国内外钢制楔式闸阀标准概况及分析

    1、国内外钢制楔式闸阀标准的概况
    在各种管道和设备等流体输送系统中，闸阀是目前应用最为广泛的阀门品种之一。闸阀的主要特点是：（1）流通阻力小；（2）开关所需力矩小；(3)介质流动的方向不受限制；(4)阀门全开时，关闭件受冲蚀小；（5）形体简单结构紧凑；（6）制作工艺性好。目前广泛地应用在石油、化工、冶金、电站、医药、食品等工业装置上。随着国际间经济和技术交往的日益增加，阀门这一重要的工业配套管路附件在国际市场上流通也迅速增加，各国的阀门标准是不同的，阀门的结果长度和连接法兰标准也各不相同，这给国际间阀门流通使用带来很大不便。
    目前，世界上各工业先进国家对于阀门的设计、制造、检验均制订各自的国家标准，阀门标准采用的计量单位主要有公制和英制两大系统。中国GB、德国DIN、法国NF、前苏联等国的阀门标准均采用公制；美国ANSI、API标准过去一直采用英制，现在也增添了公制附表。各国标准中选用闸阀的压力--温度额定值基准是不统一的。采用公制的国家，通常把常温下最大工作压力规定为公称压力，如GB标准规定：碳钢WCB阀门的公称压力PN10MPa表示常温时的最大工作压力，当温度升高到425℃时它的最大工作压力仅为5.3MPa；而美国等采用英制的国家，则按不同的材料规定在某一指定温度下的工作压力位公称压力。以美国国家标准ANSIA216WCB材料的150磅级碳钢闸阀为例：使用温度约560℉时，它的许用工作压力为150psi(lbf/in2),当阀门的最高使用温度规定为800℉时，其相应的许用工作压力为80psi(lbf/in2)。阀门计量制压力基准以及阀门其它技术参数的不统一，严重阻碍了阀门产品的交流和使用，国际标准化问题则突显出来。
    关于阀门的国际标准化问题，1971年9月在日内瓦召开第二十五次理事会议上，决定成立通用阀门工业用阀门技术委员会TC153《阀门》，秘书国是英国标准学会。TC153成立以来，活动频繁，每年召开多次会议讨论和制订有关的国际标准，ISO/TC153在通用阀门基本尺寸、压力、温度等级、材料试验和名称术语等方面都进行了大量的国际标准化统一工作，它所制订的阀门基础标准，普遍适用发达国家及发展中国家的阀门工业，如ISO的一些标准：一般工业用阀门标记；一般工业用阀门术语；金属阀门结构长度；阀体阀盖用螺栓连接的钢制闸阀；阀门材料、检验和压力试验等等。目前这些国际标准大多已被各国不同程度的采用，多数是修改采用（等效采用），也有些是等同采用和非等效采用（参照）。ISO国际标准标准化组织在协调各国阀门标准方面做了多方面的努力，ISO国际标准即考虑到发展中国家的现有阀门工业水平，又注意吸收发达国家标准中的先进技术，尽量协调统一，使ISO标准广泛用于世界各国。
    采用国际标准是我国的一项重要技术政策，随着我国阀门标准化工作的加强，阀门标准得以快速发展，通过积极参加阀门行业国际活动，使我国能及时了解阀门国际标准制修订动态，跟踪国际标准情况，实时制定、修订我国的标准，紧跟国际形势。同时让国外同行了解中国的阀门，为让中国阀门企业更快地走进国际市场创造条件。
    通过对国外有关钢制闸阀的主要标准和我国标准进行对比分析，试从闸阀的壳体部分、密封部分、阀杆部分、检验试验等几个主要方面，找出国内外标准存在的差异，为阀门设计制造者提供参考。
     2、壳体部分国内外标准的对比
    通用的钢制闸阀的壳体壁厚，国内外标准基本上采用按有修正系数的薄壁圆筒壁厚公式进行计算，ISO、ANSI、JIS等标准基本上采用下列公式：
    t=1.5〔p.d2s-1.2p〕
    其中：t--计算厚度（英寸）p--压力等级数值（lbf/in2）
    d--公称管径（英寸）s—基本应力系数（材料许用应力）
    这一计算公式，接近于我国中压阀门三化标准所采用的壁厚公式：
    S=1.32p.DN2〔σ〕-1.2p+c

