高壓閥門設(shè)計(jì)-課件

2007年9月高壓閥門的設(shè)計(jì)高壓閥門的設(shè)計(jì)1江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司公稱壓力是表達(dá)閥門壓力高低的尺度，新中國成立至今，對(duì)公稱壓力己先后有三次大的改動(dòng)。除了公稱壓力外，還有以下常用的壓力：（1）工作壓力：指閥門在正常工作情況下，可能達(dá)到的最高壓力；（2）設(shè)計(jì)壓力：指閥門設(shè)定的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不低于工作壓力；（3）試驗(yàn)壓力：指閥門進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)的壓力。1概述

1.1公稱壓力江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司公稱壓力是表達(dá)閥門壓力高低的尺度2我國國家標(biāo)準(zhǔn)、美國ASME標(biāo)準(zhǔn)、歐盟標(biāo)準(zhǔn)的壓力等級(jí)值對(duì)照：標(biāo)準(zhǔn)類別公稱壓力（壓力等級(jí)）EN（bar）2050110150260320420600760GBPN2050110150260320420600760ASME（CL.）15030060090015002000250035004500江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司我國國家標(biāo)準(zhǔn)、美國ASME標(biāo)準(zhǔn)、歐盟標(biāo)準(zhǔn)的壓江南控股3壓力-溫度額定值是一種劃分壓力等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，我國閥門的壓力-溫度額定值是參照GB/T12224-2005“鋼制閥門一般要求”標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，但國際上比較通用的標(biāo)準(zhǔn)是美國ASMEB16.34“法蘭、螺紋和焊接端連接的閥門”，這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同材料組別在不同溫度下的最高工作壓力，或者以溫度和工作壓力來確定壓力等級(jí)。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司1.2壓力-溫度額定值壓力-溫度額定值是一種劃分壓力等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，我國閥門的壓力-溫4標(biāo)準(zhǔn)壓力級(jí)閥門：是指滿足GB/T12224或ASME16.34a標(biāo)準(zhǔn)的閥門，除滿足其附錄規(guī)定的無損探傷檢驗(yàn)要求之外的閥門，都定為標(biāo)準(zhǔn)壓力級(jí)閥門；專用壓力級(jí)閥門：亦有叫特殊壓力級(jí)閥門，是指除滿足標(biāo)準(zhǔn)級(jí)閥門的要求外，還要滿足其附錄要求的無損探傷檢驗(yàn)要求的閥門，但不適用于法蘭連接端閥門；限定壓力級(jí)閥門：是指NPS21/2及更小的螺紋端或焊接端閥門，但不適用于法蘭連接端閥門；中間額定值閥門：是指焊接端或螺紋端閥門在壓力等級(jí)數(shù)值內(nèi)處于表列額定溫度或額定壓力之間的中間額定值可以用線性插值法確定，但不適用于法蘭連接端閥門；組焊閥門：是指完全或部分用鑄件、鍛件、棒料、板材或管材組焊而成的閥門。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司標(biāo)準(zhǔn)壓力級(jí)閥門：是指滿足GB/T12224或ASME16.351.3高壓閥門的界定閥門行業(yè)內(nèi)曾有一個(gè)共識(shí)：（1）絕對(duì)壓力低于1個(gè)大氣壓的閥門叫真空閥；（2）壓力≦1.6MPa叫低壓閥門；（3）壓力2.5～6.4MPa叫中壓閥門；（4）壓力10.0～80.0MPa叫高壓閥門；（5）壓力≧100.0MPa叫超高壓閥門。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司1.3高壓閥門的界定閥門行業(yè)內(nèi)曾有一個(gè)共識(shí)：江南控6在汽輪機(jī)制造行業(yè)又按下列范圍劃分：（1）低壓<1.47MPa（2）中壓1.96～3.92MPa（3）高壓5.88～9.8MPa（4）超高壓11.77～13.93MPa（5）亞臨界15.69～17.65MPa（6）臨界22.15MPa（7）超臨界>22.15MPa（8）超超臨界>32.0MPa江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司在汽輪機(jī)制造行業(yè)又按下列范圍劃分：江南控股集團(tuán)江南7

