管线球阀设计的重大变革

从标准ASMEB16.34引言谈起管线球阀设计的重大变革第五版2013引言一、ASMEB16.342一.B16.34引言美国国家标准旨在为制造商、用户，以及公众之间提供一个双方约定的基础。美国国家标准的存在本身并不排除不符合该标准产品的制造，销售或产品的使用。只有在引用本标准，作为产品的指定标准、规范、销售合同或公共法规时，才确定强制遵守。3引言第一段说了三个内容：1.B16.34标准是供需双方约定的基础；2.标准本身不排除不符合本标准的产品制造、销售和使用；3.引用本标准作为产品标准，要强制遵守。4一.B16.34引言本标准必须指出，标准是反映各行业阀门通用的某些要求，这些要求可能不适合于某些已知用途的阀门，它可能包含某些令人满意的成功经验证实的产品特性。油、气产品管道中开发和使用的相关阀门就是恰当的例子。这些阀门符合现有的API6D标准，其自身就可满足联邦法规和管道安全运行局输送部所制定的规则要求。5一.B16.34引言标准明确指出，标准反映阀门的通用要求，这一要求不适合已经使用的API6D管线球阀。6一.B16.34引言这一引言从1978年第一版至2013年第五版没有变化，唯一的变更是：1978版—1998版，引言中含有“本引言不是B16.34——XX版的一部分”。2013新版，取消了引言中“本引言不是B16.34——XX版的一部分”。7一.B16.34引言二、ASMEB16.34与API6D发展的历史8API(美国石油学会)作为美国贸易协会下属的一个机构成立于1991年。其任务是，向政府提供税务建议，所属工业领域的统计，制订行业标准。9二、ASMEB16.34与API6D发展的历史第一个标准是有关螺纹的标准，发行于1924年，至今已有500个标准，覆盖石油工业的所有领域。API标准是：学会的技术权威，是一个技术中心，代表行业的水平和提供最佳范例，促进规程合理化，在全世界石油领域中运行，API是美国国家标准学会(ANSI)认可10二、ASMEB16.34与API6D发展的历史API6D的前身是API5GI，发行于1936年九月经五次修订，于1947年第五版发行时正式更名为API6D。至今已出版第24版。11二、ASMEB16.34与API6D发展的历史B16.34的发展与演变1969年12月，美国国家标准B16委员会的名称从“管道法兰和管件标准化委员会”改为“阀门、管件和垫片标准化委员会”，该委员会批准成立一个分委会来制定不同于法兰连接端的钢制阀门的新标准的方案。12B16.34的发展历史1977年6月16日，由美国国家标准学会（ANSI）批准发布B16.34“法兰端、螺纹端、焊接端钢制阀门”技术标准。提出“压力—温度等级”来规范承压壳体边界力学性能与压力、温度材料的函数关系。13B16.34的发展历史1981年8月14日，美国国家标准学会批准B16.34第二版。扩大了材料的应用范围，增加了镍基合金。1985年，增加了承插焊和螺纹端阀门的要求。1994年，采用适用于ASME《锅炉压力容器规范》的最新材料数据，按照附录F重新计算压力—温度等级表。并与1996年10月3日由美国国家标准学会（ANSI）批准。14B16.34的发展历史1999年，修订该标准，包括公制单位作为主要的参考单位。采用最新版的ASME锅炉压力容器规范，第Ⅱ卷D部分的数据，重新计算所有的压力—温度等级。即2004版于2004年2月20日由美国国家标准学会（ANSI）批准。15B16.34的发展历史1999年，修订该标准，包括公制单位作为主要的参考单位。采用最新版的ASME锅炉压力容器规范，第Ⅱ卷D部分的数据，重新计算所有的压力—温度等级。即2004版于2004年2月20日由美国国家标准学会（ANSI）批准。2007年开始修订，修改压力——温度等级，增加新材料，所有的应符合最新版的ASME锅炉压力容器规范，第Ⅱ卷，D部分的材料性能。即2009版于2009年6月18日由美国国家标准学会（ANSI）批准。