【氣浮機】閥門(mén)密封等級及選用詳解

閥門(mén)是石油化工裝置管道系統中的重要組成部件，其種類(lèi)多、數量大，是裝置中主要泄漏源之一，因此對閥門(mén)的泄漏要求至關(guān)重要。閥門(mén)密封性能是指閥門(mén)各密封部位阻止介質(zhì)泄漏的能力。

目前我國比較常用的閥門(mén)密封等級分類(lèi)標準主要有以下兩種。

1．1 中國國家標準對閥門(mén)密封等級的分類(lèi)國家標準GB／T 13927《工業(yè)閥門(mén)壓力試驗》。

1．2 中國機械行業(yè)標準對閥門(mén)密封等級的分類(lèi)機械行業(yè)標準JB／T 9092《閥門(mén)的檢驗與試驗》。

目前圍際上比較常用的閥門(mén)密封等級分類(lèi)標準主要有以下五種。

2．1  前蘇聯(lián)對閥門(mén)密封等級的分類(lèi)

為了按閥門(mén)的密封程度和規定的用途選擇產(chǎn)品，按密封程度對閥門(mén)進(jìn)行了分類(lèi)。

2．2  國際標準化組織對閥門(mén)密封等級的分類(lèi)

國際標準化組織標準ISO5208《工業(yè)閥門(mén)金屬閥門(mén)的壓力試驗》。

2．3  美國石油協(xié)會(huì )(APl)對閥門(mén)密封等級的分類(lèi)美國石油協(xié)會(huì )標準API 598--2004《閥門(mén)的檢查和試驗》。

2．4  美國閥門(mén)和管件工業(yè)制造商標準化協(xié)會(huì )(MSS)對閥門(mén)密封等級的分類(lèi)美國閥門(mén)和管件工業(yè)制造商標準化協(xié)會(huì )標準《鋼制閥門(mén)的壓力試驗》MSS SP61允許的閥門(mén)泄漏量要求如下：

(1)在閥門(mén)密封副中有一個(gè)密封面使用塑料或橡膠的情況下，在密封試驗的持續時(shí)間內應無(wú)可見(jiàn)泄漏。

(2)關(guān)閉時(shí)每一側的最大允許泄漏量應是：液體為公稱(chēng)尺寸(DN)每毫米、每小時(shí)0．4毫升；氣體為公稱(chēng)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 美國國家標準／美國儀表協(xié)會(huì )標準(ANSI／FCI)對控制閥密封等級的分類(lèi)

美國國家標彬美國儀表協(xié)會(huì )標準ANSI／FCI70-2(ASME B16．104)《控制閥閥座泄漏》。

2．6 歐盟標準對閥門(mén)密封等級的分類(lèi)

歐洲標準EN 12266—1《工業(yè)閥門(mén)閥門(mén)的試驗》第l部分。壓力試驗、試驗方法和驗收標準-強制性要求。

3．1 國內閥門(mén)密封等級的選用

(1)2009年7月1日實(shí)施的國家標準GB／T13927((工業(yè)閥門(mén)壓力試驗》是參照歐洲標準ISO 5208制訂的。適用于工業(yè)用金屬閥門(mén)，包括閘閥、截止閥、止回閥、旋塞閥、球閥、蝶閥的檢驗和壓力試驗。密封試驗的分級和最大允許泄漏量與ISO 5208的規定相同。該標準是對GB／T13927(通用閥門(mén)壓力試驗》的修訂，與GB／T13927相比，新增了AA、CC、E、EE、F和G六個(gè)等級。新版標準中規定“泄漏等級的選擇應是相關(guān)閥門(mén)產(chǎn)品標準規定或訂貨合同中要求嚴格的一個(gè)。若產(chǎn)品標準或訂貨合同中沒(méi)有特別規定時(shí)，非金屬彈性密封閥門(mén)按A級要求，金屬密封副閥門(mén)按D級要求⋯。”通常D級適用于一般的閥門(mén)，比較關(guān)鍵的閥門(mén)宜選用D級以上泄漏等級。

