DBB与DIB型固定球阀的密封结构与方向性分析.pdf

API6DDBB 及及 DIB 型管线阀门结构解析型管线阀门结构解析 核心提示核心提示 旋塞阀 平板闸阀和固定式球阀 是应用 DBB 和 DIB 结构最多的阀种 本文 根据 API 公开的相关标准及增补资料 结合固定式球阀阀座密封结构的具体功能实现 对 DBB 和 DIB 型管线阀门的技术特征作一初步解析 以期为制造商正确设计和用户合理 选型 API6D 标准管线阀门 提供实例指引 美国石油学会 AmericanPetroleumInstitute API 在 2008 年 4 月第 23 版 API6D Petroleumandnaturalgasindustries Pipelinetransportationsystems Pipelinevalves 石油 天然气工业 管道输送 管线阀门 标准 也即国际标准 ISO14313 2007 中第 4 7 和第 4 8 节明确提出了 DBB 及 DIB 型管线阀门的结构特征定义 由于标准原文在这两处的表述非 常简略 且较为相似 易导致使用者解读时出现较多偏差 给业内特别是厂家设计部门 和用户层面 造成一定程度的技术混淆和供货纠纷 旋塞阀 平板闸阀和固定式球阀 是应用 DBB 和 DIB 结构最多的阀种 本文根据 API 公开的相关标准及增补资料 结合固定式球阀阀座密封结构的具体功能实现 对 DBB 和 DIB 型管线阀门的技术特征作一初步解析 以期为制造商正确设计和用户合理选型 API6D 标准管线阀门 提供实例指引 1 管线阀门的管线阀门的 DBB DIB 结构定义结构定义 DBB 和 DIB 概念 是 API 为适应现代油气工业流体控制设备市场 对管线阀门的低 成本高可靠性需求而提出的 如在危险介质 易燃易爆 有毒 有腐蚀性等 输送管线下 游进行维修巡检时 要求开关阀必须实现零泄漏 ZeroLeakage 以可靠地截断介质 对在 线阀门本身密封性能进行检测 甚至对其进行小规模维护时 要求管网不停车等 1 1 DBB API6D 2008 中关于 DBB 结构定义的原文为 Duble block and bleedvalve Singlevalvewithtwoseatingsurfacesthat intheclosedposition providesasealagainstpressurefrombothendsofthevalvewithameansofventing bleedingthecavi tybetweentheseatingsurfaces Note Thisvalvedoesnotprovidepositivedoubleisolationwhenonlyonesideisunderpressure 1 建议译作 双阻塞与排放阀 具有两个阀座密封面的单体式 非复合联装式 阀门 当其处于关闭位置时 能阻断 阻塞 同时来自阀门上下游端的介质压力 且夹持在阀座 密封面间的阀体腔介质有泄放通道 注 当该类型阀门仅承受来自单一方向 上游或下 游 的介质压力时 不提供确实的双隔离功能 1 2 DIB API6D 2008 中关于 DIB 结构定义的原文为 Double isolation and bleedvalve Singlevalvewithtwoseatingsurfaces eachofwhich intheclosedposition providesasealagainstpressurefromasinglesource withameansofventing bleedingthecavitybetweentheseatingsurfaces Note Thisfeaturecanbeprovidedinonedirectionorinbothdirections 1 建议译作 双隔离与排放阀 具有两个阀座密封面的单体式 非复合联装式 阀门 当其处于关闭位置时 阀座能独立地隔离 密封 来自其两侧 流道和阀腔 的介质压力 且 夹持在阀座密封面间的阀体腔介质有泄放通道 注 具备双隔离功能的阀座可在该类型 阀门的单端或双端提供 由此可见 API6D 2008 中第 4 部分关于 DBB 和 DIB 型管线阀门的结构定义 确实 过于简略 不易被正确理解 结合该版标准附录 B 中关于 DIB 阀门的试验规定 还可看 到 API 将 DIB 型阀门又分为 DIB 1 型和 DIB 2 型两种 DIB 1 