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管线阀门的发展历程
时间:2012/8/29 21:35:10 点击次数:979

管线阀门的发展历程

管道输送已成为当代能源运输的主要方式,利用长距离管道输送油、气、煤等资源已成为当今世界解决能源输
送的最主要手段。世界上主要油气生产国和消费国都大量使用长输管线来解决油气资源的运输问题,天然气的输送
95%以上采用管道输送方式。据统计,目前世界上已有油、气长距离输送管线总长度超过260万公里,其中,天然气
输送管线总长度约140万公里,占总长度的二分之一以上。

从国外的建设和运行的经验来看,在同样输送量的情况下,建一条大口径管道比建几条小口径管道更为经济;而且
在一定范围内提高介质的输送压力同样能够增加效益。国外,长输管线直径大于1米的管道长度约占总长度的80%。
最大管径为1420毫米,最高压力为11.8MPa。

长输管线在起点站、中间增压站、干线上和各系统的出入端等处需设置启闭和控制的阀门。因可能受到各类灾害和
事故的影响,长距离油气输送管道可能会产生断裂、油气外漏、起火爆炸等问题,长输管线每隔20~30千米一段距
离的管路上,还需设置一个紧急切断阀、电动阀或气动阀等阀门。可见一条长输管线上将使用很多的阀门。长输管
线经过沙漠、雨林沼泽、山地、平原,所经地区气候恶劣、环境条件差,因此对阀门的要求比通用阀门更高,管线
阀门要具有更高的强度和更好的密封性能、更高的使用寿命、操作快速轻便、维修方便。

国外长输管线起步早、发展较快,我国还没有大口径的长输管线,大口径的长输管线的建设处于起步阶段,因此,
须认真做好配套产品的标准制定、产品性能检验等工作。

二、长输管线用阀概况

利用长输管线输送需控制介质的流动,因而在管线上需要大量的阀门。长输管线上的阀门,主要有两种用途:①
在干线和各系统的出入口处,起启闭切断作用和安全保护作用;② 在管线起点站和中间增压站内,起控制介质输
送的作用。

国外,长输管线上选用量最大的阀门主要为:平板闸阀、球阀、紧急切断球阀、止回阀、快速球型调节阀等。阀门
的连接形式为:法兰连接和对接焊两种。阀门的驱动方式有:手动、电动、气动、液动、电-液联动、气-液联动等
多种驱动形式。

国外,长输管线用阀主要执行美国石油学会标准API 6D规范,并符合相应的产品标准。

(一)从长输管线用阀的发展趋势来看,要求管线阀门有以下特点和功能:

⑴ 具有良好密封性能的阀门(适应各种介质和多变的工况条件);
⑵ 具有良好防火性能的阀门;
⑶ 结构紧凑、体积较小,并具有抗蚀性能和耐磨损的阀门;
⑷ 适用于长输管线大口径的阀门和输送液化天然气的高压低温阀门;
⑸ 便于清管和具有良好的抗外应力结构;
⑹ 机电一体化程度高的阀门。

