高压阀门设计 课件.ppt

,2007年9月,高压阀门的设计,江南控股集团,江南阀门有限公司,公称压力是表达阀门压力高低的尺度，新中国成立至今，对公称压力己先后有三次大的改动。除了公称压力外，还有以下常用的压力：（1）工作压力 ：指阀门在正常工作情况下，可能达到的最高压力；（2）设计压力 ：指阀门设定的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力；（3）试验压力：指阀门进行压力试验时的压力。,1概述 1.1公称压力,我国国家标准、美国ASME标准、欧盟标准的压力等级值对照： 标准类别 公称压力（压力等级）EN （bar） 20 50 110 150 260 320 420 600 760GB PN 20 50 110 150 260 320 420 600 760ASME （CL.） 150 300 600 900 1500 2000 2500 3500 4500,江南控股集团,江南阀门有限公司,压力-温度额定值是一种划分压力等级的标准，我国阀门的压力-温度额定值是参照GB/T12224-2005“钢制阀门一般要求”标准执行，但国际上比较通用的标准是美国ASME B16.34“法兰、螺纹和焊接端连接的阀门”，这些标准规定了不同材料组别在不同温度下的最高工作压力，或者以温度和工作压力来确定压力等级。,江南控股集团,江南阀门有限公司,1.2压力-温度额定值,标准压力级阀门：是指满足GB/T12224或ASME16.34a标准的阀门，除满足其附录规定的无损探伤检验要求之外的阀门，都定为标准压力级阀门；专用压力级阀门：亦有叫特殊压力级阀门，是指除满足标准级阀门的要求外，还要满足其附录要求的无损探伤检验要求的阀门，但不适用于法兰连接端阀门；限定压力级阀门：是指NPS21/2及更小的螺纹端或焊接端阀门，但不适用于法兰连接端阀门；中间额定值阀门：是指焊接端或螺纹端阀门在压力等级数值内处于表列额定温度或额定压力之间的中间额定值可以用线性插值法确定，但不适用于法兰连接端阀门；组焊阀门：是指完全或部分用铸件、锻件、棒料、板材或管材组焊而成的阀门。,江南控股集团,江南阀门有限公司,1.3高压阀门的界定,阀门行业内曾有一个共识：（1）绝对压力低于1个大气压的阀门叫真空阀；（2）压力1.6MPa叫低压阀门；（3）压力2.56.4MPa叫中压阀门；（4）压力10.080.0MPa叫高压阀门；（5）压力100.0MPa叫超高压阀门。,江南控股集团,江南阀门有限公司,在汽轮机制造行业又按下列范围划分：（1）低压 22.15MPa（8）超超临界 32.0MPa,江南控股集团,江南阀门有限公司,高压阀门有两种工况，一种是介质处于常温、但压力很高，比如油田采油和注水用阀门；另一种是介质处于高温状态，压力亦高，比如热电厂用的主蒸汽系统阀门。这两种 虽然同样都属“高压阀门”，但设计准则和材料选用却各不相同，前者只考虑强度和刚度就可以，而后者还应考虑高温下材料的强度和蠕变。,江南控股集团,江南阀门有限公司,2结构 2.1各类高压阀门的典型结构,2.1.1 高压闸阀高压闸阀主要由阀体、阀盖、闸板、阀杆、支架、填料密封部分、执行机构等零部件组成 。,江南控股集团,江南阀门有限公司,江南控股集团,江南阀门有限公司,2.1.2高压截止阀,高压截止阀主要由阀体、阀盖、阀瓣、阀杆、支架、填料密封部分、执行机构等零部件组成 。,江南控股集团,江南阀门有限公司,江南控股集团,江南阀门有限公司,2.1.3高压球阀,高压球阀主要由阀体、阀座、球体、阀杆、填料密封部分、执行机构等零部件组成。,江南控股集团,江南阀门有限公司,江南控股集团,江南阀门有限公司,2.1.4高压止回阀,高压止回阀主要由阀体、阀盖、阀瓣等零件组成。,江南控股集团,江南阀门有限公司,2.2高压阀门的结构特征,高压阀门的结构与中压阀门有许多相同之处，比如零件的构成、形状等。但由于承受介质的压力高或者温度亦高，所选用的材料亦不一样，因此在一些具体部位上仍有其特点，现分别予以表述。