全焊接球阀设计标准的变化

  在20 世纪的五六十年代，我国阀门设计是按照原苏联的阀门设计手册操作。阀体要进行截面Ⅰ -Ⅰ、Ⅱ -Ⅱ和Ⅲ—Ⅲ( 图5) 的强度计算，连接法兰端的法兰计算，阀盖连接处端部法兰的计算，阀盖强度计算，以及螺栓强度计算等。如果涉及高温、高压，厚壁阀门，设计的工作量更大，且容易出现因强度不足而造成的事故。在60 年代末期，美国机械工程师协会( ASME) 成立了ASME B16. 34 分会，负责起草一份阀门的设计标准，规范阀门的设计。原美国阀门的设计相关标准分散在锅炉压力容器第Ⅲ卷和有关的管法兰标准中，是不完整的。在20 世纪70 年代中期，出版了ASME B16. 34《法兰端、螺纹端和焊接端阀门》标准。

阀体强度计算

图5 阀体强度计算

  对于阀门阀体的壁厚给出一个统一的标准值是一件十分困难的事。由于壁厚与阀门的结构种类( 如球阀、蝶阀、截止阀、闸阀等) 、工作压力、通径、工作温度、阀体材料、工作介质和外部载荷等有关，即阀体壁厚= f( 阀门类别、阀体结构、材料、压力、温度、通径、工作介质和外部载荷等)ASME B16. 34 定义了阀门的压力等级( ASME Rating Class) ，给出了压力等级系列( 如Class150、Class300、Class400……等) ，然后对应不同的材料组别，给出一个阀门压力等级与阀门工作压力和温度的关系。这样，对于某一阀门材料，在ASME B16. 34 中可以找到一组表格，表示压力等级与工作压力、工作温度间的函数关系为阀门压力等级= f( 工作压力，工作温度)定义了阀门压力等级后，阀门可以按压力等级设计制造，然后根据不同的工作温度，给出不同的使用工作压力。标准给出的壁厚不考虑阀门类型和阀体结构型式。对于介质的腐蚀余量和可能发生外载荷，标准提示制造商应予以考虑。这样，阀体的最小壁厚tm仅是阀门通径d 和压力等级的函数( 这一函数关系可以在ASME B16. 34 标准的列表中找到) 。

  tm = f( 阀门通径d，阀门压力等级)ASME B16. 34 标准给阀门的设计带来了方便，简化了产品的计算，合理给出阀体的壁厚，保障阀门的安全运行，对于阀门制造业的推动是巨大的。但是，标准指出，应该注意，这是一个“保守的上限值”。这个上限值对于中小口径阀门其质量增加和材料消耗的影响不大，但是，随着阀门口径的增大和压力等级的提高，这个值的影响逐渐加大，这一问题已经引起阀门制造业的深切关注。所以，欧洲体系的阀门设计很多不遵循这一规范，而采用锅炉压力容器规范。例如一个Class900 压力级，口径48in.( 1 200mm) 的全焊接球阀，德国舒克公司按德国AD 2 000 压力容器设计，一个球形阀体全焊接管线球阀，其质量为19t，而按ASME B16. 34 设计的筒状全焊接管线球阀，其质量为28. 5t。鉴此，阀门制造业按ASME 第Ⅷ卷锅炉压力容器标准设计是势在必行。

  至于阀体螺栓强度，ASME B16. 34 即采用垫片有效外周边所限定的面积Ag与螺栓抗拉应力总有效面积As之比乘以阀门压力额定等级，给出一个限定值。对于阀体流体通道上的螺栓，其限定值为7 000，对于阀盖螺栓限定值为9 000。这种简易的方法，其本质是不考虑螺栓材料的差异，而是按螺栓材料最低强度计算，也不考虑密封形式、法兰形式的差异。因此，也是一个保守的上限值。

5、设计规范

  API 6D - 2008 明确规定了ASME 第Ⅷ卷第一册或第二册是国际上认可的设计规范，壳牌公司亦认同可以选用国际上认可的标准中任何一个标准设计产品。因此，按ASME 第Ⅷ卷规范设计是阀门制造业设计的重大变革。英国BS EN12516 - 2 标准就是鉴于阀门发展的需要提出的。标准将ASME第Ⅷ卷的规则法用于闸阀、球阀、截止阀等阀体设计计算，包括阀体壁厚用计算法替代查表法，采用开孔补强的法则，以及阀体法兰强度的计算规则，填料压盖的计算，螺栓的强度计算等。

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