高压阀门设计和标准

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1.2压力-温度额定值
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。
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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 50 110 150 260 320 420 600 760 GB PN 20 50 110 150 260 320 420 600 760 ASME （CL.） 150 300 600 900 1500 2000 2500 3500 4500
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1概述 1.1公称压力
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。
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在汽轮机制造行业又按下列范围划分： （1）低压 <1.47MPa （2）中压 1.96～3.92MPa （3）高压 5.88～9.8MPa （4）超高压 11.77～13.93MPa （5）亚临界 15.69～17.65MPa （6）临界 22.15MPa （7）超临界 >22.15MPa （8）超超临界 >32.0MPa
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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 。
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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 。
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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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2.2高压阀门的结构特征




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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 468℃ WC6或ASTM A217 WC6，15CrMo或ASTM A182 F11 540℃ WC9或ASTM A217 WC9，ASTM A182 F22 570℃ ASTM A217 C12A，ASTM A182 F91 600℃ ZGCr5Mo，Cr5Mo 550℃ ZG20CrMoV，12Cr1MoV 550℃ ZG15Cr1Mo1V，15Cr1Mo1V 570℃ ZG1Cr18Ni9Ti，1Cr18Ni9Ti 650℃ ZG1Cr18Ni12Mo2Ti，1Cr18Ni12Mo2Ti 650℃
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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1.0～1.5六组碳钢、低合金钢，1.9、1.10、1.13、 1.15四组铬钼钢，2.1～2.5五组不锈钢材料，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，2.12.8八组不锈钢材料，共计23组不同的材料。


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3.2.1碳素钢
碳素钢一般适用于温度在-29～425℃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（ZG250485）、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。




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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。
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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。
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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。
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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PN>10.0MPa 的阀门，但在新标准和ASMEB16.34a标准 中己作了修改，规定当DN≤100、PN≤110 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。
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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。
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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。
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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。