一、概述
管道輸送已成為當(dāng)代能源運輸?shù)闹饕绞剑瞄L距離管道輸送油、氣、煤等資源已成為當(dāng)今世界解決能源輸送的最主要手段。世界上主要油氣生產(chǎn)國和消費國都大量使用長輸管線來解決油氣資源的運輸問題，天然氣的輸送95%以上采用管道輸送方式。據(jù)統(tǒng)計，目前世界上已有油、氣長距離輸送管線總長度超過260萬公里，其中，天然氣輸送管線總長度約140萬公里，占總長度的二分之一以上。
從國外的建設(shè)和運行的經(jīng)驗來看，在同樣輸送量的情況下，建一條大口徑管道比建幾條小口徑管道更為經(jīng)濟;而且在一定范圍內(nèi)提高介質(zhì)的輸送壓力同樣能夠增加效益。國外，長輸管線直徑大于1米的管道長度約占總長度的80%。最大管徑為1420毫米，最高壓力為11.8MPa。長輸管線在起點站、中間增壓站、干線上和各系統(tǒng)的出入端等處需設(shè)置啟閉和控制的閥門。因可能受到各類災(zāi)害和事故的影響，長距離油氣輸送管道可能會產(chǎn)生斷裂、油氣外漏、起火爆炸等問題，長輸管線每隔20～30千米一段距離的管路上，還需設(shè)置一個緊急切斷閥、電動閥或氣動閥等閥門。可見一條長輸管線上將使用很多的閥門。長輸管線經(jīng)過沙漠、雨林沼澤、山地、平原，所經(jīng)地區(qū)氣候惡劣、環(huán)境條件差，因此對閥門的要求比通用閥門更高，管線閥門要具有更高的強度和更好的密封性能、更高的使用壽命、操作快速輕便、維修方便。國外長輸管線起步早、發(fā)展較快，我國還沒有大口徑的長輸管線，大口徑的長輸管線的建設(shè)處于起步階段，因此，須認真做好配套產(chǎn)品的標準制定、產(chǎn)品性能檢驗等工作。
二、長輸管線用閥概況
利用長輸管線輸送需控制介質(zhì)的流動，因而在管線上需要大量的閥門。長輸管線上的閥門，主要有兩種用途：①在干線和各系統(tǒng)的出入口處，起啟閉切斷作用和安全保護作用;② 在管線起點站和中間增壓站內(nèi)，起控制介質(zhì)輸送的作用。
國外，長輸管線上選用量最大的閥門主要為：平板閘閥、球閥、緊急切斷球閥、止回閥、快速球型調(diào)節(jié)閥等。閥門的連接形式為：法蘭連接和對接焊兩種。閥門的驅(qū)動方式有：手動、電動、氣動、液動、電-液聯(lián)動、氣-液聯(lián)動等多種驅(qū)動形式。
國外，長輸管線用閥主要執(zhí)行美國石油學(xué)會標準API 6D規(guī)范，并符合相應(yīng)的產(chǎn)品標準。
(一)從長輸管線用閥的發(fā)展趨勢來看，要求管線閥門有以下特點和功能：
⑴ 具有良好密封性能的閥門(適應(yīng)各種介質(zhì)和多變的工況條件);
⑵ 具有良好防火性能的閥門;
⑶ 結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小，并具有抗蝕性能和耐磨損的閥門;
⑷ 適用于長輸管線大口徑的閥門和輸送液化天然氣的高壓低溫閥門;
⑸ 便于清管和具有良好的抗外應(yīng)力結(jié)構(gòu);
⑹ 機電一體化程度高的閥門。
(二)各種管線用閥的結(jié)構(gòu)特點和作用
1 平板閘閥
平板閘閥主要特點為：結(jié)構(gòu)長度較短、密封性能好、操作扭矩較小且啟閉操作力較接近、流阻小、閥門不必設(shè)置異常升壓的裝置，帶導(dǎo)流孔的平板閘閥可以通過清掃器清潔管道。但閥門的結(jié)構(gòu)高度高，約為管道直徑的3～4倍。
2 球閥
球閥主要特點為：結(jié)構(gòu)較緊湊、密封性能好、啟閉90°旋轉(zhuǎn)可快速啟閉閥門、操作時間較短，采用注入密封脂可形成二次輔助密封，防火結(jié)構(gòu)的閥座在火災(zāi)時能保證閥門的密封，配套快速切斷裝置可實現(xiàn)閥門的緊急啟閉。
3 球形調(diào)節(jié)閥
