閥門密封等級解析

★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：啟閉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。*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)重時會造成生產(chǎn)事故。特別對于高溫高壓、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，滿足其使用工況對泄漏量的要求。

•    我國閥門密封等級分類標(biāo)準(zhǔn)

    目前我國比較常用的閥門密封等級分類標(biāo)準(zhǔn)主要有以下兩種。
     1．1 中國國家標(biāo)準(zhǔn)對閥門密封等級的分類國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 13927--2008《工業(yè)閥門壓力試驗(yàn)》。
    1．2 中國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對閥門密封等級的分類機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB／T 9092--1999《閥門的檢驗(yàn)與試驗(yàn)》。

•   上閥門密封等級分類標(biāo)準(zhǔn)

    目前圍際上比較常用的閥門密封等級分類標(biāo)準(zhǔn)主要有以下五種。
    2．1 前蘇聯(lián)對閥門密封等級的分類
    為了按閥門的密封程度和規(guī)定的用途選擇產(chǎn)品，按密封程度對閥門進(jìn)行了分類，該分類的基本原則見表3和表4。
    2．2 標(biāo)準(zhǔn)化組織對閥門密封等級的分類
標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)ISO5208--2008《工業(yè)閥門金屬閥門的壓力試驗(yàn)》。
    2．3 美國石油協(xié)會(APl)對閥門密封等級的分類美國石油協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)API 598--2004《閥門的檢查和試驗(yàn)》。
    2．4 美國閥門和管件工業(yè)制造商標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(MSS)對閥門密封等級的分類美國閥門和管件工業(yè)制造商標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《鋼制閥門的壓力試驗(yàn)》MSS SP61---2003允許的閥門泄漏量要求如下：
    (1)在閥門密封副中有一個密封面使用塑料或橡膠的情況下，在密封試驗(yàn)的持續(xù)時間內(nèi)應(yīng)無可見泄漏。
    (2)關(guān)閉時每一側(cè)的zui大允許泄漏量應(yīng)是：液體為公稱尺寸(DN)每毫米、每小時0．4毫升；氣體為公稱尺寸(DN)每毫米、每小時120毫升。
    (3)止回閥允許的泄漏量可增大4倍。
    2．5 美國國家標(biāo)準(zhǔn)／美國儀表協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)(ANSI／FCI)對控制閥密封等級的分類
美國國家標(biāo)彬美國儀表協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ANSI／FCI70-2(ASME B16．104)-2006《控制閥閥座泄漏》。
    2．6歐盟標(biāo)準(zhǔn)對閥門密封等級的分類
    歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 12266—1--2003《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。

•   閥門密封等級的選用

    3．1 國內(nèi)閥門密封等級的選用
    (1)2009年7月1日實(shí)施的國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T13927--2008((工業(yè)閥門壓力試驗(yàn)》是參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)ISO 5208--2008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)的分級和zui大允許泄漏量與ISO 5208--2008的規(guī)定相同。該標(biāo)準(zhǔn)是對GB／T13927--1992(通用閥門壓力試驗(yàn)》的修訂，與GB／T13927--1992相比，新增了AA、CC、E、EE、F和G六個等級。新版標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定“泄漏等級的選擇應(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。若產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨合同中沒有特別規(guī)定時，非金屬彈性密封閥門按A要求，金屬密封副閥門按D級要求。”通常D級適用于一般的閥門，比較關(guān)鍵的閥門宜選用D級以上泄漏等級。
    (2)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB／T 9092--1999《閥門的檢驗(yàn)和試驗(yàn)》是對ZB J16006---90的修訂。密封試驗(yàn)的zui大允許泄漏量是參照美國石油協(xié)會標(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／T 9092--1999正在修訂中。
    (3)工程設(shè)計(jì)中應(yīng)注意：國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T19672--2005((管線閥門技術(shù)條件》是參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)ISO 14313--1999和美國石油協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)API 6D--2002制訂的。國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 20173--2006《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)ISO 14313--1999制訂的。GB／T 19672_2005和GB／T 20173--2006這兩個標(biāo)準(zhǔn)對閥門泄漏量的接收準(zhǔn)則均同ISO 5208 A和D級要求。因此，工程設(shè)計(jì)中有高于其標(biāo)準(zhǔn)的泄漏量要求時，應(yīng)在訂貨合同中給出。
    3．2 國外閥門密封等級的選用
    (1)前蘇聯(lián)對閥門密封等級分類主要是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)國家都不選用此密封等級分類，而是選用歐美標(biāo)準(zhǔn)的密封等級分類。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 12266—1_2003密封等級分類符合標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)ISO 5208--2008的規(guī)定，但缺AA、CC和EE三個等級。ISO 5208—2008與1999版相比，新增了AA、CC、E、EE、F和G六個等級。ISO 5208--2008標(biāo)準(zhǔn)給出了與API 598 EN 12266標(biāo)準(zhǔn)幾個密封等級的比較。其他公稱尺寸密封等級的比較可按口徑計(jì)算泄漏量得出。
    (2)美國石油協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)API 598是美標(biāo)閥門zui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MSS SP61檢驗(yàn)。API 598--2004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，對夾式和對焊連接止回閥  API 594
    法蘭、螺紋和對焊連接的金屬旋塞閥  API 599
    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  API 602
    法蘭和對焊連接的耐腐蝕栓接閥蓋閘閥  API 603
    法蘭、螺紋和對焊連接的金屬球閥  API 608
    雙法蘭式，凸耳和對夾式蝶閥  APl609
    工程設(shè)計(jì)中應(yīng)注意：API 598--2004與1996版相比，取消了對API 600((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)。API 600一2001(ISO 10434--1998)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定閥門的密封性能試驗(yàn)參照ISO 5208，但標(biāo)準(zhǔn)中表17和表18的泄漏量卻同API 598--1996標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，而不是采用ISO5208的密封等級分類法。2009年9月1 13實(shí)施的API 600--2009標(biāo)準(zhǔn)中糾正了2001版中的這個矛盾，規(guī)定閥門的密封性能試驗(yàn)按照API 598，但沒有規(guī)定版本，這又與API 598--2004相矛盾。因此，工程設(shè)計(jì)中選用API 600和其密封性能試驗(yàn)API 598標(biāo)準(zhǔn)時一定要明確標(biāo)準(zhǔn)的版本，確保標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的統(tǒng)一性。
    (3)美國石油協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)API 6D--2008(ISO14313--2007)《石油和天然氣工業(yè)一管線輸送系統(tǒng)一管線閥門》對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ISO 5208 *(不得有可見泄漏)，金屬閥座閥門的泄漏量不得超過ISO 5208(1993)D級，但按B．4所述的密封試驗(yàn)，其泄漏量不能大于ISO 5208(1993)D級的二倍，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ISO 5208(1993)D級¨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。API 6D--2008附錄B附加試驗(yàn)要求中規(guī)定了在購方規(guī)定時制造廠要作的閥f J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、口徑和壓力級別選擇密封試驗(yàn)，可參考ISO 5208標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。對于長輸管道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)美國國家標(biāo)影美國儀表協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ANSI／FCI 70-2(ASME B16．104)—2006適用于控制閥密封等級的規(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應(yīng)在訂貨合同中規(guī)定。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對于金屬密封控制閥，I、Ⅱ、Ⅲ級要求較低，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zui低選用Ⅳ級，比較關(guān)鍵的控制閥選用V或Ⅵ級。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級要求，運(yùn)行良好。
    (5)另外工程設(shè)計(jì)中應(yīng)注意：API 6D規(guī)定奧氏體不銹鋼閥門密封試驗(yàn)時所使用的水其氯離子含量不得超過30ug／g，ISO 5208和API 598均規(guī)定奧氏體不銹鋼閥門密封試驗(yàn)時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能明確密封試驗(yàn)時所使用的水其氯離子含量。

