16.34法蘭、螺紋和焊接端閥門 JB/T7745管線球閥 四、管線球閥的特點及要求 在長輸管線中，要求線路截斷閥—管線球閥能夠控制管道中的介質(zhì)，具有開關作用，改變介質(zhì)流向和防止倒流，發(fā)送或通過管道清洗球，防止事故發(fā)生，自動、緊急切斷，封閉或打開管線等。 1.密封性能可靠 對長輸管線線路只能定期巡查，而且有時需要通過人跡罕至的高山、沙漠）一草原及地震多發(fā)等地區(qū)。微小的漏失就會造成大量介質(zhì)漏失，浪費能量，尤其是西氣東輸工程中，對天然氣管道中的密封性更為嚴格。另外，還要求具有緊急注脂的密封性能。 2.使用壽命要求長 管線一旦投人運行，幾年內(nèi)甚至幾十年內(nèi)不允許停止運行，運行的時間越長越好。天然氣面對的是大用戶，是工廠、企業(yè)的原料或能源，不允許有片刻的閘斷，所以，要求主要關鍵件如閥座等有很長的壽命。 3.管線閥門的高強度、抗外力的安全性 西氣東輸工程中，管線球閥的壓力高達10.0 MPa，口徑達到1000 mm。且管線的站距較長，長度達到20 km左右。在使用中，受溫度的熱脹冷縮、設備振動、地震災害、地基變動等復雜的外力作用，閥門在管道中經(jīng)常受到拉伸、彎曲、壓縮等綜合應力的影響，要確保閥門的正常使用，必須具備足夠的強度。 4.管線球閥應耐腐蝕 因天然氣中含有硫化氫，它能與鐵反應生成硫化鐵，腐蝕閥門，穿蝕機械，故管線球閥應選用耐腐蝕的材料。 5.自動化程度高 管線球閥的控制都是在中央控制室，距離較遠，應能實施遠距離遙控，且在事故狀態(tài)下能緊急關斷，關斷時間要求達到15s左右。在管線正常運行時，可能幾年內(nèi)都不會動作，一旦動作，必須準確、可靠。 6.管線閥門要求重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、全通徑 為了保證閥門能在復雜的現(xiàn)場安裝、符合埋地要求、檢修方便，因此要求閥門重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，并且是全通徑，便于在管線正常運行時，能夠清管。 五、設計研究 管線球閥的主要技術參數(shù): 公稱壓力PN=10.0 MPa 公稱通徑DN=1000 m m 實際通徑DN=1016 mm 環(huán)境極限溫度一36-80℃ 介質(zhì):天然氣（含有硫化氫和二氧化碳） 啟閉時間:關閉<15s、開啟=60 s 根據(jù)使用和標準的要求，以及長輸管線球閥的要求，結(jié)合管線球閥的技術參數(shù)，我們作了如下的設計研究: 1.全焊接式緊急切斷管線球閥 全鍛焊式結(jié)構(gòu)，采用鍛造的閥體，在裝配后焊接而成，改變了過去的鑄造、螺栓連接結(jié)構(gòu)，不會有閥體部分的外漏。相對于鑄件來看，鍛件的壁厚可以減薄，且強度高，省去了中法蘭和幾十對螺栓的連接，重量大大減輕，據(jù)測試，將減輕1/4的重量。 2.密封結(jié)構(gòu) 密封結(jié)構(gòu)是球閥密封性能的關鍵設計，提供一個好的密封結(jié)構(gòu)，直接影響球閥的使用壽命，根據(jù)研究，我們提供了下列幾種符合實際要求的結(jié)構(gòu): （1）雙活塞效應閥座雙活塞效應的閥座基本原理即閥門有二個閥座密封，假如上游閥座損壞，介質(zhì)進人中腔，而中腔的壓力仍然能使下游閥座達到密封。 　 