,江南控股集团,江南阀门有限公司,2.2.1中法兰连接结构,中压阀门一般都采用法兰连接和螺纹连接（用于小口径），而高压阀门采用内压自紧密封结构较多，密封圈用非金属和金属均可，能依靠介质自身压力的作用达到密封的目的，当然需要一定的预紧力，密封效果好，巳成为传统的中法兰连接结构之一。,江南控股集团,江南阀门有限公司,2.2.2填料结构,填料结构是防止介质从阀杆与阀盖连接部位泄漏出来，常用结构有以下结构。,江南控股集团,江南阀门有限公司,2.2.4与管道连接结构,高压阀门与管道一般采用焊接端连接，消除漏点、密封可靠，但维修与更换不便。所以在标准规定的范围内亦允许采用法兰连接，小口径的亦有使用内螺纹连接结构的，不过用户订货时往往已经选定了与管道连接的方式，不必由制造厂决定。,江南控股集团,江南阀门有限公司,2.2.5压力平衡结构,为了减小阀杆在高压工况下的作用力，并充分利用介质自身的压力达到密封，高压阀门往往采用压力平衡结构会起到很好的效果 。,江南控股集团,江南阀门有限公司,3材料3.1承压件与控压件,阀门零件按其在整台阀门中的作用有“承压件”和“控压件”之分，在美国API6D“管道阀门”标准中作了以下表述：承压件是指设计为承受管道介质（压力）的零件，如阀体、阀盖、填料压盖、阀杆、垫片和螺栓等；控压件（压力控制零件）是指用于阻塞或允许介质流动的零件，如关闭件、阀座等。,江南控股集团,江南阀门有限公司,3.2壳体材料,壳体包括阀体、阀盖等零件，直接承受介质压力，为阀门的承压件，其材料必须具有能在规定的介质、温度和压力下达到应有的机械性能、化学成份，并有良好的冷、热加工工艺性。在GB/T12224“钢制阀门 一般要求”标准中，列入了1.01.5六组碳钢、低合金钢，1.9、1.10、1.13、1.15四组铬钼钢，2.12.5五组不锈钢材料，共计15组不同的材料。在ASMEB16.34a“法兰、螺纹和焊接端连接的阀门” 标准中，列入了1.1-1.15十五组碳钢、合金钢，2.1-2.8八组不锈钢材料，共计23组不同的材料。,江南控股集团,江南阀门有限公司,3.2.1碳素钢,碳素钢一般适用于温度在-29425的非腐蚀性介质。 根据GB/T12224-2005的规定： 常用的碳素钢铸件材料有：中国标准：GB/T 12229 WCA（ZG205-415）、WCB（ZG250-485）、WCC（ZG275-485），括号内的材料为GB/T 5631的牌号；美国标准：ASTM A216 WCA、WCB、WCC。 常用的碳素钢锻件（含板材）材料有：中国标准：GB/T 699 25； GB/T 711 25； GB/T 6654 20R、16MnR；JB 4726 16Mn；美国标准：ASTM A105。,江南控股集团,江南阀门有限公司,3.2.2合金钢,合金钢（铬-钼钢、铬-钼-钒钢）适用于温度为-29650高温、高压的工况，主要便用在火力发电的高温、高压蒸汽，炼油厂的催化裂化和加氢装置上。 根据GB/T12224-2005的规定： 常用的合金钢钢铸件材料有：中国标准：JB/T 5263 WC1、WC6、WC9、C12A；JB/T 9625 ZG20CrMo、ZG20CrMoV、ZG15Cr1Mo1V、ZG1Cr5Mo；美国标准：ASTM A217 WC1、WC6、WC9、C5、C12、C12A。 常用的合金钢锻件（含板材）材料有：中国标准：GB/T 6654 15CrMoR、12Cr2Mo1R，JB/T 9626 15CrMo、12Cr1MoV、15Cr1Mo1V、1Cr5Mo； 美国标准：ASTM A182 F11、F22、F1、F5、F9、F 91。,江南控股集团,江南阀门有限公司,3.2.3奥氏体不锈钢,在石油化工装置上，介质往往既有高温、高压，又有腐蚀性，因此必须选用既耐高温、高压，又耐腐蚀的材料。奥氏体不锈钢的高温强度高，尤其是含有Ti、Nb等合金元素的18-8钢，其高温性能更优越。 常用的不锈钢钢铸件材料有：中国标准：GB/T 12230 ZG03Cr18Ni10、ZG08Cr18Ni9、ZG08Cr18Ni9Ti、ZG12Cr18Ni9Ti、ZG08Cr18Ni12Mo2Ti、ZG12Cr18Ni12Mo2Ti、CF3、CF3M、CF8、CF8M、CF8C；美国标准：ASTM A351 CF3、CF3M、CF8、CF8M、CF8C、CG8M、CF10、CF10M，ASTM A217 CA15。 