閥門密封等級(jí)及選用詳解
閥門是石油化工裝置管道系統(tǒng)中的重要組成部件，其種類多、數(shù)量大，是裝置中主要泄漏源之一，因此對(duì)閥門的泄漏要求至關(guān)重要。閥門密封性能是指閥門各密封部位阻止介質(zhì)泄漏的能力。
閥門的主要密封部位有：?jiǎn)㈤]件與閥座間的吻合面、填料與閥桿和填料函的配合、閥體與閥蓋的連接處。第一處的泄漏叫內(nèi)漏，它直接影響閥門截?cái)嘟橘|(zhì)的能力和設(shè)備的正常運(yùn)行。后兩處的泄漏叫外漏，即介質(zhì)從閥內(nèi)泄漏到閥外，它直接影響安全生產(chǎn)，造成工作介質(zhì)損失和企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境污染，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成生產(chǎn)事故。特別對(duì)于高溫高壓、易燃易爆、有毒或腐蝕性的介質(zhì)，閥門的外漏根本是不允許的，因其所造成的后果比內(nèi)漏更為嚴(yán)重，因此閥門必須具有可靠的密封性能，滿足其使用工況對(duì)泄漏量的要求。
一.我國(guó)閥門密封等級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)
目前我國(guó)比較常用的閥門密封等級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)主要有以下兩種。
1．1中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)閥門密封等級(jí)的分類國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T13927《工業(yè)閥門壓力試驗(yàn)》。
1．2中國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)閥門密封等級(jí)的分類機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB／T9092《閥門的檢驗(yàn)與試驗(yàn)》。
二.國(guó)際上閥門密封等級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)
目前圍際上比較常用的閥門密封等級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)主要有以下五種。
2．1前蘇聯(lián)對(duì)閥門密封等級(jí)的分類
為了按閥門的密封程度和規(guī)定的用途選擇產(chǎn)品，按密封程度對(duì)閥門進(jìn)行了分類。
2．2國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)閥門密封等級(jí)的分類
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)ISO5208《工業(yè)閥門金屬閥門的壓力試驗(yàn)》。
2．3美國(guó)石油協(xié)會(huì)(APl)對(duì)閥門密封等級(jí)的分類美國(guó)石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API598--2004《閥門的檢查和試驗(yàn)》。
2．4美國(guó)閥門和管件工業(yè)制造商標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(MSS)對(duì)閥門密封等級(jí)的分類美國(guó)閥門和管件工業(yè)制造商標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《鋼制閥門的壓力試驗(yàn)》MSSSP61允許的閥門泄漏量要求如下：
(1)在閥門密封副中有一個(gè)密封面使用塑料或橡膠的情況下，在密封試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間內(nèi)應(yīng)無可見泄漏。
(2)關(guān)閉時(shí)每一側(cè)的最大允許泄漏量應(yīng)是：液體為公稱尺寸(DN)每毫米、每小時(shí)0．4毫升；氣體為公稱尺寸(DN)每毫米、每小時(shí)120毫升。
(3)止回閥允許的泄漏量可增大4倍。
2．5美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)／美國(guó)儀表協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(ANSI／FCI)對(duì)控制閥密封等級(jí)的分類
美國(guó)國(guó)家標(biāo)彬美國(guó)儀表協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ANSI／FCI70-2(ASMEB16．104)《控制閥閥座泄漏》。