    美国石油学会API标准，日本石油学会JPI标准的阀门考虑到用于石油、石化的特殊工况的需要，壁厚值较一般工业用途阀门所定的数值增大，以6〝-300Lb铸钢闸阀为例，相应的ANSI以及ISO标准所要求的最小壁厚分别为9.6㎜和8.8㎜；而API、JPI、BS标准所要求的最小壁厚值分别为16㎜、16㎜和15.9㎜。
    闸阀结构长度各国有不同的标准，目前由ISO标准统一为长短两个系列尺寸，同时ISO、ANSI、API及BS标准规定：端法兰可以与阀体铸锻一体，也可以采用焊接连接。
    目前，壳体材料各国阀门标准都有专门的壳体材料表，标准中对材料都规定了含碳量的最大值，例如WCB钢的含碳量标准规定
    C≤0.3％，但API、JPI、BS进一步考虑闸阀使用于石油、化工等含硫量高的介质等特殊工况，参照NACEMR0175油田设备抗硫应力断裂金属材料要求，选用壳体材料含碳量C≤0.25％，硬度HRC﹤22，日本的JPI标准对壳体材料，除了要求含碳量C﹤0.25％外，还规定了其它元素的含量。
    关于阀盖上密封结构API、JPI、BS及我国新标准中都强调了阀盖上必须有上密封结构，当阀门全开时阀杆的倒密封面接触，API、JPI、BS等标准的上密封一般采用不锈钢衬套式，但必须固定在阀盖上，工作时不能松动，只有奥氏体不锈钢阀门上密封才允许本体加工或堆焊硬质合金密封面。
    阀体与阀盖连接的中法兰螺拴，早期国内标准通用铸钢闸阀的中法兰螺拴与螺母多采用优质碳钢，而美、英、日等先进工业国家中法兰双头螺栓是采用合金钢35CrMo,螺母采用优质碳钢，中法兰螺栓采用合金钢材料，能提高材料的抗蠕变强度，避免因高温蠕变导致螺栓变形而产生泄漏或发生事故。这样，即使在较高的使用温度工况下，反复使用仍可以保持稳定的密封性，为确保安全，API、JPI和我国新标准都强调了中法兰螺栓采用重型六角螺母，螺柱采用全螺纹的，以避免和减少热应力集中的现象。
    关于中法兰垫片，GB标准中根据压力范围和工作温度的不同规定了金属波形垫、平板垫、齿形垫等七种类型的垫片，美国API、英国BS及日本JPI标准都对中法兰垫片做了严格的规定要求，在工作温度下，垫片材料应具有一定的弹性和塑性以及足够的强度，并且要经得起介质的腐蚀。
    3、密封件部分国内外标准对比
    闸阀的密封件部分，主要是指阀座与闸板的密封面。各国标准一般都是根据阀门使用工况的不同规定了一系列可供选择的密封副，国外闸阀标准对密封面的材料和硬度有严格的要求，API600列出十四种材料，它还规定了当阀座闸板的密封面都采用Cr13材料时，其硬度值不得小于HB250，这样对提高密封面的密封性能及延长使用寿命均有好处。除了金属对金属密封副外，英国标准规定，阀座也可以采用软密封材料，但它们磨损或破坏时，金属部分的密封副仍可以保证密封作用。
    我国阀门标准至2006年以前，GB标准对阀门密封面堆焊层的厚度规定为：加工后的密封面堆焊层的厚度至少为2㎜；而API、BS标准则不分规格一律规定：加工后的密封面堆焊层厚度至少为1.6㎜，新版本的API602标准规定：加工后的密封面堆焊层厚度至少为1.0㎜，相比之下我国标准则显得保守。在不影响密封性能和密封寿命的情况下，减少密封面的堆焊层厚度，可以节省昂贵的密封面材料，目前新版的GB/T12234-2007标准已经参照采用API和BS标准的相关数据。

    4、关于阀杆和阀杆密封
    阀杆在阀门开启和关闭操作过程中，除了承受拉、压和扭矩的作用力外，还与介质和填料直接接触，阀杆材料必须保证在规定温度下有足够的强度和冲击韧性，并有一定的耐蚀、耐磨性能，我国早期阀门阀杆材料多采用不锈钢，且标准中没有阀杆硬度的具体要求；国际标准和国外标准API、BS、JPI等十分重视阀杆质量控制，明确规定阀杆材料至少采用Cr13不锈钢，并对它的硬度做了规定。
    国外标准和GB标准对填料区域阀杆直径给出了最小规定值，
    还规定阀杆应为整体锻造结构，不允许采用焊接组装的阀杆。
    各国标准对于阀杆的上密封有共同的要求，规定阀杆上应设有上密封面，当阀门处于全开启状态时，它与阀盖上密封座吻合，保证密封可靠。关于阀杆头部的结构，各国标准都规定为“T”型。BS和JPI标准还补充提出，不得采用螺纹或销子的方式来连接阀杆与闸板，以避免阀杆产生转动或从闸板上脱开。
    为了保证操作的安全，API、BS及新GB标准规定，新阀门在关闭位置时，阀杆螺纹伸出阀杆螺母的长度至少应相当于所要求的磨损行程。对于公称管径小于或等于DN150的阀门，阀杆螺纹伸出阀杆螺母的长度最大可达磨损行程的5倍，对于公称管径大于DN150的阀门，该长度最大可以是磨损行程的3倍。

    5、关于闸阀的试验、检查和煅?
    国际标准化组织和世界上各工业先进的国家都制订有阀门通用
    的检验和试验标准，ISO5208工业用阀门试验方法、API598阀门的检验和试验、MSS钢阀门的压力试验等标准都明确规定了阀门的试验项目，同时对试验压力、试验介质、试验持续时间及允许泄漏量等都做了详细规定。
    闸阀的试验主要包括壳体试验、低压密封试验、上密封试验和高压密封试验。美国API标准规定：闸阀的壳体强度、上密封试验和低压密封试验三项是必须的试验，而高压密封试验是任选的。日本JIS标准规定闸阀只需要进行壳体、阀座密封及上密封三项试验。我国GB标准中参照采用了API598标准的规定。
    对比各国的有关闸阀的试验标准，壳体强度试验多数国家的标准规定为以1.5倍常温的额定压力值作为试验压力。各国标准所要求的试验持续时间按阀门的公称通径的大小而有所不同，但是在壳体强度试验时，一致规定任何泄漏都是不允许的。液体试验的介质一般采用常温水，GB、API、ISO等标准还强调了试验介质应含有防锈剂，同时也允许使用粘度不大于水的液体进行试验。低压密封试验一般采用空气或惰性气体，我国标准规定试验压力为0.5-0.7Mpa,上密封试验是在全开启状态下进行的，它的试验压力一般规定为1.1倍的公称压力，国内外标准均规定不允许有任何泄漏。
    以上从五个方面对钢制闸阀进行了国内外标准的对比分析，工作中无论采用那个国家标准，使用者还应认真学习和查阅相关标准，了解各标准中共性的内容和特殊的规定。这样才能灵活使用标准，在设计、制造工作中充分体现标准的互换性和一致性。

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