常用的不锈钢锻件（含板材）材料有：中国标准：GB/T 1220 0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、1Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti；美国标准：ASTM A182 F304、F316、F304L、F316L、F321、F304H、F316H、F51、F53、F55。,江南控股集团,江南阀门有限公司,在电力行业标准DL/T 922-2005“火力发电用钢制通用阀门订货、验收导 则”标准中巳对承压件主体材料作了如下规定：WCB 或 ASTM A216 WCB，25或ASTM A105 最高适用温度为427；WC1或ASTM A217 WC1，ASTM A182 F1 468WC6或ASTM A217 WC6，15CrMo或ASTM A182 F11 540WC9或ASTM A217 WC9，ASTM A182 F22 570ASTM A217 C12A，ASTM A182 F91 600ZGCr5Mo，Cr5Mo 550ZG20CrMoV，12Cr1MoV 550ZG15Cr1Mo1V，15Cr1Mo1V 570ZG1Cr18Ni9Ti，1Cr18Ni9Ti 650ZG1Cr18Ni12Mo2Ti，1Cr18Ni12Mo2Ti 650,江南控股集团,江南阀门有限公司,3.2.4关于熔模铸造件（精铸件）,在GB12224-89的老标准中曾规定，精密铸造件不得用于公称压力PN10.0MPa的阀门，但在新标准和ASMEB16.34a标准中己作了修改，规定当DN100、PN110的阀体和阀盖，采用精铸件时，应符合其表1涉及的标准要求；当精铸件大于上述范围时，则应符合材料标准的全部要求。,江南控股集团,江南阀门有限公司,3.3阀杆材料,阀杆是阀门的承压件之一，在阀门开启和关闭过程中，承受拉、压、剪切和扭转作用力，并与介质直接接触，同时和填料之间还有相对摩擦运动，因此阀杆材料必须保证在规定的介质、温度、压力下有足够的强度及冲击韧性，并有能满足要求的耐腐蚀性和抗擦伤性，还有良好的工艺性。,江南控股集团,江南阀门有限公司,3.3.1不锈钢中国标准：GB/T 1220 2Cr13、3Cr13、1Cr17Ni2、1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti、1Cr18Ni12Mo3Ti、0Cr17Ni4CuNb（17-4PH）；美国标准：ASTM A182 F6a 、F304、F316、F304L、F316L、ASTM A276 304、316、304L、316L。 3.3.2合金钢中国标准：GB/T 1221 38CrMoAl、4Cr10Si2Mo，GB/T 3077 25Cr2Mo1V、25Cr2MoV、20Cr1Mo1V1A； 美国标准：ASTM A182 F11CL2、F12CL2、F22CL3、F5、F5a、F9、F91。,江南控股集团,江南阀门有限公司,3.4密封面材料,密封面是阀门的关键部位，密封面用材料应耐腐蚀、抗冲蚀、耐擦伤、有足够的挤压强度（比压）、在高温下有足够的抗氧化性和抗热疲劳性，还要求与基体材料的线膨胀系数相近，并有良好的加工与焊接工艺性。对于高压阀门的密封面，通常采用硬质合金。,江南控股集团,江南阀门有限公司,硬质合金常用牌号有：STELLITE NO.6、NO.12，符合美国AWS ECoCr-A和AWS ECoCr-B及中国GB EDCoCr-A-03（堆焊用电焊条D802）、GB EDCoCr-B-03（堆焊用电焊条D812）的要求；亦可使用STELLITTE NO.6、NO.12焊丝用氧乙炔堆焊或钨极氩弧焊，这些焊丝符合美国AWSRCoCr-A和AWSRCoCr-B及中国牌号HS111、HS112的要求；如果采用等离子喷焊，亦可以选用钴基合金粉末，节约材料、质量好、同时改善了劳动条件。