1、國(guó)內(nèi)外鋼制楔式閘閥標(biāo)準(zhǔn)的概況
在各種管道和設(shè)備等流體輸送系統(tǒng)中，閘閥是目前應(yīng)用最為廣泛的閥門(mén)品種之一。閘閥的主要特點(diǎn)是：(1)流通阻力小；(2)開(kāi)關(guān)所需力矩小；(3)介質(zhì)流動(dòng)的方向不受限制；(4)閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，關(guān)閉件受沖蝕小；(5)形體簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)緊湊；(6)制作工藝性好。目前廣泛地應(yīng)用在石油、化工、冶金、電站、醫(yī)藥、食品等工業(yè)裝置上。隨著國(guó)際間經(jīng)濟(jì)和技術(shù)交往的日益增加，閥門(mén)這一重要的工業(yè)配套管路附件在國(guó)際市場(chǎng)上流通也迅速增加，各國(guó)的閥門(mén)標(biāo)準(zhǔn)是不同的，閥門(mén)的結(jié)果長(zhǎng)度和連接法蘭標(biāo)準(zhǔn)也各不相同，這給國(guó)際間閥門(mén)流通使用帶來(lái)很大不便。
目前，世界上各工業(yè)先進(jìn)國(guó)家對(duì)于閥門(mén)的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)均制訂各自的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，閥門(mén)標(biāo)準(zhǔn)采用的計(jì)量單位主要有公制和英制兩大系統(tǒng)。中國(guó)GB、德國(guó)DIN、法國(guó)NF、前蘇聯(lián)等國(guó)的閥門(mén)標(biāo)準(zhǔn)均采用公制；美國(guó)ANSI、API標(biāo)準(zhǔn)過(guò)去一直采用英制，現(xiàn)在也增添了公制附表。各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中選用閘閥的壓力--溫度額定值基準(zhǔn)是不統(tǒng)一的。采用公制的國(guó)家，通常把常溫下最大工作壓力規(guī)定為公稱壓力，如GB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：碳鋼WCB閥門(mén)的公稱壓力PN10MPa表示常溫時(shí)的最大工作壓力，當(dāng)溫度升高到425℃時(shí)它的最大工作壓力僅為5.3MPa；而美國(guó)等采用英制的國(guó)家，則按不同的材料規(guī)定在某一指定溫度下的工作壓力位公稱壓力。以美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ANSIA216WCB材料的150磅級(jí)碳鋼閘閥為例：使用溫度約560℉時(shí)，它的許用工作壓力為150psi(lbf/in2),當(dāng)閥門(mén)的最高使用溫度規(guī)定為800℉時(shí)，其相應(yīng)的許用工作壓力為80psi(lbf/in2)。閥門(mén)計(jì)量制壓力基準(zhǔn)以及閥門(mén)其它技術(shù)參數(shù)的不統(tǒng)一，嚴(yán)重阻礙了閥門(mén)產(chǎn)品的交流和使用，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題則突顯出來(lái)。
關(guān)于閥門(mén)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題，1971年9月在日內(nèi)瓦召開(kāi)第二十五次理事會(huì)議上，決定成立通用閥門(mén)工業(yè)用閥門(mén)技術(shù)委員會(huì)TC153《閥門(mén)》，秘書(shū)國(guó)是英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)。TC153成立以來(lái)，活動(dòng)頻繁，每年召開(kāi)多次會(huì)議討論和制訂有關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，ISO/TC153在通用閥門(mén)基本尺寸、壓力、溫度等級(jí)、材料試驗(yàn)和名稱術(shù)語(yǔ)等方面都進(jìn)行了大量的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一工作，它所制訂的閥門(mén)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，普遍適用發(fā)達(dá)國(guó)家及發(fā)展中國(guó)家的閥門(mén)工業(yè)，如ISO的一些標(biāo)準(zhǔn)：一般工業(yè)用閥門(mén)標(biāo)記；一般工業(yè)用閥門(mén)術(shù)語(yǔ)；金屬閥門(mén)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度；閥體閥蓋用螺栓連接的鋼制閘閥；閥門(mén)材料、檢驗(yàn)和壓力試驗(yàn)等等。目前這些國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大多已被各國(guó)不同程度的采用，多數(shù)是修改采用(等效采用)，也有些是等同采用和非等效采用(參照)。ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化組織在協(xié)調(diào)各國(guó)閥門(mén)標(biāo)準(zhǔn)方面做了多方面的努力，ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)即考慮到發(fā)展中國(guó)家的現(xiàn)有閥門(mén)工業(yè)水平，又注意吸收發(fā)達(dá)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的先進(jìn)技術(shù)，盡量協(xié)調(diào)統(tǒng)一，使ISO標(biāo)準(zhǔn)廣泛用于世界各國(guó)。