(2)機械行業(yè)標準JB／T 9092《閥門(mén)的檢驗和試驗》是對ZB J16006的修訂。密封試驗的最大允許泄漏量是參照美國石油協(xié)會(huì )標準API598--1996制訂的。適用于石油工業(yè)用閥門(mén)，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和壓力試驗。目前GB／T 9092正在修訂中。

(3)工程設計中應注意：國家標準GB／T19672((管線(xiàn)閥門(mén)技術(shù)條件》是參照歐洲標準ISO 14313和美國石油協(xié)會(huì )標準API 6D制訂的。國家標準GB／T 20173《石油天然氣工業(yè)管道輸送系統管道閥門(mén)》是參照歐洲標準ISO 14313制訂的。GB／T 19672和GB／T 20173這兩個(gè)標準對閥門(mén)泄漏量的接收準則均同ISO 5208 A級和D級要求。因此，工程設計中有高于其標準的泄漏量要求時(shí)，應在訂貨合同中給出。

3．2 國外閥門(mén)密封等級的選用

(1)前蘇聯(lián)對閥門(mén)密封等級分類(lèi)主要是20世紀50年代應用，隨著(zhù)前蘇聯(lián)的解體，現大多數國家都不選用此密封等級分類(lèi)，而是選用歐美標準的密封等級分類(lèi)。歐洲標準EN 12266—1密封等級分類(lèi)符合國際標準化組織標準ISO 5208的規定，但缺AA、CC和EE三個(gè)等級。ISO 5208與1999版相比，新增了AA、CC、E、EE、F和G六個(gè)等級。ISO 5208標準給出了與API 598和EN 12266標準幾個(gè)密封等級的比較。

④。其他公稱(chēng)尺寸密封等級的比較可按口徑計算泄漏量得出。

(2)美國石油協(xié)會(huì )標準API 598是美標閥門(mén)最常用的檢驗和壓力試驗標準。制造商標準MSSSP61常作“全開(kāi)”和“全關(guān)”的鋼制閥門(mén)的檢驗，但不適用于控制閥門(mén)。美標閥門(mén)通常不選用MSS SP61檢驗。API 598適用于下列API標準制造的閥門(mén)密封性能試驗：

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

工程設計中應注意：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》的檢驗和壓力試驗。API 600一2001(ISO 10434--1998)標準規定閥門(mén)的密封性能試驗參照ISO 5208，但標準中表17和表18的泄漏量卻同API 598--1996標準的規定，而不是采用ISO5208的密封等級分類(lèi)法。2009年9月1 13實(shí)施的API 600標準中糾正了2001版中的這個(gè)矛盾，規定閥門(mén)的密封性能試驗按照API 598，但沒(méi)有規定版本，這又與API 598--2004相矛盾。因此，工程設計中選用API 600和其密封性能試驗API 598標準時(shí)一定要明確標準的版本，確保標準內容的統一性。

(3)美國石油協(xié)會(huì )標準API 6D(ISO14313)《石油和天然氣工業(yè)一管線(xiàn)輸送系統一管線(xiàn)閥門(mén)》對閥門(mén)泄漏量的接收準則是：“軟密封閥門(mén)和油封旋塞閥的泄漏量不得超過(guò)ISO 5208 A級(不得有可見(jiàn)泄漏)，金屬閥座閥門(mén)的泄漏量不得超過(guò)ISO 5208(1993)D級，但按B．4所述的密封試驗，其泄漏量不能大于ISO 5208(1993)D級的二倍，除另有規定。”標準中注：“特殊的應用可要求泄漏量少于ISO 5208(1993)D級¨J。”因此，工程設計中有高于其標準的泄漏量要求，應在訂貨合同中給出。API 6D--2008附錄B附加試驗要求中規定了在購方規定時(shí)制造廠(chǎng)要作的閥f J附加試驗要求。密封試驗分低壓和高壓氣體密封試驗，以惰性氣體作為試驗介質(zhì)的高壓密封試驗將取代液體上密封試驗和液體密封試驗。依據閥門(mén)的類(lèi)型、口徑和壓力級別選擇密封試驗，可參考ISO 5208標準的規定。對于長(cháng)輸管道GAl、工業(yè)管道GCl上的閥門(mén)建議選用低壓密封試驗，可以提高閥門(mén)的合格品率。選用高壓密封試驗時(shí)應注意彈性密封閥門(mén)經(jīng)高壓密封試驗后，可能降低其在低壓工況的密封性能。應根據介質(zhì)使用工況實(shí)際條件，合理地選用閥門(mén)密封試驗要求，可以有效地降低閥門(mén)的生產(chǎn)成本。