管线阀门1914年,第一条9公里长的输油管线在美国中部建成,从此拉开管道工业发展的序幕。用管线来输送液体或气体,其成本是铁路运输的1/3,海上运输的2/3,所以近一百年来获得了迅速的发展。长距离输送管道称之谓长输管线,长输管线上使用的阀门称之谓管线阀门,有球阀、闸阀、止回阀、旋塞阀,是一种满足管道运输的特殊要求,具备特殊功能的专用阀门。对于球阀则称之谓管线球阀。规范管线球阀的技术标准是美国石油协会颁发的API规范6D《石油天然气工业-管道输送-管线阀门》,最新版本2000年1月颁布的第22版,以及1999年颁发的国际标准ISO14313-1999。
  实际上管道工业的迅速发展是二十世纪五十年代的事,根据《Pipeline》杂志2000年统计,全世界已建成管线260万公里,其中输油管线80万公里,输气管线140万公里,其他石油化工产品输送管线40万公里。输油输气管线是一条能源供应线,是一条生命线,已遍布全球,并且每年仍以3万公里的速度递增。管线阀门的最高压力级PN42.0Mpa(Class2500),阀门最大通径60英寸(DN1500)。
  世界上著名的长输管线如美国阿拉斯加到大西洋东海岸长岛的原油输送管线,穿过北极圈冻土层和美国五大湖的沼泽地;俄罗斯横贯西伯利亚的输油管线;地中海地区从阿尔及利亚经摩洛哥至西班牙的输气管线,全长2000公里,穿过沙漠,阿特拉斯山脉和直布罗陀海峡;在东南亚从菲律宾经马来西亚、爪哇、苏门答腊,至泰国全长6276公里输气管线,其中1094公里海底输气管线,等等。
  硬密封球阀的结构可追溯到1904年,已有人申请了结构专利,但一直未获得商品化,它的发展也是20世纪50年代的事,这是由于1943年美国杜邦公司聚四氟乙烯塑料的发明,这种材料具有一定的弹性,自润滑性,优良的耐腐蚀性,十分适宜于作为阀门的密封材料。以及车球机、磨球机的进步。由于这种阀门是全通径、低流阻,十分适宜作为长输管线用阀,所以管线球阀已逐步取代管线闸阀、旋塞阀,是一种近50年来发展最快的一个阀门新品种。
  二、 管线输送对管线球阀的严格要求
  长输管线是全球性的,是一条能源供给线,从北极圈到赤道,从高山到海底,从高原到沙漠,其间穿过地震带、沼泽地、冻土层、江河、湖泊、山坡。有架设的,有直埋地下,在野外操作,维修困难,要求30年使用寿命。一般输送原油、天然气,虽经处理但含硫,含铁锈及金属颗粒,且要求零级密封,实际的使用环境恶劣和能源供给线的重要性,对管线球阀提出了严格的技术要求.
  1、 强度和韧性
  阀门除了承受内部介质压力之外,尚需承受地基承载,由于环境温度变化而引起的轴向拉力和压力,考虑滑坡,地面沉降,洪水而引起的外部载荷,在寒带及冰冻地区尚需考虑材料低温冲击韧性,防止低温脆性断裂。对于全焊接阀体球阀,焊缝及热影响区,需要按照断裂力学理论,考虑其断裂韧性(CTOD)
  2、零级的密封要求
  阀门要求零级密封,以确保对下游端管线的有效截断,考虑介质中金属颗粒对零级密封的影响,金属对金属密封作为初级密封,PTFE/橡胶对金属作为次级密封,硬密封球阀以及一旦密封失效时应采取紧急密封措施。
  3、具备失火安全和防静电功能;
  管线球阀设计需考虑失火安全(fire safe),一旦失火,阀门的外漏和内漏不能超过API607规定的泄漏标准;球体被非金属材料夹持,可能产生静电,必须与阀体导通,在24VDC下,电阻值<10欧姆。
  4、DBB功能(Double Brock & Bleed)
  在阀腔排泄时,上游端阀座和下游端阀座应同时自动切断,以确保排放时的安全。
  5、防止阀腔压力的夹持;
  无论阀门处于开启或关闭位置,均应防止介质在阀腔中被夹持,如果介质可能夹持,则对于气体介质或液体介质均要确保自动泄放阀腔内的压力,阀腔压力泄放的最大值不超过阀压力额定值的1.33倍,外部压力泄放阀的口径为DN15或更大。
  6、排泄
  阀腔的介质可以排泄;并通过此排泄孔对阀门进行在线密封检测。
  7、位置指示
  无论手动或动力驱动,要有明显的阀位指示表明阀门处于开启位置或关闭位置;
  8、传动链
  传动链的设计扭矩至少应为球阀最大扭矩的2倍。
  9、硫化工况
  承压部件及螺栓材料应具有抗应力裂化的能力,符合NACE,MR 0175要求.
  10、紧急切断功能
  长距离管道输送系统采用卫星监控系统(SCADA System),当管线压降速率或持续时间达到某一设定值,阀门应紧急切断;
  11、考虑地下水的电位腐蚀和应力腐蚀.
  采用全焊阀体结构,管道阴极接地和外表面防腐,来防止电位腐蚀和应力腐蚀。

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