管線球閥設(shè)計
1、閥體
可分為全焊接閥體設(shè)計和分體式閥體設(shè)計。
全焊接閥體設(shè)計有筒狀結(jié)構(gòu)和球狀結(jié)構(gòu)，筒狀結(jié)構(gòu)是雙焊縫，焊接過程熱量輸入大，殘余應(yīng)力復(fù)雜，軸向和徑向變形大。球狀結(jié)構(gòu)Cameron公司是四條焊縫拼接，現(xiàn)在由于工藝技術(shù)進(jìn)步，采用左右閥體熱鍛壓成型，可中間單焊縫焊接成型，減少線能量輸入，降低軸向和徑向變形。
分體式結(jié)構(gòu)一般由閥體和左右連接體組成。連接體與閥體由螺栓連接，連接法蘭厚度與螺栓的連接強(qiáng)度應(yīng)按與閥體內(nèi)徑相當(dāng)?shù)姆ㄌm進(jìn)行類比設(shè)計，其連接強(qiáng)度必須防止管道應(yīng)力而產(chǎn)生連接松弛，使密封失效。閥體與連接體面對面接觸，中間無間隙。密封必須滿足失火安全要求，采用橡膠“O”型圈與纏繞式金屬墊組合密封。
閥體的材料為鍛件，溫度-29C°以上選用ASTMA105；-29C°以下選用ASTMA350LF2。對于焊接閥體，對A105或LF2材料的化學(xué)成分、含碳量、碳當(dāng)量以及硫、磷等元素應(yīng)另有特殊限制。鍛件按三級鍛件標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收，做100％無損探傷，焊縫處做著色檢查和超聲波探傷。
2、密封座與密封
閥座采用組合密封結(jié)構(gòu)，即金屬對金屬的初始“密封”，以阻擋固體顆粒的進(jìn)入；用橡膠、PTFE塑料、尼龍、PEEK等軟密封作為次級密封，以保證“零”級泄漏，如圖（六）所示。但由于管線中的異物的意外導(dǎo)入對軟密封材料的損壞，管線球閥均設(shè)有緊急密封劑的注入系統(tǒng)，以獲得暫時性的密封要求。
密封用的橡膠圈有圓形，三角形或其他特殊形狀。每一公司都有自己的設(shè)計結(jié)構(gòu)和工藝措施，防止橡膠圈在開關(guān)過程中被吹出（Blowout）或切壞。對于Class900磅級以上，應(yīng)選用防爆降壓(AED)特性的材料作為O型圈材料。
PTFE的密封圈，一般采用筒狀鑲嵌式結(jié)構(gòu)，亦可做成倒鉤狀組合式結(jié)構(gòu)，旨在保證密封圈不被吹出而導(dǎo)致密封失效。
密封座材料與閥體材料相同，化學(xué)鍍鎳，有彈簧加載以保證初始密封比壓，彈簧可采用螺旋彈簧，板彈簧或碟形彈簧，材料為InconelX－750。
進(jìn)口端和出口端閥座采用對稱雙向密封設(shè)計。這種活塞式的介質(zhì)自密封結(jié)構(gòu)，按照客戶需要可設(shè)計成“單活塞效應(yīng)”（Singlepistonaction），壓力自泄放密封座結(jié)構(gòu)（圖七）和“雙活塞效應(yīng)”（DoublePistoneffect）雙重密封結(jié)構(gòu)。
單活塞效應(yīng)即進(jìn)口端密封，出口端腔體壓力自動排放。
雙活塞效應(yīng)即進(jìn)口端、出口端同時密封，無論是氣體介質(zhì)或液體介質(zhì)，腔體必須設(shè)有安全閥，以保證壓力泄放。
單活塞效應(yīng)和雙活塞效應(yīng)設(shè)計的閥座，其腔體壓力排放是有區(qū)別的。雙活塞效應(yīng)設(shè)計是腔體壓力超過壓力等級相應(yīng)的壓力值的1.33倍時排放，且排放至大氣環(huán)境。而單活塞效應(yīng)的設(shè)計則是只要腔體壓力大于下游端管線壓力就自動排放至下游管線。因此，一般公司把單活塞效應(yīng)產(chǎn)品作為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，雙活塞效應(yīng)產(chǎn)品作為選項產(chǎn)品。
設(shè)置安全閥時，安全閥口徑應(yīng)≥1/2”，泄放壓力≤1.33倍額定壓力。閥座與連接體配合處應(yīng)有失火安全設(shè)計，與閥座配合處連接體內(nèi)表面應(yīng)局部化學(xué)鍍鎳。
3、球體與支承軸
管線球閥口徑（2”或2”以上）大都采用支承球、浮動閥座結(jié)構(gòu)（TrunnionmountedBallandFloatingSeat）。作用在球體上的介質(zhì)力有兩個滑動軸承支撐，對于高壓、大口徑，這一軸向推力可達(dá)到幾十噸至幾百噸，滑動軸的比壓必須進(jìn)行計算，其許用比壓不能超過供貨商提供的滑動軸套許用比壓。許多公司都用不銹作為基體，內(nèi)襯PTFE塑料，這種軸承套承載比壓可達(dá)200～400Mpa，許用比壓取100～200Mpa，且摩擦系數(shù)低，可降低球閥的操作扭矩。