bothseatsbi directional DIB 2 oneseatuni directionalandoneseatbi directional 即 API 明确指出 管线阀门的两个阀座 均为双向密封 双隔离 类型的 称为 DIB 1 型 一个阀 座为流道侧单向密封 而另一个阀座为双向密封类型的 称为 DIB 2 型 也不难看出 区别 API6D 管线阀门 DBB DIB 1 型 2 型 特征的主要因素 是产品 的 2个阀座结构及其组合应用形式 且DBB型阀门的密封性能特征被DIB型阀门所包含 1 3 常见的解读错误常见的解读错误 1 将双联装阀门误作 DBB 阀门 双联装阀门 指将两套独立的开关型密封内件以 及相应的独立操作机构 两套阀杆及驱动装置 集成安装在同一阀体或两个阀体中 作为 整体装置并遵循普通单体式阀门端口标准连接到管线系统中 其联动内件的关闭对介质 而言 具有双重隔绝封堵作用 部分双联装阀门 多见于双联球阀 生产企业 则据此在 选型推荐手册中将产品宣称为 DBB 阀门 然而根据 API6D 标准的明确定义 DBB 阀门实 质是具有两个密封阀座的单体式阀门 其突出优点或设计初衷 就是要以这种具有明显 成本优势的新型密封结构阀门 替代双联装阀门 在管线系统 双保险 场合的应用 2 不恰当翻译 国内目前尚未见获得 API 正式授权翻译的 API6D 2008 中文出版物 但行业内常用一份由某研究所翻译的中文版标准 其关于 DBB 和 DIB 定义部分的译文 笔者以为此处过于追求直译 以致未能准确表示出 API 的真实意思 谨提出如下 双截流与泄压的 DBB 阀门 有两个阀座密封面的阀门 在关闭位置 通过泄放 密封面之间的阀腔 可抵抗来自阀门两端的压力 双隔离与泄压 DIB 阀门 有两个 阀座密封面的阀门 在关闭位置 通过泄放密封面之间的阀腔 每个密封面抵抗一个源 头的压力 根据这部分字面含义 读者很可能会得出管线阀门的 DBB 和 DIB 功能需要通过 泄 放阀腔介质压力 来实现的错误结论 实际上 可泄放阀腔介质压力 是这些类型的管 线阀门本身具有的性能特征 而不是其密封性能构造条件 另外 还有部分厂家将 DBB 或 DIB 中的 block 含义翻译为双排放 如双阻塞双排 放阀 双隔离双排放阀 笔者认为也不妥当 因为 API6D 中并没有规定泄放阀腔夹持介 质的通道数量 厂家设计时 可根据实际需要配置 与双阻塞或双隔离概念不同 二者具有明确的 双向 含义 即 双阻塞 指阻 断来自阀门上下游两端的介质压力 双隔离 指隔绝来自阀座两侧 流道和阀腔 的介 质压力 3 DBB 和 DIB 混为一谈 部分制造商和用户 没有真正理解 API 提出的 DBB 和 DIB 型管线阀门结构区别 特别是由于 DBB 型阀门结构提出较早 在行内的认知度和应用范 围广 使得 DIB 型阀门容易因人们思维定势 而错与单纯的 DBB 型结构混淆 导致生产 方面出现设计纰漏 更加严重的是 用户则可能因此而存在重大安全事故隐患 比如在 输送危险介质的管线系统中 错误地选用了纯 DBB 型截断阀门 则当管线下游进行维修 作业时 若阀门前端密封因某种原因突然失效 上游介质就极有可能泄漏到下游作业区 造成人员和设备损失 因为这类阀门的密封阀座在一端无压力时 不能保证对另一端泄 漏介质的有效隔阻 2 DBB 和和 DIB 型管线阀门结构解析型管线阀门结构解析 阀门的开关功能与其密封内件 阀座和关闭件 的构造形式有关 一般 API6D 标准定 义的 DBB 和 DIB 型管线阀门 多采用活动式 浮动式 双阀座密封结构 2 1 活动式阀座密封原理活动式阀座密封原理 以管线球阀为例 具备 DBB DIB 功能的 仅限于具有两个活动阀座的耳轴式固定 球阀 普通浮动式球阀在关闭位置 依靠球体在介质压力作用下偏移 并压迫出口端固 定阀座产生必须比压实现下游密封 显然这种固定式阀座结构 不能实现 API 定义的 DBB DIB 功能 管线球阀活动式阀座分单活塞效应 SinglePistonEffect 缩写为 SPE 或称为自 泄放阀座 Self RelievingAction 和双活塞效应 DoublePistonEffect 缩写为 DPE 两种 其 基本结构如图 1 所示 图 1 典型 API6D 固定式管线球阀 对于球体处于关闭位置的 SPE 阀座 见图 2 假定指向球体 图示自左向右 为正方向 则流道介质作用在阀座圈上的压力 FL PL R2T R2L 方向指向球体侧 