张绍华，刘建峰，余宏兵，宋忠荣

(合肥通用机械研究院，安徽 合肥230031)

摘要：介绍了长输管线球阀的密封结构及功能要求，分析了阀门内漏原因和密封失效的型式，论述了长输管线球阀与一般工业用球阀的特殊性，提出了阀门施工安装和选用维护的意见。

关键词：管线球阀;密封结构;内漏;密封失效

1 概述

随着我国长输油气管线投运里程的不断增加，阀门内漏等故障时有发生，影响了管线工程质量和安全运行。本文对长输管线工程中球阀发生内漏原因进行分析与研究，提出了一些改进建议与措施。

2 性能

2.1 密封结构

长输管线的口径大，输送介质的压力高，工程中线路阀室和工艺站场所选用的球阀都是固定式球阀(图1)。固定式球阀的阀座是活塞效应阀座，球体支承在枢轴上。阀座在介质压力的作用下，向球体靠近，使阀座密封圈紧压在球体上，产生密封比压，以达到密封介质。

一个活塞效应阀座与球体可形成一个密封副。单活塞效应阀座与球体组成的密封副是单向的，双活塞效应阀座与球体组成的密封副是双向的。管线球阀的2个活塞效应阀座与球体形成2个密封副，通过单向密封副与双向密封副的有机组合形成密封结构，实现API 6D规范中的DBB,DIB一1,DIB -2的结构(图2)。任意2个密封副组合形成密封结构为DBB结构。DIB是对单一方向流体具有2次密封要求的密封结构。在DBB结构中须有一个密封副是双向的才能构成DIB结构，2个双向密封副组合形成密封结构为DIB一1结构，1个单向密封副+1个双向密封副组合形成密封结构为DIB -2结构。

图1 固定式球阀

管线球阀密封副有3种常用组合形式。①2个单向密封副(图3)，其特点是上游密封副损坏，阀门密封失效。②2个双向密封副(图4)，其特点是上游密封副损坏，阀门密封功能存在。上游、下游密封副都损坏，阀门密封失效。③1个单向密封副(上游)+1个双向密封副(下游)(图5)，其特点是上游密封副损坏，阀门密封功能存在。上游、下游密封副都损坏，阀门密封失效。

图2 阀座结构

图3 两个单向密封副

图4 2个双向密封副

2.2 功能

(1)DBB

DBB结构的阀门有两种功能。①阀门可以同时密封来自阀门两端的介质，阀门在全开或全关时，两个密封副之间的介质能放空和排出(图6)。②阀门可以分别密封来自阀门两端的介质，阀门在全开或全关时，两个密封副之间的介质能排出和放空(图7)。

图5 1个单向密封副+1个双向密封副

图6 阀门可以同时密封来自阀门两端的介质

(2)排污与放空

API 6D规范对具有DBB结构的管线球阀提出的排污和放空要求有其特殊的功能。①出厂试验时，验证阀座的密封性。②管线投产前，排空阀腔内污物。③管线投运时，在线检查阀座的密封性。④管线抢修时，代替管线上的排污与放空。

3 密封失效

管线球阀密封失效的型式有金属表面损伤(图8)、软密封圈损伤(图9)及活塞效应失效(图10)等。

图7 阀门可以分别密封来自阀门两端的介质

图8 金属表而损伤

图9 非金属密封圈损伤

4 原因分析与改进措施

4.1 设计与制造

(1)选用标准

关于球阀产品的标准规范有A PI 608和API6D等。按API 608标准规范设计和制造的球阀产品主要应用于ASME 831. 3工艺管道系统中。按API 6D标准规范设计和制造的球阀产品主要应用于ASME 831. 4及ASME 831. 8长输油气管道系统中。符合API 6D规范要求的球阀产品通称管线球阀。

我国专门生产长输管道工程阀门的制造商较少，在生产过程中应充分理解管线球阀的相关规范和特殊性，特别是对密封结构和排污、放空及注脂等功能的要求，才能生产出完全符合API 6D规范要求的管线阀门。

图10 活塞效应失效

(2)特殊性

长输油气管道工程与一般工业用户的工艺管道工程相比存在许多特殊性(表1)。

表1 工业阀门与管线阀门性能对比

(3)工况条件

长输管道工程线路长，建设至投产周期较长，施工地点分布广，管道埋地或翻山越河，施工环境恶劣，管道内会残留沙石和泥土。如果阀腔储物空间小，会导致球体划伤。密封面材料选择不合理，会造成密封失效对阀门密封性能产生影响，在阀门结构设计时应加以关注。

4.2 施工

(1)管道与阀门组焊之前，应清理干净管道内的沙石、泥土和施工垃圾等，防止沙石和泥土等进入阀腔。

(2)阀门与管道组焊时，阀门应处于全开位置，防止焊接飞溅物粘接在球面或阀座，造成密封副损坏。

(3)管道强度试压后，应完全排空管道和阀腔中积水，防止出现左、右阀体与阀座接触的内腔表面锈蚀，泥土结垢和阀座卡塞。

4.3 维护

(1)在招标和采购过程中，明确提出管线阀门的技术要求、工况条件及与普通阀门的差别。

(2)从设计制造经验和能力等因素入手选择制造商，减少安装到管线的阀门不能适应管线工况造成的浪费。

(3)选择技术服务能力和经验丰富的第三方技术支持单位，把好产品质量控制的监造环节。

(4)严格执行阀门投运前的试压、吹扫、置换和维护等工作，减少管线球阀密封失效的数量。

5 结语

长输管道工程线路长、口径大、施工环境恶劣，引起管线球阀内漏的原因是多方面的。在招标和采购过程中，供应商的评价和技术要求等应有具体明确的措施。在施工中应加强管理，严格执行施工要求及管道内部的清洁工作。阀门结构设计时，充分研究API 6D标准规范的相关要求，针对长输管道工程的特殊性，设计出符合规范要求满足长输管道工程需要的管线球阀。