球形調(diào)節(jié)閥的流量大，結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、操作維修方便，全開時流阻小，允許使用壓差較大，噪聲小、抗氣蝕性能好。
4 止回閥
止回閥多帶阻尼結(jié)構(gòu)，可有效消除管道的振動和降低流阻;采用雙重密封(低壓采用彈性密封，高壓采用金屬-金屬密封)，密封效果好;可通過管道清掃器。
5 泄壓閥
由于開泵或停泵可能使管道內(nèi)介質(zhì)流速變化和壓力波動，產(chǎn)生沖擊波。為消除沖擊波的影響，長輸管線上采用泄壓閥來減輕沖擊波。
6 減壓閥
在分支管道上設(shè)置減壓閥，用來恒定用戶進口端的介質(zhì)壓力，多采用先導(dǎo)式減壓閥，受介質(zhì)清潔度的影響小、壓力控制精度較高、性能穩(wěn)定。
(三)長輸管線閥門使用材料
長輸管線閥門的選材應(yīng)滿足強度、密封、使用壽命、高溫、高壓、耐磨、耐腐、防火、抗靜電等方面的要求，從國外管線閥門使用材料來看，主要選用如下的材料：閥門的殼體(閥體、閥蓋) WCB、WCC、不銹鋼 等平板閥的閘板 不銹鋼(表面經(jīng)處理)球閥的球體 不銹鋼閥座密封圈 增強聚四氟乙烯 等閥桿 不銹鋼墊片 不銹鋼石墨或四氟纏繞墊連接螺栓 優(yōu)質(zhì)合金鋼
(四)長輸管線對閥門性能試驗要求
長輸管線受地理條件和自然條件的影響，須承受氣候溫差的變化、地形和地震等的影響。因此，長輸管線閥門的檢驗與試驗更嚴格，要進行殼體強度耐壓試驗、密封性試驗、動作性能試驗、彎曲試驗、抗拉試驗、耐火試驗、耐久性試驗等，有的閥門還應(yīng)做耐寒和耐熱試驗。試驗閥門應(yīng)密封性能好、操作靈活、動作準確、耐久性好，對于輸送有顆粒介質(zhì)的閥門還應(yīng)做耐磨性試驗。
三、國內(nèi)外有關(guān)標準規(guī)范概況
1 國外部分標準
目前，長輸管線閥門主要使用美國石油學(xué)會標準API 6D《管線閥門規(guī)范》和相應(yīng)的產(chǎn)品標準，如：API 594《對夾式止回閥》、API 599《鋼制和球墨鑄鐵旋塞閥》、API 600《煉油廠用法蘭或?qū)高B接鋼制閘閥》、API 607《軟密封面球閥的耐火試驗》、API 608《法蘭和對焊端的金屬球閥》、API 6FA《閥門耐火試驗規(guī)范》、BS 4460《石油工業(yè)用鋼制球閥》等。API 6D《管線閥門規(guī)范》標準是對管線閥門制造、檢驗、采購等綜合要求的一項標準，其他產(chǎn)品標準，對產(chǎn)品的適用范圍、連接型式、結(jié)構(gòu)長度、性能要求、檢驗與試驗、標志等進行詳細要求。API 6D《管線閥門規(guī)范》標準內(nèi)容有：范圍、總則、材料、閥門的類型和類別、試驗、標記、質(zhì)量控制的要求、貯存和發(fā)運、附錄(采購指南、度量換算、補充試驗要求、引用規(guī)范和標準)九個章節(jié)。
2 國內(nèi)部分標準
國內(nèi)現(xiàn)有長輸管線用閥門標準有: JB/T 5298-1991《管線用鋼制平板閘閥》、JB/T 7745-1995《管線球閥》，其他長輸管線產(chǎn)品應(yīng)用通用閥門的產(chǎn)品標準，一些特殊閥門(緊急切斷閥等)沒有國家或行業(yè)標準。尚沒有統(tǒng)一的管線用閥門的標準規(guī)范。與國外標準相比國內(nèi)現(xiàn)有的行業(yè)標準的內(nèi)容較簡單，內(nèi)容不夠完整，要求也較低。
四、標準內(nèi)容分析
API 6D《管線閥門規(guī)范》對管線用閥門(閘閥、旋塞閥、球閥和止回閥)訂貨、設(shè)計、制造、試驗與檢驗、標識等做了較詳細的規(guī)定，具體內(nèi)容有：
1 閥門通徑 規(guī)定了全徑閥門、縮徑閥門和非圓形孔閥門的標識，這有利于閥門的選擇和應(yīng)用;對全徑閥門的通道內(nèi)徑偏差也有明確的規(guī)定。