2．6歐盟標(biāo)準(zhǔn)對(duì)閥門密封等級(jí)的分類
歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12266—1《工業(yè)閥門閥門的試驗(yàn)》第l部分。壓力試驗(yàn)、試驗(yàn)方法和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)-強(qiáng)制性要求。
三.閥門密封等級(jí)的選用
3．1國(guó)內(nèi)閥門密封等級(jí)的選用
(1)2009年7月1日實(shí)施的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T13927((工業(yè)閥門壓力試驗(yàn)》是參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)ISO5208制訂的。適用于工業(yè)用金屬閥門，包括閘閥、截止閥、止回閥、旋塞閥、球閥、蝶閥的檢驗(yàn)和壓力試驗(yàn)。密封試驗(yàn)的分級(jí)和最大允許泄漏量與ISO5208的規(guī)定相同。該標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)GB／T13927(通用閥門壓力試驗(yàn)》的修訂，與GB／T13927相比，新增了AA、CC、E、EE、F和G六個(gè)等級(jí)。新版標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定“泄漏等級(jí)的選擇應(yīng)是相關(guān)閥門產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或訂貨合同中要求嚴(yán)格的一個(gè)。若產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨合同中沒有特別規(guī)定時(shí)，非金屬彈性密封閥門按A級(jí)要求，金屬密封副閥門按D級(jí)要求?。”通常D級(jí)適用于一般的閥門，比較關(guān)鍵的閥門宜選用D級(jí)以上泄漏等級(jí)。
(2)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB／T9092《閥門的檢驗(yàn)和試驗(yàn)》是對(duì)ZBJ16006的修訂。密封試驗(yàn)的最大允許泄漏量是參照美國(guó)石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API598--1996制訂的。適用于石油工業(yè)用閥門，包括金屬密封副、彈性密封副和非金屬密封副(如陶瓷)的閘閥、截止閥、旋塞閥、球閥、止回閥和蝶閥的檢驗(yàn)和壓力試驗(yàn)。目前GB／T9092正在修訂中。
(3)工程設(shè)計(jì)中應(yīng)注意：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T19672((管線閥門技術(shù)條件》是參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)ISO14313和美國(guó)石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API6D制訂的。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T20173《石油天然氣工業(yè)管道輸送系統(tǒng)管道閥門》是參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)ISO14313制訂的。GB／T19672和GB／T20173這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)閥門泄漏量的接收準(zhǔn)則均同ISO5208A級(jí)和D級(jí)要求。因此，工程設(shè)計(jì)中有高于其標(biāo)準(zhǔn)的泄漏量要求時(shí)，應(yīng)在訂貨合同中給出。
3．2國(guó)外閥門密封等級(jí)的選用
(1)前蘇聯(lián)對(duì)閥門密封等級(jí)分類主要是20世紀(jì)50年代應(yīng)用，隨著前蘇聯(lián)的解體，現(xiàn)大多數(shù)國(guó)家都不選用此密封等級(jí)分類，而是選用歐美標(biāo)準(zhǔn)的密封等級(jí)分類。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12266—1密封等級(jí)分類符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)ISO5208的規(guī)定，但缺AA、CC和EE三個(gè)等級(jí)。ISO5208與1999版相比，新增了AA、CC、E、EE、F和G六個(gè)等級(jí)。ISO5208標(biāo)準(zhǔn)給出了與API598和EN12266標(biāo)準(zhǔn)幾個(gè)密封等級(jí)的比較。