高壓閥門有兩種工況，一種是介質(zhì)處于常溫、但壓力很高，比如油田采油和注水用閥門；另一種是介質(zhì)處于高溫狀態(tài)，壓力亦高，比如熱電廠用的主蒸汽系統(tǒng)閥門。這兩種雖然同樣都屬“高壓閥門”，但設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和材料選用卻各不相同，前者只考慮強(qiáng)度和剛度就可以，而后者還應(yīng)考慮高溫下材料的強(qiáng)度和蠕變。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司高壓閥門有兩種工況，一種是介質(zhì)處于常溫、但82結(jié)構(gòu)

2.1各類高壓閥門的典型結(jié)構(gòu)2.1.1高壓閘閥高壓閘閥主要由閥體、閥蓋、閘板、閥桿、支架、填料密封部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等零部件組成。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司2結(jié)構(gòu)

2.1各類高壓閥門的典型結(jié)構(gòu)2.1.19江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司102.1.2高壓截止閥高壓截止閥主要由閥體、閥蓋、閥瓣、閥桿、支架、填料密封部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等零部件組成。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司2.1.2高壓截止閥高壓截止閥主要由閥體、11江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司122.1.3高壓球閥高壓球閥主要由閥體、閥座、球體、閥桿、填料密封部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等零部件組成。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司2.1.3高壓球閥高壓球閥主要由閥體、閥座、球13江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司142.1.4高壓止回閥高壓止回閥主要由閥體、閥蓋、閥瓣等零件組成。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司2.1.4高壓止回閥高壓止回閥主要由閥體、閥蓋152.2高壓閥門的結(jié)構(gòu)特征高壓閥門的結(jié)構(gòu)與中壓閥門有許多相同之處，比如零件的構(gòu)成、形狀等。但由于承受介質(zhì)的壓力高或者溫度亦高，所選用的材料亦不一樣，因此在一些具體部位上仍有其特點(diǎn)，現(xiàn)分別予以表述。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司2.2高壓閥門的結(jié)構(gòu)特征高壓閥門的結(jié)構(gòu)與162.2.1中法蘭連接結(jié)構(gòu)中壓閥門一般都采用法蘭連接和螺紋連接（用于小口徑），而高壓閥門采用內(nèi)壓自緊密封結(jié)構(gòu)較多，密封圈用非金屬和金屬均可，能依靠介質(zhì)自身壓力的作用達(dá)到密封的目的，當(dāng)然需要一定的預(yù)緊力，密封效果好，巳成為傳統(tǒng)的中法蘭連接結(jié)構(gòu)之一。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司2.2.1中法蘭連接結(jié)構(gòu)中壓閥門一般都采用法蘭連接和172.2.2填料結(jié)構(gòu)填料結(jié)構(gòu)是防止介質(zhì)從閥桿與閥蓋連接部位泄漏出來，常用結(jié)構(gòu)有以下結(jié)構(gòu)。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司2.2.2填料結(jié)構(gòu)填料結(jié)構(gòu)是防止介質(zhì)從閥桿與182.2.4與管道連接結(jié)構(gòu)高壓閥門與管道一般采用焊接端連接，消除漏點(diǎn)、密封可靠，但維修與更換不便。所以在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)亦允許采用法蘭連接，小口徑的亦有使用內(nèi)螺紋連接結(jié)構(gòu)的，不過用戶訂貨時(shí)往往已經(jīng)選定了與管道連接的方式，不必由制造廠決定。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司2.2.4與管道連接結(jié)構(gòu)高壓閥門與管道一般采192.2.5壓力平衡結(jié)構(gòu)為了減小閥桿在高壓工況下的作用力，并充分利用介質(zhì)自身的壓力達(dá)到密封，高壓閥門往往采用壓力平衡結(jié)構(gòu)會(huì)起到很好的效果。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司2.2.5壓力平衡結(jié)構(gòu)為了減小閥桿在高壓工況下的203材料