2 總則 有閥門的壓力等級、額定值、結(jié)構(gòu)長度、連接型式和尺寸、特殊結(jié)構(gòu)的要求等內(nèi)容。規(guī)定了閥門的壓力等級、額定值(閥門殼體材料按ANSI B16.5標準的額定值、標準法蘭端和標準焊接端閥門的最大允許工作壓力額定值)、通徑的表示方法(全徑閥門、縮徑閥門、非圓形孔縮徑閥門)、結(jié)構(gòu)長度、端法蘭、焊接端、設(shè)計控制、設(shè)計鑒定、設(shè)計文件、泄壓、放泄和旁通連接、加長扳手、鎖緊裝置、位置指示器。結(jié)構(gòu)長度規(guī)定了：a.按ANSI B16.5中額定值壓力等級的和標準型式(法蘭連接或?qū)雍高B接的閥門結(jié)構(gòu)長度;b.一端為焊接、另一端為法蘭連接閥門的結(jié)構(gòu)長度;c.未列出結(jié)構(gòu)長度或結(jié)構(gòu)長度不符合上述兩條的閥門的結(jié)構(gòu)長度和標識。規(guī)定了連接型式和尺寸要求：a.各個尺寸系列端法蘭的型式和應(yīng)符合的標準;b.焊接端端口的結(jié)構(gòu)和標準要求、端口的內(nèi)徑要求。規(guī)定了設(shè)計程序、設(shè)計控制、鑒定和設(shè)計文件。規(guī)定了特殊結(jié)構(gòu)的要求：a.規(guī)定了泄壓裝置的設(shè)置和尺寸要求;b.放泄和旁通連接的連接型式和連接管尺寸要求;c.加長扳手的結(jié)構(gòu)和組成;d.鎖緊裝置的設(shè)置和鎖緊裝置應(yīng)固定的閥門位置;e.位置指示器的設(shè)置和指示要求。
3 閥門各部分材料 a.規(guī)定了閥門的閥體、閥蓋、蓋板、端法蘭和焊接端的材料牌號及應(yīng)符合的材料標準規(guī)范;b.閥蓋和蓋板栓接材料的要求;c.非金屬零件和元件材料規(guī)范的規(guī)定;d.支架、支架螺母、閥桿、閘板、球體、塞子、閥瓣、手輪、傳動裝置、管塞、電動附件等其他零件材料應(yīng)執(zhí)行的標準規(guī)范;e.抗硫化物應(yīng)力斷裂的部件的材料要求;f.代用的金屬材料的性能要求、成分的限定和判斷。焊接的規(guī)定要求 所有承壓件和控壓件和焊接和焊補要求;焊接件的性能檢驗與試驗項目等要求。
4 閥門類型和類別(對閘閥、旋塞閥、球閥止回閥的關(guān)閉件的形式、密封結(jié)構(gòu)和操作運動)的要求，a.對雙閘板閘閥和和平板閘閥的閘板型式組成、閘閥閥桿的輔助密封和上密封座進行了規(guī)定;b.旋塞閥密封副的組成和轉(zhuǎn)動型式做了規(guī)定;c. 球閥密封副的組成和轉(zhuǎn)動型式做了規(guī)定;d.各類止回閥(旋啟式、單瓣對夾式和雙瓣對夾式)密封副的組成和介質(zhì)流動能力做了規(guī)定。閥門類別(全徑閥門的最小通道直徑和允許偏差、閥門的結(jié)構(gòu)長度)。
5 試驗 對閥門壓力試驗、強度試驗和靜壓密封試驗、試驗項目、試驗方法和試驗保壓時間做了明確的規(guī)定。
6 閥門的標記 要求了閥體及銘牌上應(yīng)標注的內(nèi)容(制造廠名、商標、壓力級結(jié)構(gòu)長度標記、允許使用的最高工作壓力額定值、閥體材料、密封件識別、閥門的公稱通徑、環(huán)節(jié)代號、介質(zhì)的流向、結(jié)構(gòu)長度、系列編號、制造年月、閥門功能標記等。
7 質(zhì)量控制要求 規(guī)定了測量和試驗設(shè)備、質(zhì)量控制人員的資格、質(zhì)量控制的一般要求、具體產(chǎn)品和零件的質(zhì)量控制
8 貯存和發(fā)運 對閥門的涂漆、排放、防腐、密封面的保護進行了規(guī)定。
9 附錄 作為標準內(nèi)容的一部分，對閥門的采購和試驗起到了指導(dǎo)作用。
附錄A采購指南中要求了閥門的數(shù)據(jù)表、現(xiàn)場試驗、泄壓、清管器和圓球、耐火試驗的原則。閥門數(shù)據(jù)表，列出了閥門訂貨、性能規(guī)