(4)美國國家標影美國儀表協(xié)會(huì )標準ANSI／FCI 70-2(ASME B16．104)適用于控制閥密封等級的規定。工程設計中應根據介質(zhì)的特性和閥

門(mén)的開(kāi)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在訂貨合同中規定。根據經(jīng)驗，對于金屬密封控制閥，I、Ⅱ、Ⅲ級要求較低，工程設計中選用的比較少，通常一般金屬密封的控制閥最低選用Ⅳ級，比較關(guān)鍵的控制閥選用V或Ⅵ級。某乙烯裝置火炬系統的控制閥設計，選用了金屬密封Ⅳ級要求，運行良好。

(5)另外工程設計中應注意：API 6D規定奧氏體不銹鋼閥門(mén)密封試驗時(shí)所使用的水其氯離子含量不得超過(guò)30ug／g，ISO 5208和API 598均規定奧氏體不銹鋼閥門(mén)密封試驗時(shí)所使用的水其氯離子含量不得超過(guò)100ug／g。由于各標準要求不同，建議閥門(mén)訂貨合同中最好能明確密封試驗時(shí)所使用的水其氯離子含量。

低泄漏閥門(mén)是指閥門(mén)實(shí)際泄漏量很小，靠常規的水壓、氣壓密封試驗已不能判定，需要借助更加先進(jìn)的手段和儀器來(lái)檢測的微小外泄漏。閥門(mén)的這種微小的對外界環(huán)境的泄漏稱(chēng)為低泄漏。目前國際上比較常用的檢測閥門(mén)低泄漏的標準主要有以下三種：

(1)美國環(huán)境保護署EPA method 21《揮發(fā)性有機組分泄漏檢測》。

(2)國際標準化組織ISO 15848(工業(yè)閥門(mén)：低泄漏測量、試驗及資格認定程序》。

(3)殼牌石油公司SHELL MESC SPE 77／312《工業(yè)閥門(mén)：低泄漏測量、分級系統、資格認定程序及開(kāi)關(guān)閥和控制閥的型式認可和產(chǎn)品試驗》。

美國環(huán)境保護署EPA Method 21標準僅規定了檢測方法而沒(méi)有泄漏等級的劃分，屬于地方性標準法規，應用較少。國際標準化組織ISO 15848和殼牌石油公司SHELL MESC SPE 77／312這兩個(gè)標準，對于閥門(mén)的性能，都從緊密等級、耐久等級和溫度等級三個(gè)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(gè)等級，對于ISO 15848標準閥體密封處的泄漏要求≤50 em3／m3，而閥桿處的泄漏兩個(gè)標準均是按照閥桿的直徑計算的。

ISO 15848A級密封等級最高，B，c級密封等級同SHELLMESC SPE 77／312標準。通常低泄漏閥門(mén)的密封等級低于B級，而波紋管密封閥門(mén)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(yíng)級。