3.1承壓件與控壓件閥門零件按其在整臺(tái)閥門中的作用有“承壓件”和“控壓件”之分，在美國API6D“管道閥門”標(biāo)準(zhǔn)中作了以下表述：承壓件是指設(shè)計(jì)為承受管道介質(zhì)（壓力）的零件，如閥體、閥蓋、填料壓蓋、閥桿、墊片和螺栓等；控壓件（壓力控制零件）是指用于阻塞或允許介質(zhì)流動(dòng)的零件，如關(guān)閉件、閥座等。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司3材料

3.1承壓件與控壓件閥門零件按其在整臺(tái)閥門中的作用有213.2殼體材料殼體包括閥體、閥蓋等零件，直接承受介質(zhì)壓力，為閥門的承壓件，其材料必須具有能在規(guī)定的介質(zhì)、溫度和壓力下達(dá)到應(yīng)有的機(jī)械性能、化學(xué)成份，并有良好的冷、熱加工工藝性。在GB/T12224“鋼制閥門一般要求”標(biāo)準(zhǔn)中，列入了1.0～1.5六組碳鋼、低合金鋼，1.9、1.10、1.13、1.15四組鉻鉬鋼，2.1～2.5五組不銹鋼材料，共計(jì)15組不同的材料。在ASMEB16.34a“法蘭、螺紋和焊接端連接的閥門”標(biāo)準(zhǔn)中，列入了1.1-1.15十五組碳鋼、合金鋼，2.1-2.8八組不銹鋼材料，共計(jì)23組不同的材料。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司3.2殼體材料殼體包括閥體、閥蓋等零件，直接223.2.1碳素鋼碳素鋼一般適用于溫度在-29～425℃的非腐蝕性介質(zhì)。根據(jù)GB/T12224-2005的規(guī)定：常用的碳素鋼鑄件材料有：中國標(biāo)準(zhǔn)：GB/T12229WCA（ZG205-415）、WCB（ZG250-485）、WCC（ZG275-485），括號(hào)內(nèi)的材料為GB/T5631的牌號(hào)；美國標(biāo)準(zhǔn)：ASTMA216WCA、WCB、WCC。常用的碳素鋼鍛件（含板材）材料有：中國標(biāo)準(zhǔn)：GB/T69925；GB/T71125；GB/T665420R、16MnR；JB472616Mn；美國標(biāo)準(zhǔn)：ASTMA105。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司3.2.1碳素鋼碳素鋼一般適用于溫度在-29～425233.2.2合金鋼合金鋼（鉻-鉬鋼、鉻-鉬-釩鋼）適用于溫度為-29～650℃高溫、高壓的工況，，主要便用在火力發(fā)電的高溫、高壓蒸汽，煉油廠的催化裂化和加氫裝置上。根據(jù)GB/T12224-2005的規(guī)定：常用的合金鋼鋼鑄件材料有：中國標(biāo)準(zhǔn)：JB/T5263WC1、WC6、WC9、C12A；JB/T9625ZG20CrMo、ZG20CrMoV、ZG15Cr1Mo1V、ZG1Cr5Mo；美國標(biāo)準(zhǔn)：ASTMA217WC1、WC6、WC9、C5、C12、C12A。常用的合金鋼鍛件（含板材）材料有：中國標(biāo)準(zhǔn)：GB/T665415CrMoR、12Cr2Mo1R，JB/T962615CrMo、12Cr1MoV、15Cr1Mo1V、1Cr5Mo；美國標(biāo)準(zhǔn)：ASTMA182F11、F22、F1、F5、F9、F91。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司3.2.2合金鋼合金鋼（鉻-鉬鋼、鉻-鉬-釩鋼）適用243.2.3奧氏體不銹鋼在石油化工裝置上，介質(zhì)往往既有高溫、高壓，又有腐蝕性，因此必須選用既耐高溫、高壓，又耐腐蝕的材料。奧氏體不銹鋼的高溫強(qiáng)度高，尤其是含有Ti、Nb等合金元素的18-8鋼，其高溫性能更優(yōu)越。常用的不銹鋼鋼鑄件材料有：中國標(biāo)準(zhǔn)：GB/T12230ZG03Cr18Ni10、ZG08Cr18Ni9、ZG08Cr18Ni9Ti、ZG12Cr18Ni9Ti、ZG08Cr18Ni12Mo2Ti、ZG12Cr18Ni12Mo2Ti、CF3、CF3M、CF8、CF8M、CF8C；美國標(biāo)準(zhǔn)：ASTMA351CF3、CF3M、CF8、CF8M、CF8C、CG8M、CF10、CF10M，ASTMA217CA15。