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管线球阀的技术现状及发展方向

1概述

用管线输送液体或者气体在近年来获得了迅速的进展。长输管线（长距离输送管道）上使用的阀门被称

之管线阀门。管线阀门（球阀、闸阀、止回阀与旋塞阀等）是一种满足管道运输的特殊要求并具备特殊功能

的专用阀门。关于管线球阀其技术标准是美国石油协会颁发的API6D与国际标准ISO14313-1999。这种

球阀全通径、低流阻，作为长输管线用阀已得到快速的进展。

2技术性能

长输管线的实际工况环境恶劣，其安装从北极圈到赤道，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、湖泊与山坡，有的架设，有的直埋地下，在野外操作，维修困难，要求30

年使用寿命。长输管线通常输送的介质为原油与天然气，虽经处理但介质含有硫化物、杂质及异物，且要求

零级密封。因此，对管线球阀提出了严格的技术要求。

（1）强度与韧性阀门除了承受内部介质压力之外，尚需承受由于环境温度变化而引起的轴向拉力与压

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。关于全焊接阀体球阀，焊缝及热影响区，需要按照断裂力学理论，考虑其断裂韧性。

（2）零级密封阀门要求零级密封，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，与一旦密封失效时应采取紧急密

封措施。

（3）失火安全与防静电管线球阀设计需考虑失火安全。一旦失火，阀门的外漏与内漏不能超过

API607规定的泄漏标准。球体被非金属材料夹持，可能产生静电，务必与阀体导通，在24VDC下，电

阻值10Ω。

（4）DBB功能（DobleBrockBleed）在阀腔排泄时，上游端阀座与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不管阀门处于开启或者关闭位置，均应防止介质在阀腔中被夹持。假如介质

可能夹持。则关于气体介质或者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或者更大。

（6）排泄阀腔的介质能够排泄，并通过排泄孔对阀门进行在线密封检测。

（7）位置指示不管手动或者动力驱动，应有明显的阀位指示，说明阀门处于开启位置或者关闭位置。

（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NACEMR0175要求。

（10）紧急切断长距离管道输送系统使用卫星监控系统，当管线压降速率或者持续时间达到某一设定

值，阀门应紧急切断。

（11）防腐蚀使用全焊阀体结构，管道阴极接地与外表面防腐，防止地下水的电位腐蚀与应力腐蚀。

3国外管线球阀的进展

图1全焊接球形阀体管线球阀

图2筒状阀体管线球阀

美国Cameron司的产品阀体为全焊接球状，密封材料为尼龙或者PTFE，可转动阀座，上下阀杆轴

支承，进口端密封，出口端腔体压力自动向下游端泄放。该司的全焊接球形阀体结构，以其高的可靠性，

广泛用于重要的长输管线中，如美国阿拉斯加原油输送管线。意大利Grove司生产的球阀以双活塞效应，

防爆橡胶O形圈或者PTFE密封材料，支撑板支轴球结构，分体式阀体，便于维修，广泛用于长输管线的

场站与增压站。其后进展的圆筒状或者准圆筒状全焊接阀体球阀在长输管线中亦用作紧急切断阀。在某些场

合，客户需要在线维修，可选用上装式结构管线球阀（图3）。

图3上装式结构管线球阀

由于商业上的竞争，促进技术上也相互交融。美国Cameron司的Dynaseal370系列产品即为分

体式结构，同时与全焊接阀体产品配套销售。意大利Grove司也推出准球状的全焊接阀体结构在主管线

中获得应用。而其他司如TIX，KITZ则汲取两大类型的优点，根据各自制造工艺特点，推出球状全焊接

阀体双活塞效应橡胶密封材料的管线球阀产品（图4）。

图4日本TIX球状全焊接阀门

4结构设计

管线球阀的设计理念最根本的是安全