波紋管密封閥門(mén)是低泄漏閥門(mén)中的一種。以往對閥門(mén)外泄漏等級有特殊要求的工況一般選用波紋管密封閥門(mén)，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)現國產(chǎn)化，成本過(guò)高，從而制約其在石化行業(yè)中大量推廣使用。目前，隨著(zhù)人們的安全、環(huán)保意識地不斷增強，與國外技術(shù)合作的增多，以及國內閥門(mén)制造廠(chǎng)自身技術(shù)力量不斷加強，國內技術(shù)人員對于低泄漏閥門(mén)的認識也不斷提高，使其應用范圍在不斷地擴大。對石化企業(yè)中易燃易爆、有毒介質(zhì)選用的閥門(mén)如果能滿(mǎn)足低泄漏標準，這無(wú)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(mén)外漏引發(fā)火災、爆炸、中毒等危害生命安全的事故發(fā)生。滿(mǎn)足ISO15848、SHELL MESC SPE 77／31標準的低泄漏閥門(mén)與波紋管閥門(mén)相比，結構簡(jiǎn)單，加工制造容易，其成本與通用閥門(mén)相比約高10％～20％。根據前面對這兩個(gè)標準密封等級的分析比較來(lái)看，緊密等級B級閥門(mén)的泄漏量一般就能滿(mǎn)足某些特殊工況的低泄漏要求，加工精度要求比較容易達到，制造成本增加不多，其可以代替一部分波紋管閥門(mén)的使用。目前，低泄漏閥門(mén)對于硫化氫含量高的油氣田凈化系統更具有實(shí)際意義。因為硫化氫是一種劇毒、可燃氣體，比空氣重，能在低洼地區聚集，吸入一定濃度的硫化氫會(huì )傷害身體，甚至導致死亡，因此對這類(lèi)天然氣凈化設施的泄漏要求更加嚴格。

當選取密封等級和規定的允許泄漏量時(shí)應注意，在高壓閥門(mén)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(zhù)滲漏縫隙的增大，滲漏量也會(huì )很快的增加，以至使閥門(mén)報廢。因此，對于高壓或腐蝕性介質(zhì)工況工作的閥門(mén)，在保證密封性方面應提出較高的要求。在輸送易燃易爆和有毒介質(zhì)的管道中，閥門(mén)密封面間介質(zhì)的泄漏可能會(huì )造成人身危害、經(jīng)濟損失甚至產(chǎn)生事故等。因此，對于輸送易燃易爆和有毒介質(zhì)的閥門(mén)，應按介質(zhì)的危險級別合理地提出對密封性的要求。

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)，則可認為是密封的。閥門(mén)制造的技術(shù)標準通常規定，金屬對金屬密封，在關(guān)閉狀態(tài)下進(jìn)行密封性能試驗時(shí)，允許有一定的泄漏量。為了保證閥門(mén)高的密封性能，必須特別認真地研磨密封面，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)要提高結構的剛度。通過(guò)閥門(mén)的使用經(jīng)驗表明，在許多情況下，對閥門(mén)的密封性能提出過(guò)高的要求是不必要的，因為有些工況完全允許介質(zhì)有微量泄漏，因這種泄漏量不足以影響閥門(mén)的使用。相反，提高這些閥門(mén)的密封性能會(huì )使制造工藝復雜化，提高成本，造成不必要的浪費。閥門(mén)本身的結構設計及制造加工對其外泄漏影響最為明顯，低泄漏閥門(mén)對于閥門(mén)的閥體、閥桿和填料函等關(guān)鍵部件的設計制造加工要求更為嚴格，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(xiàn)度、閥蓋填料函孔的垂直度和加工的精度。

(3)閥門(mén)填料函的結構選擇，由于閥桿處的密封為動(dòng)密封，閥桿在轉動(dòng)或滑動(dòng)過(guò)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(mén)類(lèi)型的選用除了滿(mǎn)足工藝條件和標準規范外，還應充分考慮各種使用工況，工程設計中應力求選用的閥門(mén)密封等級滿(mǎn)足安全、合理和經(jīng)濟的原則。