NPS36 Class600压力平衡式旋塞阀阀体建造思路分析

引言

压力平衡式旋塞阀在天然气工况下已被广泛应用,当前,在天然气长输管道上的最大应用规格为NPS16Class900(即口径为DN400,压力为15MPa)。目前,在天然气发电站调压撬上使用的最大规格为NPS36Class600(即口径为DN900,压力为10MPa),这也是当前世界上规格最大的压力平衡式旋塞阀。由于结构原因压力平衡式旋塞阀阀体多为铸造而成,因此,在考虑阀体结构满足阀门密封性能要求的同时,还应关注铸件内在质量控制因素,特别是当客户对阀体铸件提出射线探伤(RT)要求的时候。

1阀体结构对密封性能的影响

对阀体所有受压内表面施加1.1P(P为设计压力)的压力,考察阀体在该压力状态下密封面处的变形(位移)情况。为什么要在1.1P下对阀体进行有限元分析呢?因为按阀门设计制造标准规范要求,阀门出厂时的高压密封试验压力必须是1.1P[1]。每一台阀门都必须进行高压密封试验,合格后才能出厂。所以为保证阀门出厂前的高压密封试验合格,采用1.1P压力对阀体进行有限元分析是非常必要的。

由表1分析可知,不带筋的阀体很难满足阀门密封性能的要求,带筋的阀体可以很好地满足设计要求。但是,当客户对阀体提出射线探伤要求时,又产生了新的问题需要解决。带筋阀体的最大壁厚已达到了293.5mm,再加上筋的高度,导致需要进行射线探伤的厚度远远大于可应用的射线探伤壁厚的范围。

2射线探伤(RT)的限制条件

适用的射线探伤标准及其所能达到的检测范围如表2所示。

由表2可知,当前可应用的射线探伤最大厚度为305mm。带筋阀体可以满足阀门密封性能要求,但其加筋后的总厚度远远大于305mm,如果把筋与阀体整体铸造在一起,将导致不能对阀体进行射线探伤操作。这就使我们面临另一种选择:单独铸造加强筋,然后把筋与阀体焊接在一起(图1)。

图1筋与阀体焊接示意图

在此,我们需要控制的是阀体壁的内在质量,筋只是对阀体起加强作用的结构件。这样,我们就可以在焊筋之前对阀体进行客户要求的射线探伤检查了。

3筋的焊接过程

首先,我们要求阀体铸造模型和筋的铸造模型必须采用加工中心进行制作,其三维模型由我公司提供,这样可以最大限度保证筋和阀体之间的贴合程度。图2给出了筋及其贴合面的结构示意图。

其次,焊接及其质量控制过程按图3所示的流程进行。

最后的成品阀门(图4)经工厂测试可以达到在全压差下开关5次以上才进行1次补脂操作的良好结果。阀门于2016年3月在线工作至今,运行良好,满足设计要求。

4结论

当客户对阀体有射线探伤要求时:

(1)在阀体壁厚满足阀门密封性能要求的前提下,应尽量采用不带筋的阀体结构。因为整体筋的存在会使射线探伤出现严重误判:不能确定铸造缺陷是位于阀体壁厚范围内还是位于筋内;而焊接筋会影响阀门的生产效率,不适于大批量订单的生产。

(2)本文的思路仅适用于壁厚接近于最大射线探伤的极限尺寸但不能满足阀门密封性能要求的阀体设计。