引言

壓力平衡式旋塞閥在天然氣工況下已被廣泛應用,當前,在天然氣長輸管道上的最大應用規(guī)格為NPS16Class900(即口徑為DN400,壓力為15MPa)。目前,在天然氣發(fā)電站調壓撬上使用的最大規(guī)格為NPS36Class600(即口徑為DN900,壓力為10MPa),這也是當前世界上規(guī)格最大的壓力平衡式旋塞閥。由于結構原因壓力平衡式旋塞閥閥體多為鑄造而成,因此,在考慮閥體結構滿足閥門密封性能要求的同時,還應關注鑄件內在質量控制因素,特別是當客戶對閥體鑄件提出射線探傷(RT)要求的時候。

1閥體結構對密封性能的影響

對閥體所有受壓內表面施加1.1P(P為設計壓力)的壓力,考察閥體在該壓力狀態(tài)下密封面處的變形(位移)情況。為什么要在1.1P下對閥體進行有限元分析呢?因為按閥門設計制造標準規(guī)范要求,閥門出廠時的高壓密封試驗壓力必須是1.1P[1]。每一臺閥門都必須進行高壓密封試驗,合格后才能出廠。所以為保證閥門出廠前的高壓密封試驗合格,采用1.1P壓力對閥體進行有限元分析是非常必要的。

由表1分析可知,不帶筋的閥體很難滿足閥門密封性能的要求,帶筋的閥體可以很好地滿足設計要求。但是,當客戶對閥體提出射線探傷要求時,又產生了新的問題需要解決。帶筋閥體的最大壁厚已達到了293.5mm,再加上筋的高度,導致需要進行射線探傷的厚度遠遠大于可應用的射線探傷壁厚的范圍。

2射線探傷(RT)的限制條件

適用的射線探傷標準及其所能達到的檢測范圍如表2所示。

由表2可知,當前可應用的射線探傷最大厚度為305mm。帶筋閥體可以滿足閥門密封性能要求,但其加筋后的總厚度遠遠大于305mm,如果把筋與閥體整體鑄造在一起,將導致不能對閥體進行射線探傷操作。這就使我們面臨另一種選擇:單獨鑄造加強筋,然后把筋與閥體焊接在一起(圖1)。

圖1筋與閥體焊接示意圖

在此,我們需要控制的是閥體壁的內在質量,筋只是對閥體起加強作用的結構件。這樣,我們就可以在焊筋之前對閥體進行客戶要求的射線探傷檢查了。

3筋的焊接過程

首先,我們要求閥體鑄造模型和筋的鑄造模型必須采用加工中心進行制作,其三維模型由我公司提供,這樣可以最大限度保證筋和閥體之間的貼合程度。圖2給出了筋及其貼合面的結構示意圖。

其次,焊接及其質量控制過程按圖3所示的流程進行。

最后的成品閥門(圖4)經工廠測試可以達到在全壓差下開關5次以上才進行1次補脂操作的良好結果。閥門于2016年3月在線工作至今,運行良好,滿足設計要求。

4結論

當客戶對閥體有射線探傷要求時:

(1)在閥體壁厚滿足閥門密封性能要求的前提下,應盡量采用不帶筋的閥體結構。因為整體筋的存在會使射線探傷出現嚴重誤判:不能確定鑄造缺陷是位于閥體壁厚范圍內還是位于筋內;而焊接筋會影響閥門的生產效率,不適于大批量訂單的生產。

(2)本文的思路僅適用于壁厚接近于最大射線探傷的極限尺寸但不能滿足閥門密封性能要求的閥體設計。