支承軸的設(shè)計，一種是在球上車削成上下軸頸，并用二個上下支撐板支承，中間內(nèi)置由PTFE內(nèi)襯的不銹鋼軸套，支承軸長度L與軸頸d之比，由于結(jié)構(gòu)限制取L/d=0.4~0.8。另一種設(shè)計是球體車削成內(nèi)孔，上下由二個支承軸，支承在閥體上，這種設(shè)計一般L/d=1.2~2.。這二種結(jié)構(gòu)，前者由于軸頸粗而短，所以球閥的阻力矩較大，而后者的上支承軸，同時又是傳動扭矩的閥桿，所以是處于復(fù)合的受力狀態(tài)，支承軸（閥桿）的材料可選用ANSI4140并需化學(xué)鍍鎳。閥桿與球體扭矩的傳遞可用單鍵、雙鍵、花鍵連接，亦有直接連接裝配后與球體焊接的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
球體的加工精度，圓度≤0.005mm，化學(xué)鍍鎳，鍍層厚度高于閥座的鍍層。
對于大口徑，高壓力級閥門的球體，應(yīng)作球體變形計算，這種變形足以引起密封失效。
4、閥桿與填料
標(biāo)準(zhǔn)的閥桿安全設(shè)計應(yīng)防止在工作壓力下被“吹出”，閥桿上防吹出的凸緣處置一環(huán)狀環(huán)，以減少摩擦系數(shù)。填料可采用二級“O”形圈密封，亦可采用皮碗形用PTFE加工的填料，并有失火安全石墨填料和緊急狀態(tài)下外部密封劑的注入系統(tǒng)。在閥桿與球體接合部以及閥桿與閥體接觸處應(yīng)有一防靜電機(jī)構(gòu)，防止靜電在球體上集聚。
5、DBB功能設(shè)計
DBB功能設(shè)計是指無論是閥門處于開啟或關(guān)閉狀態(tài)，閥腔泄壓排放時，上游端和下游端閥座應(yīng)同時截止（DoubleBlock&Bleed），并允許從排泄閥處對在線閥門進(jìn)行閥座密封性能測試，而不影響管線運(yùn)行。
6、緊急密封系統(tǒng)的設(shè)計
緊急密封系統(tǒng)由注射器（Injector）和止回閥(CheckValve)組成，分別安裝在閥體上，在閥座處的外測和閥桿填料處外側(cè)。緊急密封系統(tǒng)可以用來阻止或減少管線中閥門密封座的泄漏，密封劑注射前要進(jìn)行清潔和沖洗，有專門生產(chǎn)的清潔劑和密封脂，用手動或電動的工具將清洗劑或密封脂從注射器口注入，并按供貨商所提供的使用說明進(jìn)行清潔和緊急密封操作。
7、失火安全與防靜電設(shè)計
失火安全與防靜電設(shè)計已在支承軸、密封座章節(jié)中予以說明，防靜電結(jié)構(gòu)設(shè)計，在24VDC下測定，電阻值不超過10歐姆。
8、閥門的操作
閥門的操作，有手動、蝸輪傳動、氣動（雙作用或彈簧復(fù)位），高壓氣動（直接使用管線氣體）、電動、液動（雙作用或彈簧復(fù)位）以及氣液聯(lián)動。氣液聯(lián)動可實(shí)施本地和遠(yuǎn)程控制，與衛(wèi)星遙控的SCADA系統(tǒng)相配合，當(dāng)下游壓力降的速率或持續(xù)時間超多設(shè)定值時，（即管線爆裂），緊急切斷閥自動截斷，并帶有救急性的蓄壓器，供手動操作。
9、端部設(shè)計
連接端按客戶要求，有法蘭連接端和焊接端。
法蘭連接端應(yīng)帶凸面或環(huán)形槽，其尺寸、公差與光潔度、以及打孔、法蘭面，锪孔、倒孔等應(yīng)按下列標(biāo)準(zhǔn)；
DN600及其以下，按ASMEB16.5，其中DN550按MSS-SP44；
DN650以上按ASMEB16.47中A系列
焊接端應(yīng)按ASMEB31.4中434.8.6節(jié)圖（1）、（2）或ASMEB31.8中圖（14）和（15）。
10、螺栓
體連接螺栓用ASTMA193B7材料制造，螺母用ASTM()制造，并符合NACE-TM0284規(guī)定，客戶可以要求作著色試驗(yàn)，按ASME第V篇24款進(jìn)行。
11、直埋地下
直埋地下的閥門為全焊接閥體管線球閥，閥桿按客戶要求接長，閥桿接長部分設(shè)計應(yīng)牢固，能抗地面承載，所有閥體上的連接管、密封劑注入器，底部排泄閥、安全泄放裝置均接至地表，接管與閥體焊接。接長桿的設(shè)計，其長軸的繞曲和傳動鏈結(jié)合部的間隙應(yīng)予控制，防止開關(guān)過程中，球體不能準(zhǔn)確地處于關(guān)或開的位置，造成傳動失誤。
12、范圍
按API標(biāo)準(zhǔn)6D，以及制造廠的裝備能力，產(chǎn)品的供貨范圍：
Class100－600磅級DN1/2”-60”
Class900磅級DN1/2”-36”
Class1500磅級DN1/2”-16”
Class2500磅級DN1/2”-12”
在特殊場合，國外供貨商可提供：
Class150－600磅級較大口徑至DN72”
Class900磅級較大口徑至DN40”
Class1500磅級較大口徑至DN36”
Class2500磅級較大口徑至DN24”