④。其他公稱尺寸密封等級(jí)的比較可按口徑計(jì)算泄漏量得出。
(2)美國(guó)石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API598是美標(biāo)閥門最常用的檢驗(yàn)和壓力試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。制造商標(biāo)準(zhǔn)MSSSP61常作“全開”和“全關(guān)”的鋼制閥門的檢驗(yàn)，但不適用于控制閥門。美標(biāo)閥門通常不選用MSSSP61檢驗(yàn)。API598適用于下列API標(biāo)準(zhǔn)制造的閥門密封性能試驗(yàn)：
法蘭式，凸耳，對(duì)夾式和對(duì)焊連接止回閥API594
法蘭、螺紋和對(duì)焊連接的金屬旋塞閥API599
石油和天然氣工業(yè)用DNl00及以下鋼制閘閥截止閥和止回閥API602
法蘭和對(duì)焊連接的耐腐蝕栓接閥蓋閘閥API603
法蘭、螺紋和對(duì)焊連接的金屬球閥API608
雙法蘭式，凸耳和對(duì)夾式蝶閥APl609
工程設(shè)計(jì)中應(yīng)注意：API598--2004與1996版相比，取消了對(duì)API600((石油和天然氣工業(yè)用螺栓連接閥蓋鋼制閘閥》的檢驗(yàn)和壓力試驗(yàn)。API600一2001(ISO10434--1998)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定閥門的密封性能試驗(yàn)參照ISO5208，但標(biāo)準(zhǔn)中表17和表18的泄漏量卻同API598--1996標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，而不是采用ISO5208的密封等級(jí)分類法。2009年9月113實(shí)施的API600標(biāo)準(zhǔn)中糾正了2001版中的這個(gè)矛盾，規(guī)定閥門的密封性能試驗(yàn)按照API598，但沒有規(guī)定版本，這又與API598--2004相矛盾。因此，工程設(shè)計(jì)中選用API600和其密封性能試驗(yàn)API598標(biāo)準(zhǔn)時(shí)一定要明確標(biāo)準(zhǔn)的版本，確保標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的統(tǒng)一性。
(3)美國(guó)石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API6D(ISO14313)《石油和天然氣工業(yè)一管線輸送系統(tǒng)一管線閥門》對(duì)閥門泄漏量的接收準(zhǔn)則是：“軟密封閥門和油封旋塞閥的泄漏量不得超過ISO5208A級(jí)(不得有可見泄漏)，金屬閥座閥門的泄漏量不得超過ISO5208(1993)D級(jí)，但按B．4所述的密封試驗(yàn)，其泄漏量不能大于ISO5208(1993)D級(jí)的二倍，除另有規(guī)定。”標(biāo)準(zhǔn)中注：“特殊的應(yīng)用可要求泄漏量少于ISO5208(1993)D級(jí)¨J。”因此，工程設(shè)計(jì)中有高于其標(biāo)準(zhǔn)的泄漏量要求，應(yīng)在訂貨合同中給出。API6D--2008附錄B附加試驗(yàn)要求中規(guī)定了在購方規(guī)定時(shí)制造廠要作的閥fJ附加試驗(yàn)要求。
密封試驗(yàn)分低壓和高壓氣體密封試驗(yàn)，以惰性氣體作為試驗(yàn)介質(zhì)的高壓密封試驗(yàn)將取代液體上密封試驗(yàn)和液體密封試驗(yàn)。依據(jù)閥門的類型、口徑和壓力級(jí)別選擇密封試驗(yàn)，可參考ISO5208標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。對(duì)于長(zhǎng)輸管道GAl、工業(yè)管道GCl上的閥門建議選用低壓密封試驗(yàn)，可以提高閥門的合格品率。選用高壓密封試驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意彈性密封閥門經(jīng)高壓密封試驗(yàn)后，可能降低其在低壓工況的密封性能。應(yīng)根據(jù)介質(zhì)使用工況實(shí)際條件，合理地選用閥門密封試驗(yàn)要求，可以有效地降低閥門的生產(chǎn)成本。