采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是我國(guó)的一項(xiàng)重要技術(shù)政策，隨著我國(guó)閥門(mén)標(biāo)準(zhǔn)化工作的加強(qiáng)，閥門(mén)標(biāo)準(zhǔn)得以快速發(fā)展，通過(guò)積極參加閥門(mén)行業(yè)國(guó)際活動(dòng)，使我國(guó)能及時(shí)了解閥門(mén)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制修訂動(dòng)態(tài)，跟蹤國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)情況，實(shí)時(shí)制定、修訂我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，緊跟國(guó)際形勢(shì)。同時(shí)讓國(guó)外同行了解中國(guó)的閥門(mén)，為讓中國(guó)閥門(mén)企業(yè)更快地走進(jìn)國(guó)際市場(chǎng)創(chuàng)造條件。
通過(guò)對(duì)國(guó)外有關(guān)鋼制閘閥的主要標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比分析，試從閘閥的殼體部分、密封部分、閥桿部分、檢驗(yàn)試驗(yàn)等幾個(gè)主要方面，找出國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)存在的差異，為閥門(mén)設(shè)計(jì)制造者提供參考。
2、殼體部分國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比
通用的鋼制閘閥的殼體壁厚，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)基本上采用按有修正系數(shù)的薄壁圓筒壁厚公式進(jìn)行計(jì)算，ISO、ANSI、JIS等標(biāo)準(zhǔn)基本上采用下列公式：
t=1.5〔p.d2s-1.2p〕
其中：t--計(jì)算厚度(英寸)p--壓力等級(jí)數(shù)值(lbf/in2)
d--公稱管徑(英寸)s—基本應(yīng)力系數(shù)(材料許用應(yīng)力)
這一計(jì)算公式，接近于我國(guó)中壓閥門(mén)三化標(biāo)準(zhǔn)所采用的壁厚公式：
S=1.32p.DN2〔σ〕-1.2p+c
美國(guó)石油學(xué)會(huì)API標(biāo)準(zhǔn)，日本石油學(xué)會(huì)JPI標(biāo)準(zhǔn)的閥門(mén)考慮到用于石油、石化的特殊工況的需要，壁厚值較一般工業(yè)用途閥門(mén)所定的數(shù)值增大，以6〝-300Lb鑄鋼閘閥為例，相應(yīng)的ANSI以及ISO標(biāo)準(zhǔn)所要求的最小壁厚分別為9.6㎜和8.8㎜；而API、JPI、BS標(biāo)準(zhǔn)所要求的最小壁厚值分別為16㎜、16㎜和15.9㎜。
閘閥結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度各國(guó)有不同的標(biāo)準(zhǔn)，目前由ISO標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一為長(zhǎng)短兩個(gè)系列尺寸，同時(shí)ISO、ANSI、API及BS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：端法蘭可以與閥體鑄鍛一體，也可以采用焊接連接。
目前，殼體材料各國(guó)閥門(mén)標(biāo)準(zhǔn)都有專門(mén)的殼體材料表，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)材料都規(guī)定了含碳量的最大值，例如WCB鋼的含碳量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定
C≤0.3％，但API、JPI、BS進(jìn)一步考慮閘閥使用于石油、化工等含硫量高的介質(zhì)等特殊工況，參照NACEMR0175油田設(shè)備抗硫應(yīng)力斷裂金屬材料要求，選用殼體材料含碳量C≤0.25％，硬度HRC﹤22，日本的JPI標(biāo)準(zhǔn)對(duì)殼體材料，除了要求含碳量C﹤0.25％外，還規(guī)定了其它元素的含量。
關(guān)于閥蓋上密封結(jié)構(gòu)API、JPI、BS及我國(guó)新標(biāo)準(zhǔn)中都強(qiáng)調(diào)了閥蓋上必須有上密封結(jié)構(gòu)，當(dāng)閥門(mén)全開(kāi)時(shí)閥桿的倒密封面接觸，API、JPI、BS等標(biāo)準(zhǔn)的上密封一般采用不銹鋼襯套式，但必須固定在閥蓋上，工作時(shí)不能松動(dòng)，只有奧氏體不銹鋼閥門(mén)上密封才允許本體加工或堆焊硬質(zhì)合金密封面。