16API6D发行于1936年九月B16.34发行于1977年元月从历史上二者没有血缘关系，设计标准在产品标准之后，API6D标准产品已有40年历史。B16.34的发展历史一直到2008年API6D-22版，API6D将B16.34,ASME8–(1),(2)并列的列入API6D的设计标准。这是经过近40年两个标准的相互影响、渗透，形成的一个新的认识，形成一个新的标准条款B16.34的发展历史ASMEB16.34是由美国机械工程师学会（ASME）制定，并由美国国家标准学会（ANSI）批准；API6D是美国石油学会（API）制定，并由美国国家标准学会（ANSI）批准；19B16.34的发展历史三、B16.34标准对阀门制造业贡献20历史上阀门的设计，输入：通径D，工作压力P，工作温度t，工作介质（决定材料），阀门类别，阀门结构，外部载荷等B16.34对阀门制造业的贡献：B16.34对阀门制造业的贡献：用表格形式建立阀体压力边界完整性与材料、压力、温度的关系，提出阀门磅级Class概念，按Class来设计阀门的理念。22定义了一个阀门的压力等级，Class150，Class300，Class600……等，然后对于某一阀门材料组别，给出一个阀门压力等级与阀门的工作压力、工作温度关系图表。这样，阀门制造厂按阀门的压力等级来设计制造阀门，从而使阀门容易实现标准化，系列化设计。Class×××＝F（材料，压力，温度）23B16.34对阀门制造业的贡献：为进一步简化阀门的设计，ASMEB16.34给出阀门最小壁厚与阀门通径、压力等级的函数关系图表，阀门壳体的强度设计只需查表即可，无须进行繁琐的计算。这样，给阀门制造业带来了很大方便，对保障阀门的安全服役做出重要的贡献。t=f(Class×××,NPS）24B16.34对阀门制造业的贡献：用函数表达来解读：阀体强度（壁厚）=f（材料，压力，温度，口径，结构形式，阀门类别，外部载荷）阀体的壁厚=F（Class，口径）。阀门的设计，制造按Class（磅级）和口径来分类。——阀门标准化设计。25但是，问题有它的两面性。这样一个不考虑阀门种类，阀体的结构型式，一个组别内材料的不同强度给出的最小壁厚，是一个“保守上限值”。这一值对中小阀门影响不大，随着口径增大，压力等级提高，材料的消耗增加很大。26提供了一个保守的“上限值”忽略阀门种类，阀门结构型式对强度的影响，所以标准是保守的。对阀体局部应力的考虑，包含在材料的安全系数，所以标准是保守的。27提供了一个保守的“上限值”对于同组别材料中不同材料，不同机械性能对阀体强度影响未予考虑，所以标准是保守的。28提供了一个保守的“上限值”B16.34的最大贡献是简化了阀门的设计，提供了一个全球标准化的阀门产品。29—B16.34在2008年之前不是API6D的设计标准；—B16.34在2008年以后是可选的设计标准之一。四、ASMEB16.34与API6D的关联与存在问题30B16.34与API6D不存在紧密的关联。API6D标准与API6D的阀门在B16.34，1978年正式颁布之前，已经使用了三十年。1978年以后，B16.34作为API6D的一个引用标准。2008年之前的API6D标准中，没有具体指出引用B16.34的具体章节。B16.34引言中提出，本标准可能不适合于已经使用的阀门……，例如，API6D阀门。31开孔补强中频繁出现。，在。是应力集中的衰减半径ASMEBdtdtmm34.161.1开孔处应力集中理论，阀颈壁厚的规定是基于32例如：API6D的阀门结构：上装式球阀和三段式管线球阀（无阀颈阀门），它的设计不符合B16.34中6.1.3阀体颈部中的要求，即：33343536存在的问题是：(1)管线球阀是一个无阀颈的阀门；上装式阀门的阀颈很短；不符合B16.34的相关规定。(2)B16.34提供的是一个保守的上限值，在大口径产品设计中偏于保守而增加阀门制造成本。