常用的不銹鋼鍛件（含板材）材料有：中國標(biāo)準(zhǔn)：GB/T12200Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、1Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti；美國標(biāo)準(zhǔn)：ASTMA182F304、F316、F304L、F316L、F321、F304H、F316H、F51、F53、F55。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司3.2.3奧氏體不銹鋼在石油化工裝置上，介質(zhì)往往25在電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T922-2005“火力發(fā)電用鋼制通用閥門訂貨、驗(yàn)收導(dǎo)則”標(biāo)準(zhǔn)中巳對(duì)承壓件主體材料作了如下規(guī)定：WCB或ASTMA216WCB，25或ASTMA105最高適用溫度為427℃；WC1或ASTMA217WC1，ASTMA182F1468℃WC6或ASTMA217WC6，15CrMo或ASTMA182F11540℃WC9或ASTMA217WC9，ASTMA182F22570℃ASTMA217C12A，ASTMA182F91600℃ZGCr5Mo，Cr5Mo550℃ZG20CrMoV，12Cr1MoV550℃ZG15Cr1Mo1V，15Cr1Mo1V570℃ZG1Cr18Ni9Ti，1Cr18Ni9Ti650℃ZG1Cr18Ni12Mo2Ti，1Cr18Ni12Mo2Ti650℃江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司在電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T922-2005“火力發(fā)263.2.4關(guān)于熔模鑄造件（精鑄件）在GB12224-89的老標(biāo)準(zhǔn)中曾規(guī)定，精密鑄造件不得用于公稱壓力PN>10.0MPa的閥門，但在新標(biāo)準(zhǔn)和ASMEB16.34a標(biāo)準(zhǔn)中己作了修改，規(guī)定當(dāng)DN≤100、PN≤110的閥體和閥蓋，采用精鑄件時(shí)，應(yīng)符合其表1涉及的標(biāo)準(zhǔn)要求；當(dāng)精鑄件大于上述范圍時(shí)，則應(yīng)符合材料標(biāo)準(zhǔn)的全部要求。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司3.2.4關(guān)于熔模鑄造件（精鑄件）在GB12273.3閥桿材料閥桿是閥門的承壓件之一，在閥門開啟和關(guān)閉過程中，承受拉、壓、剪切和扭轉(zhuǎn)作用力，并與介質(zhì)直接接觸，同時(shí)和填料之間還有相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)，因此閥桿材料必須保證在規(guī)定的介質(zhì)、溫度、壓力下有足夠的強(qiáng)度及沖擊韌性，并有能滿足要求的耐腐蝕性和抗擦傷性，還有良好的工藝性。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司3.3閥桿材料閥桿是閥門的承壓件之一，在閥283.3.1不銹鋼中國標(biāo)準(zhǔn)：GB/T12202Cr13、3Cr13、1Cr17Ni2、1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti、1Cr18Ni12Mo3Ti、0Cr17Ni4CuNb（17-4PH）；美國標(biāo)準(zhǔn)：ASTMA182F6a、F304、F316、F304L、F316L、ASTMA276304、316、304L、316L。3.3.2合金鋼中國標(biāo)準(zhǔn)：GB/T122138CrMoAl、4Cr10Si2Mo，GB/T307725Cr2Mo1V、25Cr2MoV、20Cr1Mo1V1A；美國標(biāo)準(zhǔn)：ASTMA182F11CL2、F12CL2、F22CL3、F5、F5a、F9、F91。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司3.3.1不銹鋼江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司293.4密封面材料密封面是閥門的關(guān)鍵部位，密封面用材料應(yīng)耐腐蝕、抗沖蝕、耐擦傷、有足夠的擠壓強(qiáng)度（比壓）、在高溫下有足夠的抗氧化性和抗熱疲勞性，還要求與基體材料的線膨脹系數(shù)相近，并有良好的加工與焊接工藝性。對(duì)于高壓閥門的密封面，通常采用硬質(zhì)合金。