閥體與閥蓋連接的中法蘭螺拴，早期國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)通用鑄鋼閘閥的中法蘭螺拴與螺母多采用優(yōu)質(zhì)碳鋼，而美、英、日等先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中法蘭雙頭螺栓是采用合金鋼35CrMo,螺母采用優(yōu)質(zhì)碳鋼，中法蘭螺栓采用合金鋼材料，能提高材料的抗蠕變強(qiáng)度，避免因高溫蠕變導(dǎo)致螺栓變形而產(chǎn)生泄漏或發(fā)生事故。這樣，即使在較高的使用溫度工況下，反復(fù)使用仍可以保持穩(wěn)定的密封性，為確保安全，API、JPI和我國(guó)新標(biāo)準(zhǔn)都強(qiáng)調(diào)了中法蘭螺栓采用重型六角螺母，螺柱采用全螺紋的，以避免和減少熱應(yīng)力集中的現(xiàn)象。
關(guān)于中法蘭墊片，GB標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù)壓力范圍和工作溫度的不同規(guī)定了金屬波形墊、平板墊、齒形墊等七種類型的墊片，美國(guó)API、英國(guó)BS及日本JPI標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)中法蘭墊片做了嚴(yán)格的規(guī)定要求，在工作溫度下，墊片材料應(yīng)具有一定的彈性和塑性以及足夠的強(qiáng)度，并且要經(jīng)得起介質(zhì)的腐蝕。
3、密封件部分國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比
閘閥的密封件部分，主要是指閥座與閘板的密封面。各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)一般都是根據(jù)閥門(mén)使用工況的不同規(guī)定了一系列可供選擇的密封副，國(guó)外閘閥標(biāo)準(zhǔn)對(duì)密封面的材料和硬度有嚴(yán)格的要求，API600列出十四種材料，它還規(guī)定了當(dāng)閥座閘板的密封面都采用Cr13材料時(shí)，其硬度值不得小于HB250，這樣對(duì)提高密封面的密封性能及延長(zhǎng)使用壽命均有好處。除了金屬對(duì)金屬密封副外，英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，閥座也可以采用軟密封材料，但它們磨損或破壞時(shí)，金屬部分的密封副仍可以保證密封作用。
我國(guó)閥門(mén)標(biāo)準(zhǔn)至2006年以前，GB標(biāo)準(zhǔn)對(duì)閥門(mén)密封面堆焊層的厚度規(guī)定為：加工后的密封面堆焊層的厚度至少為2㎜；而API、BS標(biāo)準(zhǔn)則不分規(guī)格一律規(guī)定：加工后的密封面堆焊層厚度至少為1.6㎜，新版本的API602標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：加工后的密封面堆焊層厚度至少為1.0㎜，相比之下我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)則顯得保守。在不影響密封性能和密封壽命的情況下，減少密封面的堆焊層厚度，可以節(jié)省昂貴的密封面材料，目前新版的GB/T12234-2007標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)參照采用API和BS標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)數(shù)據(jù)。
4、關(guān)于閥桿和閥桿密封
閥桿在閥門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉操作過(guò)程中，除了承受拉、壓和扭矩的作用力外，還與介質(zhì)和填料直接接觸，閥桿材料必須保證在規(guī)定溫度下有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，并有一定的耐蝕、耐磨性能，我國(guó)早期閥門(mén)閥桿材料多采用不銹鋼，且標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有閥桿硬度的具體要求；國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)API、BS、JPI等十分重視閥桿質(zhì)量控制，明確規(guī)定閥桿材料至少采用Cr13不銹鋼，并對(duì)它的硬度做了規(guī)定。
國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)和GB標(biāo)準(zhǔn)對(duì)填料區(qū)域閥桿直徑給出了最小規(guī)定值，
還規(guī)定閥桿應(yīng)為整體鍛造結(jié)構(gòu)，不允許采用焊接組裝的閥桿。
各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于閥桿的上密封有共同的要求，規(guī)定閥桿上應(yīng)設(shè)有上密封面，當(dāng)閥門(mén)處于全開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，它與閥蓋上密封座吻合，保證密封可靠。關(guān)于閥桿頭部的結(jié)構(gòu)，各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定為“T”型。BS和JPI標(biāo)準(zhǔn)還補(bǔ)充提出，不得采用螺紋或銷子的方式來(lái)連接閥桿與閘板，以避免閥桿產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)或從閘板上脫開(kāi)。