P2>P1 P2+P0>P1 式中P0—彈簧力，單位為N. 所以，當中腔有壓力時，介質(zhì)力能夠使閥座壓向球體，達到密封的目的。 （2）雙重密封為使閥門更有效地密封，該結(jié)構(gòu)采用雙重密封結(jié)構(gòu)，即聚四氟乙烯密封軟密封。加上金屬硬密封，如果軟密封出現(xiàn)問題，金屬密封也能起到作用，見圖2. 同時金屬硬密封還是防火結(jié)構(gòu)的設計，即當軟密封遭到火災燃燒時，金屬硬密封能夠密封。 （3）緊急注脂密封如果異物或其他原因損壞密封面，閥座中的密封脂加注系統(tǒng)可提供一種快速簡單的恢復緊密關斷的方法，加注密封脂達到密封。另外，加注系統(tǒng)也可以用于周期性情況閥座的密封區(qū)域。 同時，在閥桿密封中也增加緊急注脂密封補充。 3.防靜電、防火結(jié)構(gòu) 標準中要求該球閥必須具有防靜電、防火結(jié)構(gòu)，閥門在球體、閥桿和閥體之間設置靜電結(jié)構(gòu)，在密封圈設置防火結(jié)構(gòu)，當發(fā)生火災時，金屬密封圈仍能達到密封。 4.緊急切斷裝置 當管道發(fā)生事故時，要求該事故管道兩端的球閥實行緊急切斷，一般要求在15s之內(nèi)關閉兩端閥門，或者在更短的時間內(nèi)?，F(xiàn)在，各閥門制造廠大部分選用國外的氣液聯(lián)動的緊急切斷裝置。該裝置直接利用管道輸送的介質(zhì)，利用介質(zhì)的壓力，由感應裝置或由主控室的指令，感應事故信號，直接控制閥門，達到緊急切斷閥門的目的。 5.固定球結(jié)構(gòu) 為減少介質(zhì)壓力對球體及閥桿造成的彎曲應力，將閥桿與球體的連接設計成分段結(jié)構(gòu)，避免介質(zhì)壓力直接作用在閥桿上，造成閥門開關的難度。另外，加大球體的支撐截面積，提高球體的剛性。 綜上所述，采取上述幾種方案的特點，能夠符合標準對閥門的要求，同時，也能符合工程的需要。 六、管線球閥的發(fā)展趨勢 近年來，隨著長輸管線的快速發(fā)展，管線球閥作為緊急切斷的閥門之一，發(fā)展速度也非?？?，主要呈現(xiàn)以下幾個方面的發(fā)展趨勢: （1）大型化、高參數(shù)目前，管線球閥己發(fā)展大公稱壓力PN=14.0 MPa，公稱通徑DN=1400mm，大型化、高參數(shù)將給輸送帶來更大的經(jīng)濟效益。 （2）高強度的耐腐蝕材料閥門尺寸的增大，壓力的增高，迫切需要研究高強度的耐腐蝕的新型鍛材，以適應閥門尺寸不斷加大的需要。 （3）多重密封結(jié)構(gòu)為保證閥門的密封，正在研究一種多重復合材料的密封結(jié)構(gòu)，以確保閥門在使用中能達到50年甚至更長的使用壽命。 （4）高可靠性又快速關閉緊急切斷球閥，在輸氣管道中長時間出于開啟狀態(tài)，有時十年也不動作，但是，一旦動作，便要準確可靠，保證更高的可靠性，并且能夠在更短的時間內(nèi)快速關閉。 （5）自動化程度更高緊急切斷球閥，能感知事故的發(fā)生，自動關閉，感知距離更長。 七、結(jié)束語 在長輸管線的建設中，緊急切斷球閥已經(jīng)得到越來越廣泛地應用。采用上述設計結(jié)構(gòu)，保證了閥門的密封性、長壽命、安全性、耐腐蝕等要求，完全可以在長輸管線的的建設中得到使用。