閥門密封等級及選用詳解
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。第一處的泄漏叫內(nèi)漏，它直接影響閥門截斷介質(zhì)的能力和設(shè)備的正常運行。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。
一.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／T13927《工業(yè)閥門壓力試驗》。
1．2中國機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對閥門密封等級的分類機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB／T9092《閥門的檢驗與試驗》。
二.國際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行了分類。
2．2國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對閥門密封等級的分類
國際標(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》。
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)API598--2004《閥門的檢查和試驗》。
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》MSSSP61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)的最大允許泄漏量應(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(ASMEB16．104)《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)EN12266—1《工業(yè)閥門閥門的試驗》第l部分。壓力試驗、試驗方法和驗收標(biāo)準(zhǔn)-強制性要求。
三.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日實施的國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T13927((工業(yè)閥門壓力試驗》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、蝶閥的檢驗和壓力試驗。密封試驗的分級和最大允許泄漏量與ISO5208的規(guī)定相同。該標(biāo)準(zhǔn)是對GB／T13927(通用閥門壓力試驗》的修訂，與GB／T13927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級要求，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)機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB／T9092《閥門的檢驗和試驗》是對ZBJ16006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和壓力試驗。目前GB／T9092正在修訂中。
(3)工程設(shè)計中應(yīng)注意：國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T19672((管線閥門技術(shù)條件》是參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)ISO14313和美國石油協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)API6D制訂的。國家標(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這兩個標(biāo)準(zhǔn)對閥門泄漏量的接收準(zhǔn)則均同ISO5208A級和D級要求。因此，工程設(shè)計中有高于其標(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)EN12266—1密封等級分類符合國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)ISO5208的規(guī)定，但缺AA、CC和EE三個等級。ISO5208與1999版相比，新增了AA、CC、E、EE、F和G六個等級。ISO5208標(biāo)準(zhǔn)給出了與API598和EN12266標(biāo)準(zhǔn)幾個密封等級的比較。
④。其他公稱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)會標(biāo)準(zhǔn)API598是美標(biāo)閥門最常用的檢驗和壓力試驗標(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，但不適用于控制閥門。美標(biāo)閥門通常不選用MSSSP61檢驗。API598適用于下列API標(biāo)準(zhǔn)制造的閥門密封性能試驗：
法蘭式，凸耳，對夾式和對焊連接止回閥API594
法蘭、螺紋和對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
法蘭和對焊連接的耐腐蝕栓接閥蓋閘閥API603
法蘭、螺紋和對焊連接的金屬球閥API608
雙法蘭式，凸耳和對夾式蝶閥APl609
工程設(shè)計中應(yīng)注意：API598--2004與1996版相比，取消了對API600((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。API600一2001(ISO10434--1998)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定閥門的密封性能試驗參照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的密封等級分類法。2009年9月113實施的API600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)計中選用API600和其密封性能試驗API598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)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(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，但按B．4所述的密封試驗，其泄漏量不能大于ISO5208(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ISO5208(1993)D級¨J。”因此，工程設(shè)計中有高于其標(biāo)準(zhǔn)的泄漏量要求，應(yīng)在訂貨合同中給出。API6D--2008附錄B附加試驗要求中規(guī)定了在購方規(guī)定時制造廠要作的閥fJ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(jù)閥門的類型、口徑和壓力級別選擇密封試驗，可參考ISO5208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，可以提高閥門的合格品率。選用高壓密封試驗時應(yīng)注意彈性密封閥門經(jīng)高壓密封試驗后，可能降低其在低壓工況的密封性能。應(yīng)根據(jù)介質(zhì)使用工況實際條件，合理地選用閥門密封試驗要求，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／FCI70-2(ASMEB16．104)適用于控制閥密封等級的規(guī)定。工程設(shè)計中應(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，對于金屬密封控制閥，I、Ⅱ、Ⅲ級要求較低，工程設(shè)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(tǒng)的控制閥設(shè)計，選用了金屬密封Ⅳ級要求，運行良好。
(5)另外工程設(shè)計中應(yīng)注意：API6D規(guī)定奧氏體不銹鋼閥門密封試驗時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最好能明確密封試驗時所使用的水其氯離子含量。
四.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際泄漏量很小，靠常規(guī)的水壓、氣壓密封試驗已不能判定，需要借助更加先進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。目前國際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)境保護署EPAmethod21《揮發(fā)性有機組分泄漏檢測》。
(2)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO15848(工業(yè)閥門：低泄漏測量、試驗及資格認(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》。
美國環(huán)境保護署EPAMethod21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。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO15848和殼牌石油公司SHELLMESCSPE77／312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標(biāo)準(zhǔn)均是按照閥桿的直徑計算的。
ISO15848A級密封等級最高，B，c級密封等級同SHELLMESCSPE77／312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級。
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完全實現(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，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，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)用范圍在不斷地擴大。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、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)更具有實際意義。因為硫化氫是一種劇毒、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。
六.結(jié)束語
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)下進行密封性能試驗時，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。閥門本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計及制造加工對其外泄漏影響最為明顯，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)計中應(yīng)力求選用的閥門密封等級滿足安全、合理和經(jīng)濟的原則。
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