•   低泄漏閥門密封等級分類標(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的微小外泄漏。閥門的這種微小的對外界環(huán)境的泄漏稱為低泄漏。目前上比較常用的檢測閥門低泄漏的標(biāo)準(zhǔn)主要有以下三種：
    (1)美國環(huán)境保護(hù)署EPA method 21《揮發(fā)性有機(jī)組分泄漏檢測》。
    (2)標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 15848(工業(yè)閥門：低泄漏測量、試驗(yàn)及資格認(rèn)定程序》。
    (3)殼牌石油公司SHELL MESC SPE 77／312《工業(yè)閥門：低泄漏測量、分級系統(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)》。
    美國環(huán)境保護(hù)署EPA Method 21標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定了檢測方法而沒有泄漏等級的劃分，屬于地方性標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，應(yīng)用較少。標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 15848和殼牌石油公司SHELL MESC SPE 77／312這兩個標(biāo)準(zhǔn)，對于閥門的性能，都從緊密等級、耐久等級和溫度等級三個方面進(jìn)行評定。緊密等級針對閥桿和閥體密封處的泄漏，分為A，B，C三個等級，對于ISO 15848標(biāo)準(zhǔn)閥體密封處的泄漏要求≤50 em3／m3，而閥桿處的泄漏兩個標(biāo)準(zhǔn)均是按照閥桿的直徑計(jì)算的。

ISO 15848A密封等級高，B，c級密封等級同SHELLMESC SPE 77／312標(biāo)準(zhǔn)。通常低泄漏閥門的密封等級低于B級，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，其密封等級低于A。

• 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。以往對閥門外泄漏等級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*實(shí)現(xiàn)國產(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)保意識地不斷增強(qiáng)，與國外技術(shù)合作的增多，以及國內(nèi)閥門制造廠自身技術(shù)力量不斷加強(qiáng)，國內(nèi)技術(shù)人員對于低泄漏閥門的認(rèn)識也不斷提高，使其應(yīng)用范圍在不斷地?cái)U(kuò)大。對石化企業(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、SHELL MESC SPE 77／31標(biāo)準(zhǔn)的低泄漏閥門與波紋管閥門相比，結(jié)構(gòu)簡單，加工制造容易，其成本與通用閥門相比約高10％～20％。根據(jù)前面對這兩個標(biāo)準(zhǔn)密封等級的分析比較來看，緊密等級B級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傷害身體，甚至導(dǎo)致死亡，因此對這類天然氣凈化設(shè)施的泄漏要求更加嚴(yán)格。
        ★當(dāng)選取密封等級和規(guī)定的允許泄漏量時應(yīng)注意，在高壓閥門中密封面間介質(zhì)的泄漏會引起表面侵蝕。若是有腐蝕性介質(zhì)產(chǎn)生滲漏，在滲漏處的金屬會被腐蝕，隨著滲漏縫隙的增大，滲漏量也會很快的增加，以至使閥門報(bào)廢。因此，對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)的泄漏可能會造成人身危害、經(jīng)濟(jì)損失甚至產(chǎn)生事故等。因此，對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)級別合理地提出對密封性的要求。
    任何的密封有時允許有微量的泄漏，如果此泄漏量不起實(shí)際作用時，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，金屬對金屬密封，在關(guān)閉狀態(tài)下進(jìn)行密封性能試驗(yàn)時，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，對閥門的密封性能提出過高的要求是不必要的，因?yàn)橛行┕r*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)及制造加工對其外泄漏影響zui為明顯，低泄漏閥門對于閥門的閥體、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密封，閥桿在轉(zhuǎn)動或滑動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滿足安全、合理和經(jīng)濟(jì)的原則。