(4)美國(guó)國(guó)家標(biāo)影美國(guó)儀表協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ANSI／FCI70-2(ASMEB16．104)適用于控制閥密封等級(jí)的規(guī)定。工程設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的特性和閥
門的開啟頻率等因素考慮選擇金屬彈性密封或金屬密封。金屬密封控制閥密封等級(jí)應(yīng)在訂貨合同中規(guī)定。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于金屬密封控制閥，I、Ⅱ、Ⅲ級(jí)要求較低，工程設(shè)計(jì)中選用的比較少，通常一般金屬密封的控制閥最低選用Ⅳ級(jí)，比較關(guān)鍵的控制閥選用V或Ⅵ級(jí)。某乙烯裝置火炬系統(tǒng)的控制閥設(shè)計(jì)，選用了金屬密封Ⅳ級(jí)要求，運(yùn)行良好。
(5)另外工程設(shè)計(jì)中應(yīng)注意：API6D規(guī)定奧氏體不銹鋼閥門密封試驗(yàn)時(shí)所使用的水其氯離子含量不得超過30ug／g，ISO5208和API598均規(guī)定奧氏體不銹鋼閥門密封試驗(yàn)時(shí)所使用的水其氯離子含量不得超過100ug／g。由于各標(biāo)準(zhǔn)要求不同，建議閥門訂貨合同中最好能明確密封試驗(yàn)時(shí)所使用的水其氯離子含量。
四.低泄漏閥門密封等級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)
低泄漏閥門是指閥門實(shí)際泄漏量很小，靠常規(guī)的水壓、氣壓密封試驗(yàn)已不能判定，需要借助更加先進(jìn)的手段和儀器來檢測(cè)的微小外泄漏。閥門的這種微小的對(duì)外界環(huán)境的泄漏稱為低泄漏。目前國(guó)際上比較常用的檢測(cè)閥門低泄漏的標(biāo)準(zhǔn)主要有以下三種：
(1)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署EPAmethod21《揮發(fā)性有機(jī)組分泄漏檢測(cè)》。
(2)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO15848(工業(yè)閥門：低泄漏測(cè)量、試驗(yàn)及資格認(rèn)定程序》。
(3)殼牌石油公司SHELLMESCSPE77／312《工業(yè)閥門：低泄漏測(cè)量、分級(jí)系統(tǒng)、資格認(rèn)定程序及開關(guān)閥和控制閥的型式認(rèn)可和產(chǎn)品試驗(yàn)》。
美國(guó)環(huán)境保護(hù)署EPAMethod21標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定了檢測(cè)方法而沒有泄漏等級(jí)的劃分，屬于地方性標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，應(yīng)用較少。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO15848和殼牌石油公司SHELLMESCSPE77／312這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于閥門的性能，都從緊密等級(jí)、耐久等級(jí)和溫度等級(jí)三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)定。緊密等級(jí)針對(duì)閥桿和閥體密封處的泄漏，分為A，B，C三個(gè)等級(jí)，對(duì)于ISO15848標(biāo)準(zhǔn)閥體密封處的泄漏要求≤50em3／m3，而閥桿處的泄漏兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均是按照閥桿的直徑計(jì)算的。
ISO15848A級(jí)密封等級(jí)最高，B，c級(jí)密封等級(jí)同SHELLMESCSPE77／312標(biāo)準(zhǔn)。通常低泄漏閥門的密封等級(jí)低于B級(jí)，而波紋管密封閥門由于在閥桿密封部位采用金屬波紋管密封，其密封等級(jí)低于A級(jí)。
五.低泄漏閥門的選用
波紋管密封閥門是低泄漏閥門中的一種。以往對(duì)閥門外泄漏等級(jí)有特殊要求的工況一般選用波紋管密封閥門，但由于波紋管密封閥f-JJm工難度大、技術(shù)要求高，其波紋管材料還不能完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，成本過高，從而制約其在石化行業(yè)中大量推廣使用。