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司3.4密封面材料密封面是閥門的關(guān)鍵部位，密封30硬質(zhì)合金常用牌號(hào)有：STELLITENO.6、NO.12，符合美國AWSECoCr-A和AWSECoCr-B及中國GBEDCoCr-A-03（堆焊用電焊條D802）、GBEDCoCr-B-03（堆焊用電焊條D812）的要求；亦可使用STELLITTENO.6、NO.12焊絲用氧乙炔堆焊或鎢極氬弧焊，這些焊絲符合美國AWSRCoCr-A和AWSRCoCr-B及中國牌號(hào)HS111、HS112的要求；如果采用等離子噴焊，亦可以選用鈷基合金粉末，節(jié)約材料、質(zhì)量好、同時(shí)改善了勞動(dòng)條件。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司硬質(zhì)合金常用牌號(hào)有：STELLITENO313.5承壓緊固件材料承壓緊固件主要指中法蘭連接螺栓與螺母，在閥門上直接承受介質(zhì)的壓力，對(duì)防止介質(zhì)外漏起著重大的作用，因此所選用的材料必須保證在使用壓力、溫度下有足夠的強(qiáng)度與沖擊韌性。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司3.5承壓緊固件材料承壓緊固件主要指中法蘭連32參照GB/T150-1998、JB/T5300-1991、ASMEB16.34a等標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，高壓閥門常用的緊固件材料有合金鋼與不銹鋼兩大類。3.5.1合金鋼中國標(biāo)準(zhǔn)：GB/T307730CrMoA、35CrMoA、40Cr、25Cr2MoVA、25Cr2Mo1VA；美國標(biāo)準(zhǔn)：ASTMA193-B16、ASTMA194-7。3.5.2不銹鋼中國標(biāo)準(zhǔn)：GB12202Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2、1Cr17Ni2、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti；美國標(biāo)準(zhǔn)：ASTMA193-B8、B8M，ASTMA194-8、8M。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司參照GB/T150-1998、JB/T5300-1333.6填料和墊片材料閥門用填料和墊片都是為了阻止介質(zhì)外漏的填充物。填料是用來充填料室和閥桿之間的空間，以防止介質(zhì)經(jīng)由閥桿與填料室空間泄漏；墊片則是用來充填兩個(gè)接合面（如閥體與閥蓋之間的密封面）間所有凹凸不平處，以防止介質(zhì)從結(jié)合面間泄漏。因此對(duì)填料材料的要求是耐腐蝕、密封性好、摩擦系數(shù)??；對(duì)墊片材料的要求是耐腐蝕，在工作溫度下具有一定的彈性和塑性及足夠的強(qiáng)度。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司3.6填料和墊片材料閥門用填料和墊片都343.6.1填料材料溫度不超過200的高壓閥門可采用自緊式、由上、中、下三種形狀組成的聚四氟乙烯材料制成的填料，或橡膠O形圈結(jié)構(gòu)；溫度高的閥門一般采用柔性石墨填料。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司3.6.1填料材料溫度不超過200的高壓353.6.2墊片材料墊片材料分軟質(zhì)和硬質(zhì)兩大類，軟質(zhì)材料一般為非金屬，硬質(zhì)材料一般為金屬或者用金屬包非金屬材料制成的墊片，如齒形墊、透鏡墊、環(huán)連接金屬密封圈、金屬與非金屬纏繞墊、用金屬包敷非金屬墊等。金屬墊片一般用08、10優(yōu)質(zhì)碳鋼、1Cr13、1Cr18Ni9不銹鋼制造。在特殊情況下亦有采用剛性密封結(jié)構(gòu)，即金屬與金屬直接接觸、不用任何墊片的密封，但這種結(jié)構(gòu)的密封面加工精度、表面粗糙度、平整度等要求很高、難度很大。江南控股集團(tuán)江南閥門有限公司3.6.2墊片材料墊片材料分軟質(zhì)和硬質(zhì)364設(shè)計(jì)

4.1設(shè)計(jì)程序在ISO9001：2000質(zhì)量體系程序文件第7.3要素中已有明確規(guī)定，在此僅作簡要介紹：“設(shè)計(jì)和開發(fā)控制程序”中主要包括設(shè)計(jì)策劃、設(shè)計(jì)輸入、設(shè)計(jì)輸出、設(shè)計(jì)評(píng)審、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、設(shè)計(jì)確認(rèn)和設(shè)計(jì)更改等7個(gè)程序，這里主要講3個(gè)程序。江南控股集團(tuán)江