叠加弹簧力促使阀座压向球体 阀腔夹持介质作用在阀座圈上的压力 FQ PQ R2T R2Q 方向背离球体侧 促使阀座压缩弹簧离开球体 显然当阀体腔夹持介质压力大到足够克服弹簧力 流道无介质压力 或弹簧和流道介 质叠加压力时 SPE 阀座将被推离球体 2 阀体腔将向流道侧泄放所夹持介质 也即该 类型阀座对达到一定压力的阀体腔介质没有密封能力 这也是又称其为自泄放阀座的原 因 故而 SPE 阀座是一种单向密封结构 图 2 SPE 阀座结构 对于球体处于关闭位置的DPE阀座 见图3 假定指向球体 图示自右向左 为正方向 则流道介质作用在阀座圈上的压力 图 3 DPE 阀座结构 FL PL R2T R2L 方向指向球体侧 叠加弹簧力促使阀座压向球体 阀腔夹持介质作用在阀座圈上的压力 FQ PQ R2T R2Q 方向同样指向球体侧 促使阀座压向球体 阀体腔夹持介质压力越大 阀座与球体间的密封就越紧 能有效阻止阀体腔介质向 流道泄漏 3 因此 DPE 阀座是一种双向密封 双隔离 结构 依靠流道介质压强或阀腔夹持介质压强 分别作用在阀座不同端面造成压力差 驱 使阀座压向或背离关闭件 实现管线阀门的密封或阀腔泄放功能 类似于常规活塞缸筒 式组合机件的运作原理 这是浮动阀座活塞效应称谓的来历 2 2 DBB 和和 DIB 型管线阀门品种划分型管线阀门品种划分 根据管线阀门上下游端 SPE 和 DPE 阀座的不同应用组合 可获得 API6D 定义的 DBB 与 DIB 具体分型 如表 1 所列 前文图示的固定式球阀 即属于下游配置双隔离阀座的 API6DDIB 2 型管线阀门 2 3 用户选型建议用户选型建议 对于输送如高温 低温 高压 易燃易爆 有毒 有腐蚀性等危险介质的管线系统 应选用 DIB 1 或 DIB 2 推荐上游阀座为 SPE 结构 型阀门 且在关键位置如管线分支 场 站入口等处还要采取两台阀门联装应用的措施 以最大限度地确保下游管线维护检修作 业人员和设备的安全 对于流体仪表校正系统 如流量计校准等场合 则应选用 DIB 1 型 阀门 保证系统环路中阀体腔原来滞留的介质 不会泄漏到测试管线影响计量精度 3 对对 DBB 和和 DIB 型管线阀门结构设计有关问题的探讨型管线阀门结构设计有关问题的探讨 3 1 设置阀体自动泄放阀的必要性设置阀体自动泄放阀的必要性 根据 API6D 规定 当阀门用于液相介质或冷凝系统 要求制造厂确保阀门具备阀腔 压力自动泄放功能 用于气态介质工况 则由供需双方协商确定 需要安装时 泄放阀 尺寸不应小于 NPS0 5inch 或 DN15mm 因此 对于具有 SPE 自泄放功能阀座的 DBB 和 DIB 2 型阀门 API 并未明确规定是否需设置阀体自动泄放阀 有厂家认为 阀体泄放阀会给阀门本身增加新的潜在泄漏点 因此设计时倾向于不 设置 4 但笔者认为 阀体泄放阀失效泄漏 属于阀门外泄漏点 容易被操作人员发现 此处持续的微量泄漏也提示阀门内部密封副失效 可及时对阀门进行维修或更换处理 并且在阀体上设置附加泄放阀 在进行产品出厂压力试验和在线运行检测时 将非常方 便检测者观察阀座的内部密封情况 因此建议对于非极端工况条件 如高毒性 高腐蚀性介质管线系统除外 在阀体上 附加阀腔自动泄放阀 应成为管线阀门的标准设计 3 2 SPE 阀座存在颤抖振荡可能阀座存在颤抖振荡可能 如前所述 SPE 阀座具备阀腔介质自泄放功能 是依靠阀腔夹持压力作用在阀座上 克服其所受到的弹簧或 和 流道介质压力后 将阀座自动推离关闭件实现的 当因某种 原因 如阀腔夹持压力或流道介质压力持续变化 弹簧堵塞等 使阀座所受合力长期在触 离平衡零点附近波动时 有可能引发阀座出现颤抖振荡等不稳定现象 在高温高压等恶 劣工况下 易导致 O 型圈 密封圈等非金属内件的早期损坏 影响整机使用寿命 5 3 3 阀腔自动泄放起跳压力的设定原则阀腔自动泄放起跳压力的设定原则 管线阀门设计有防火安全结构 且多通过 API607 API6FA 或 ISO10497 标准验证 故对于失火状态下的 DBB 和 DIB 型阀门 其阀腔仍然可能积存 夹持介质 要么需通过 SPE 阀座自泄放 要么通过阀体附加的自动泄放阀排空 这就要求设计者应慎重考虑此 类阀门阀腔介质自动泄放起跳压力的设定值 避免因阀门万一着火后 阀腔夹持介质未 及时排出 致使耐压强度大幅度降低的高温阀体炸裂 继而进一步恶化事故 6 因此 在防火要求非常严格的应用场合 若按照 API6D 阀腔压力不得超过阀门最 高工作温度下