全焊接球閥設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的變化
在20 世紀(jì)的五六十年代，我國(guó)閥門(mén)設(shè)計(jì)是按照原蘇聯(lián)的閥門(mén)設(shè)計(jì)手冊(cè)操作。閥體要進(jìn)行截面Ⅰ -Ⅰ、Ⅱ -Ⅱ和Ⅲ—Ⅲ( 圖5) 的強(qiáng)度計(jì)算，連接法蘭端的法蘭計(jì)算，閥蓋連接處端部法蘭的計(jì)算，閥蓋強(qiáng)度計(jì)算，以及螺栓強(qiáng)度計(jì)算等。如果涉及高溫、高壓，厚壁閥門(mén)，設(shè)計(jì)的工作量更大，且容易出現(xiàn)因強(qiáng)度不足而造成的事故。在60 年代末期，美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)( ASME) 成立了ASME B16. 34 分會(huì)，負(fù)責(zé)起草一份閥門(mén)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范閥門(mén)的設(shè)計(jì)。原美國(guó)閥門(mén)的設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分散在鍋爐壓力容器第Ⅲ卷和有關(guān)的管法蘭標(biāo)準(zhǔn)中，是不完整的。在20 世紀(jì)70 年代中期，出版了ASME B16. 34《法蘭端、螺紋端和焊接端閥門(mén)》標(biāo)準(zhǔn)。
閥體強(qiáng)度計(jì)算
圖5 閥體強(qiáng)度計(jì)算
對(duì)于閥門(mén)閥體的壁厚給出一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)值是一件十分困難的事。由于壁厚與閥門(mén)的結(jié)構(gòu)種類(lèi)( 如球閥、蝶閥、截止閥、閘閥等) 、工作壓力、通徑、工作溫度、閥體材料、工作介質(zhì)和外部載荷等有關(guān)，即閥體壁厚= f( 閥門(mén)類(lèi)別、閥體結(jié)構(gòu)、材料、壓力、溫度、通徑、工作介質(zhì)和外部載荷等)ASME B16. 34 定義了閥門(mén)的壓力等級(jí)( ASME Rating Class) ，給出了壓力等級(jí)系列( 如Class150、Class300、Class400……等) ，然后對(duì)應(yīng)不同的材料組別，給出一個(gè)閥門(mén)壓力等級(jí)與閥門(mén)工作壓力和溫度的關(guān)系。這樣，對(duì)于某一閥門(mén)材料，在ASME B16. 34 中可以找到一組表格，表示壓力等級(jí)與工作壓力、工作溫度間的函數(shù)關(guān)系為閥門(mén)壓力等級(jí)= f( 工作壓力，工作溫度)定義了閥門(mén)壓力等級(jí)后，閥門(mén)可以按壓力等級(jí)設(shè)計(jì)制造，然后根據(jù)不同的工作溫度，給出不同的使用工作壓力。標(biāo)準(zhǔn)給出的壁厚不考慮閥門(mén)類(lèi)型和閥體結(jié)構(gòu)型式。對(duì)于介質(zhì)的腐蝕余量和可能發(fā)生外載荷，標(biāo)準(zhǔn)提示制造商應(yīng)予以考慮。這樣，閥體的最小壁厚tm僅是閥門(mén)通徑d 和壓力等級(jí)的函數(shù)( 這一函數(shù)關(guān)系可以在ASME B16. 34 標(biāo)準(zhǔn)的列表中找到) 。
tm = f( 閥門(mén)通徑d，閥門(mén)壓力等級(jí))ASME B16. 34 標(biāo)準(zhǔn)給閥門(mén)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了方便，簡(jiǎn)化了產(chǎn)品的計(jì)算，合理給出閥體的壁厚，保障閥門(mén)的安全運(yùn)行，對(duì)于閥門(mén)制造業(yè)的推動(dòng)是巨大的。但是，標(biāo)準(zhǔn)指出，應(yīng)該注意，這是一個(gè)“保守的上限值”。這個(gè)上限值對(duì)于中小口徑閥門(mén)其質(zhì)量增加和材料消耗的影響不大，但是，隨著閥門(mén)口徑的增大和壓力等級(jí)的提高，這個(gè)值的影響逐漸加大，這一問(wèn)題已經(jīng)引起閥門(mén)制造業(yè)的深切關(guān)注。所以，歐洲體系的閥門(mén)設(shè)計(jì)很多不遵循這一規(guī)范，而采用鍋爐壓力容器規(guī)范。例如一個(gè)Class900 壓力級(jí)，口徑48in.( 1 200mm) 的全焊接球閥，德國(guó)舒克公司按德國(guó)AD 2 000 壓力容器設(shè)計(jì)，一個(gè)球形閥體全焊接管線球閥，其質(zhì)量為19t，而按ASME B16. 34 設(shè)計(jì)的筒狀全焊接管線球閥，其質(zhì)量為28. 5t。鑒此，閥門(mén)制造業(yè)按ASME 第Ⅷ卷鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)是勢(shì)在必行。
至于閥體螺栓強(qiáng)度，ASME B16. 34 即采用墊片有效外周邊所限定的面積Ag與螺栓抗拉應(yīng)力總有效面積As之比乘以閥門(mén)壓力額定等級(jí)，給出一個(gè)限定值。對(duì)于閥體流體通道上的螺栓，其限定值為7 000，對(duì)于閥蓋螺栓限定值為9 000。這種簡(jiǎn)易的方法，其本質(zhì)是不考慮螺栓材料的差異，而是按螺栓材料最低強(qiáng)度計(jì)算，也不考慮密封形式、法蘭形式的差異。因此，也是一個(gè)保守的上限值。
5、設(shè)計(jì)規(guī)范
API 6D - 2008 明確規(guī)定了ASME 第Ⅷ卷第一冊(cè)或第二冊(cè)是國(guó)際上認(rèn)可的設(shè)計(jì)規(guī)范，殼牌公司亦認(rèn)同可以選用國(guó)際上認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)中任何一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品。因此，按ASME 第Ⅷ卷規(guī)范設(shè)計(jì)是閥門(mén)制造業(yè)設(shè)計(jì)的重大變革。英國(guó)BS EN12516 - 2 標(biāo)準(zhǔn)就是鑒于閥門(mén)發(fā)展的需要提出的。標(biāo)準(zhǔn)將ASME第Ⅷ卷的規(guī)則法用于閘閥、球閥、截止閥等閥體設(shè)計(jì)計(jì)算，包括閥體壁厚用計(jì)算法替代查表法，采用開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的法則，以及閥體法蘭強(qiáng)度的計(jì)算規(guī)則，填料壓蓋的計(jì)算，螺栓的強(qiáng)度計(jì)算等。
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