為了保證操作的安全，API、BS及新GB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，新閥門(mén)在關(guān)閉位置時(shí)，閥桿螺紋伸出閥桿螺母的長(zhǎng)度至少應(yīng)相當(dāng)于所要求的磨損行程。對(duì)于公稱管徑小于或等于DN150的閥門(mén)，閥桿螺紋伸出閥桿螺母的長(zhǎng)度最大可達(dá)磨損行程的5倍，對(duì)于公稱管徑大于DN150的閥門(mén)，該長(zhǎng)度最大可以是磨損行程的3倍。
5、關(guān)于閘閥的試驗(yàn)、檢查和檢驗(yàn)
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和世界上各工業(yè)先進(jìn)的國(guó)家都制訂有閥門(mén)通用
的檢驗(yàn)和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，ISO5208工業(yè)用閥門(mén)試驗(yàn)方法、API598閥門(mén)的檢驗(yàn)和試驗(yàn)、MSS鋼閥門(mén)的壓力試驗(yàn)等標(biāo)準(zhǔn)都明確規(guī)定了閥門(mén)的試驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)對(duì)試驗(yàn)壓力、試驗(yàn)介質(zhì)、試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間及允許泄漏量等都做了詳細(xì)規(guī)定。
閘閥的試驗(yàn)主要包括殼體試驗(yàn)、低壓密封試驗(yàn)、上密封試驗(yàn)和高壓密封試驗(yàn)。美國(guó)API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：閘閥的殼體強(qiáng)度、上密封試驗(yàn)和低壓密封試驗(yàn)三項(xiàng)是必須的試驗(yàn)，而高壓密封試驗(yàn)是任選的。日本JIS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定閘閥只需要進(jìn)行殼體、閥座密封及上密封三項(xiàng)試驗(yàn)。我國(guó)GB標(biāo)準(zhǔn)中參照采用了API598標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
對(duì)比各國(guó)的有關(guān)閘閥的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，殼體強(qiáng)度試驗(yàn)多數(shù)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為以1.5倍常溫的額定壓力值作為試驗(yàn)壓力。各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)所要求的試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間按閥門(mén)的公稱通徑的大小而有所不同，但是在殼體強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，一致規(guī)定任何泄漏都是不允許的。液體試驗(yàn)的介質(zhì)一般采用常溫水，GB、API、ISO等標(biāo)準(zhǔn)還強(qiáng)調(diào)了試驗(yàn)介質(zhì)應(yīng)含有防銹劑，同時(shí)也允許使用粘度不大于水的液體進(jìn)行試驗(yàn)。低壓密封試驗(yàn)一般采用空氣或惰性氣體，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗(yàn)壓力為0.5-0.7Mpa,上密封試驗(yàn)是在全開(kāi)啟狀態(tài)下進(jìn)行的，它的試驗(yàn)壓力一般規(guī)定為1.1倍的公稱壓力，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定不允許有任何泄漏。
以上從五個(gè)方面對(duì)鋼制閘閥進(jìn)行了國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比分析，工作中無(wú)論采用那個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，使用者還應(yīng)認(rèn)真學(xué)習(xí)和查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，了解各標(biāo)準(zhǔn)中共性的內(nèi)容和特殊的規(guī)定。這樣才能靈活使用標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)、制造工作中充分體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的互換性和一致性。
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