,江南控股集团,江南阀门有限公司,3.5承压紧固件材料,承压紧固件主要指中法兰连接螺栓与螺母，在阀门上直接承受介质的压力，对防止介质外漏起着重大的作用，因此所选用的材料必须保证在使用压力、温度下有足够的强度与冲击韧性。,江南控股集团,江南阀门有限公司,参照GB/T150-1998、JB/T5300-1991、ASME B16.34a等标准的规定，高压阀门常用的紧固件材料有合金钢与不锈钢两大类。 3.5.1合金钢中国标准：GB/T 3077 30CrMoA 、35CrMoA、40Cr、25Cr2MoVA、25Cr2Mo1VA；美国标准：ASTM A193-B16、ASTM A194-7。 3.5.2不锈钢中国标准：GB1220 2Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2、1Cr17Ni2、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti；美国标准：ASTM A193-B8、B8M，ASTM A194-8、8M。,江南控股集团,江南阀门有限公司,3.6填料和垫片材料,阀门用填料和垫片都是为了阻止介质外漏的填充物。填料是用来充填料室和阀杆之间的空间，以防止介质经由阀杆与填料室空间泄漏；垫片则是用来充填两个接合面（如阀体与阀盖之间的密封面）间所有凹凸不平处，以防止介质从结合面间泄漏。因此对填料材料的要求是耐腐蚀、密封性好、摩擦系数小；对垫片材料的要求是耐腐蚀，在工作温度下具有一定的弹性和塑性及足够的强度。,江南控股集团,江南阀门有限公司,3.6.1填料材料,温度不超过200的高压阀门可采用自紧式、由上、中、下三种形状组成的聚四氟乙烯材料制成的填料，或橡胶O形圈结构；温度高的阀门一般采用柔性石墨填料。,江南控股集团,江南阀门有限公司,3.6.2垫片材料,垫片材料分软质和硬质两大类，软质材料一般为非金属，硬质材料一般为金属或者用金属包非金属材料制成的垫片，如齿形垫、透镜垫、环连接金属密封圈、金属与非金属缠绕垫、用金属包敷非金属垫等。金属垫片一般用08、10优质碳钢、1Cr13、1Cr18Ni9不锈钢制造。在特殊情况下亦有采用刚性密封结构，即金属与金属直接接触、不用任何垫片的密封，但这种结构的密封面加工精度、表面粗糙度、平整度等要求很高、难度很大。,江南控股集团,江南阀门有限公司,4 设计4.1 设计程序,在ISO9001：2000质量体系程序文件第7.3要素中已有明确规定，在此仅作简要介绍：“设计和开发控制程序”中主要包括设计策划、设计输入、设计输出、设计评审、设计验证、设计确认和设计更改等7个程序，这里主要讲3个程序。,江南控股集团,江南阀门有限公司,4.2设计方案及实施,设计方案是在明确了各项设计输入之后进行的，主要包括产品的结构方案、材料选用、相关标准的确定、关键工艺的考虑等，经评审、批准后即可按设计输出文件的要求组织实施 。,江南控股集团,江南阀门有限公司,4.3 设计计算,高压阀门的设计计算方法与普通阀门有许多是相同的，比如计算中的许多共性内容，如壳体的壁厚计算、中法兰和连接螺栓的强度计算、密封面的比压计算、填料装置的密封和强度计算等。所用的计算公式、材料许用应力、相关系数等，基本上相同或相似；亦有许多因阀而异的计算内容，如阀杆的开闭轴向力、扭矩及其强度计算和稳定性校核等，各类阀门各有不同的计算方法；有功能性要求的阀门还应进行功能性方面的计算，如流体计算、减压阀的减压特性计算、调节阀的调节特性计算等。,江南控股集团,江南阀门有限公司,5检验,高压阀门制造过程中的检验与普通阀门基本相同，如检验程序、检验依据、检验内容、检验方法等。但由于高压阀门的工作条件比普通阀门苛刻，因此会有更多的要求，如无损探伤等。,江南控股集团,江南阀门有限公司,5.1检验依据,高压阀门的检验依据主要有下列文件：（1）以产品图纸为主的设计文件；（2）工艺文件；（3）相关标准（包括产品设计、制造标准、材料标准、产品检验和试验标准等）；（4）与用户签订的合同和技术协议等。,江南控股集团,江南阀门有限公司,5.2检验内容,高压阀门的检验内容主要包括材料检验、无损探伤、尺寸检验、装配检验、试压（壳体强度和密封）、最终检验等。,江南控股集团,江南阀门有限公司,