为协调API6D-2008版对壁厚作出变更：在6.1.1壁厚节中提出“对于多件阀体结构，如三片式的壁厚要求”。（C）对于多件阀体结构的阀门，如三片式球阀，其中阀体是由主阀体和附属于它的两个左、右阀体构成的，其内径d值确定为：（1）对于两个左、右阀体，d值应符合6.1.2节（a）的要求。（2）对于主阀体，d值应是主阀体的内径。如果主阀体壁有轴向孔，无论是直通的还是部分螺纹连接的，内外管间隙也应满足图2中f和g的尺寸要求。38例如一个Class900，NPS48的球阀，德国舒克公司按AD2000设计的重量为为19吨，而按B16.34设计的重量为28.5吨。所以阀门制造业按ASME第Ⅷ卷锅炉压力容器建造规则设计势在必行。39国外管线球阀著名公司对B16.34标准在样本中的表述：美国CameronAPI6D，ANSI相关标准意大利GroveB16.34，API6D德国ShuckAD2000，API6D捷克MSAB16.34，ASMEⅧ-（1）（2）,API6D日本TIXASMEⅧ,API6D401.Cameron，舒克，日本TIX的阀体不满足B16.34；2.B16.34不考虑筒形和球状壁厚的不同。412008第23版API6D的重要性承压元件的设计和计算方法应按照国际上认可的设计规范或标准的规定，同时考虑到管子负荷，操作力等等。标准的选用按协议规定。注1：国际上认可的设计规范或标准，例如ASME第Ⅷ卷第1篇或第2篇，ASMEB16.34，EN12516-1和EN13445-3。B16.34是作为API6D阀门供选用的设计标准之一，但不是唯一的设计标准。422009版B16.34作了相应的调整在B16.34-2009版中，为了满足API6D-2008版的要求，修改了6.1.2（C）章节，增加了三段式阀门的壁厚。即：（C）对于多件阀体结构的阀门，如三片式球阀，其中阀体是由主阀体和附属于它的两个左、右阀体构成的，其内径d值确定为：（1）对于两个左、右阀体，d值应符合6.1.2节（a）的要求。（2）对于主阀体，d值应是主阀体的内径。如果主阀体壁有轴向孔，无论是直通的还是部分螺纹连接的，内外管间隙也应满足图2中f和g的尺寸要求。43问题（1）：根据ASMEB16.34-2009版6.1.2（C），两片式球阀设计是否可以看作是多件阀体结构？答：不是。44某些国外的阀门制造商把B16.34作为产品的设计标准，不准确的引用B16.34的某些章节。国内的阀门制造业，全面执行B16.34的设计标准，并在某些标准中把B16.34的最小壁厚作为强制执行的标准。列入TS认证。—B16.34是API608的设计、制造标准五、ASMEB16.34与API608的关联46API608，第五版-2012标准前言中指出，API标准旨在为炼油、石化、化工的终端用户确定ASMEB16.34（《法兰、螺纹连接、焊接端阀门》）要求之外的附加的对于设计、操作、及性能要求。如同以下API标准为其他类型阀门提供附加要求，API608旨在为钢制及合金钢球阀提供ASMEB16.34要求之外的类似上述附加要求。API598,API599,API600,API602,API603,API60947在API608中明确规定：4.2壳体额定值阀门壳体压力—温度额定值应依照ASMEB16.34中标准等级列出的值对壳体材料评定额定值。5.1通则按照本标准设计制造的阀门应符合ASMEB16.34标准等级的要求和本标准的附加要求。5.3阀体5.3.1阀体壁厚（见注解）应按符合ASMEB16.34对标准等级的要求。ASME壁厚基于阀门的标准等级而非4.1中的压力温度额定值。注解阀体可能由多部件组成，如：阀体、阀盖等。48API608与B16.34紧密相关。B16.34是API608阀门设计、制造、验收基础标准，另外增加一些附加要求。49六、关于ASMEB16.34标准适用范围的解读50B16.34是API608的设计、制造、销售标准，是API6