目前，隨著人們的安全、環(huán)保意識(shí)地不斷增強(qiáng)，與國(guó)外技術(shù)合作的增多，以及國(guó)內(nèi)閥門制造廠自身技術(shù)力量不斷加強(qiáng)，國(guó)內(nèi)技術(shù)人員對(duì)于低泄漏閥門的認(rèn)識(shí)也不斷提高，使其應(yīng)用范圍在不斷地?cái)U(kuò)大。對(duì)石化企業(yè)中易燃易爆、有毒介質(zhì)選用的閥門如果能滿足低泄漏標(biāo)準(zhǔn)，這無疑將大大降低裝置中有毒、可燃易爆介質(zhì)的排放量，避免因閥門外漏引發(fā)火災(zāi)、爆炸、中毒等危害生命安全的事故發(fā)生。滿足ISO15848、SHELLMESCSPE77／31標(biāo)準(zhǔn)的低泄漏閥門與波紋管閥門相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制造容易，其成本與通用閥門相比約高10％～20％。
根據(jù)前面對(duì)這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)密封等級(jí)的分析比較來看，緊密等級(jí)B級(jí)閥門的泄漏量一般就能滿足某些特殊工況的低泄漏要求，加工精度要求比較容易達(dá)到，制造成本增加不多，其可以代替一部分波紋管閥門的使用。目前，低泄漏閥門對(duì)于硫化氫含量高的油氣田凈化系統(tǒng)更具有實(shí)際意義。因?yàn)榱蚧瘹涫且环N劇毒、可燃?xì)怏w，比空氣重，能在低洼地區(qū)聚集，吸入一定濃度的硫化氫會(huì)傷害身體，甚至導(dǎo)致死亡，因此對(duì)這類天然氣凈化設(shè)施的泄漏要求更加嚴(yán)格。
六.結(jié)束語
當(dāng)選取密封等級(jí)和規(guī)定的允許泄漏量時(shí)應(yīng)注意，在高壓閥門中密封面間介質(zhì)的泄漏會(huì)引起表面侵蝕。若是有腐蝕性介質(zhì)產(chǎn)生滲漏，在滲漏處的金屬會(huì)被腐蝕，隨著滲漏縫隙的增大，滲漏量也會(huì)很快的增加，以至使閥門報(bào)廢。因此，對(duì)于高壓或腐蝕性介質(zhì)工況工作的閥門，在保證密封性方面應(yīng)提出較高的要求。在輸送易燃易爆和有毒介質(zhì)的管道中，閥門密封面間介質(zhì)的泄漏可能會(huì)造成人身危害、經(jīng)濟(jì)損失甚至產(chǎn)生事故等。因此，對(duì)于輸送易燃易爆和有毒介質(zhì)的閥門，應(yīng)按介質(zhì)的危險(xiǎn)級(jí)別合理地提出對(duì)密封性的要求。
任何的密封有時(shí)允許有微量的泄漏，如果此泄漏量不起實(shí)際作用時(shí)，則可認(rèn)為是密封的。閥門制造的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)通常規(guī)定，金屬對(duì)金屬密封，在關(guān)閉狀態(tài)下進(jìn)行密封性能試驗(yàn)時(shí)，允許有一定的泄漏量。
為了保證閥門高的密封性能，必須特別認(rèn)真地研磨密封面，增加密封面上的比壓，但要小于密封面材料的許用比壓，同時(shí)要提高結(jié)構(gòu)的剛度。通過閥門的使用經(jīng)驗(yàn)表明，在許多情況下，對(duì)閥門的密封性能提出過高的要求是不必要的，因?yàn)橛行┕r完全允許介質(zhì)有微量泄漏，因這種泄漏量不足以影響閥門的使用。
相反，提高這些閥門的密封性能會(huì)使制造工藝復(fù)雜化，提高成本，造成不必要的浪費(fèi)。閥門本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造加工對(duì)其外泄漏影響最為明顯，低泄漏閥門對(duì)于閥門的閥體、閥桿和填料函等關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)制造加工要求更為嚴(yán)格，例如：
(1)閥體和閥蓋的質(zhì)量，特別是在鍛造或鑄造時(shí)應(yīng)避免其產(chǎn)生折疊、夾渣、氣孔、組織疏散、隱裂紋等缺陷和成分不均。
(2)閥桿和閥體連接處零件等的加工質(zhì)量，特別是閥桿和填料函的粗糙度、閥桿的直線度、閥蓋填料函孔的垂直度和加工的精度。
(3)閥門填料函的結(jié)構(gòu)選擇，由于閥桿處的密封為動(dòng)密封，閥桿在轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)過程中填料容易磨損，需選用特制的低泄漏填料密封及填料密封組合，并嚴(yán)格控制填料與閥桿的間隙，填料與填料箱的間隙。
綜上所述，閥門類型的選用除了滿足工藝條件和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范外，還應(yīng)充分考慮各種使用工況，工程設(shè)計(jì)中應(yīng)力求選用的閥門密封等級(jí)滿足安全、合理和經(jīng)濟(jì)的原則。
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