阀门设计统一标准及作业流程.doc

阀门设计原则及流程美国原则：ASME-美国机械工程师协会，ANSI-美国国标协会，API-美国石油协会，MSS SP-美国阀门和管件制造厂原则化协会英国原则：BS德国国标：DIN日本工业原则：JIS/JPI法国国标：NF最后顾客阀门原则：SHELL MESC,DOW,AK通用阀门原则：ASME B16.34法兰端、对接焊端和螺纹端阀门闸阀原则：AP I600/ISO 10434 石油、天然气螺栓连接钢制闸阀BS 1414 石油、石化及炼油工业钢制闸阀API 603 150LB耐腐蚀法兰端锻造闸阀GB/T12234 法兰和对焊连接钢制闸阀DIN 3352 闸阀SHELL SPE 77/103 按ISO10434钢制闸阀截止阀原则BS 1873 钢制截止阀和截止止回阀GB/T 12235 法兰和堆焊连接钢制截止阀和截止止回阀DIN 3356 截止阀SHELL SPE 77/103 按BS1873钢制截止阀止回阀原则：BS 1868 钢制止回阀API 594 对夹和双法兰止回阀GB/T 12236 钢制旋启式止回阀SHELL SPE 77/104 按BS 1868钢制止回阀球阀原则API 6D/ISO 14313 管线阀门API 608 法兰、螺纹和对焊端钢制球阀ISO 17292 石油、石化及炼油工业钢制球阀BS 5351 钢制球阀GB/T 12237 法兰和对焊连接钢制球阀DIN 3357 球阀SHELL SPE 77/100 按BS5351球阀SHELL SPE 77/130 按ISO14313法兰端和对焊端球阀蝶阀原则API 609 对夹式、支耳式和双法兰蝶阀MSS SP-67 蝶阀MSS SP-68 高压偏心蝶阀ISO 17292 石油、石化及炼油工业钢制蝶阀GB/T 12238 法兰和对夹连接蝶阀JB/T 8527 金属密封蝶阀SHELL SPE 77/106 按API 608/EN 593 /MSS SP-67软密封蝶阀SHELL SPE 77/134 按API 608/EN 593 /MSS SP-67/68 偏心蝶阀锻钢阀原则：API 602 法兰端、螺纹端、焊接端和加长阀体连接端紧凑型闸阀BS 5352/ISO 1576150mm及如下钢制闸阀、截止阀和止回阀SHELL SPE 77/101 按ISO 15761钢制闸阀、截止阀和止回阀低温阀原则：BS 6364 低温阀门SHELL SPE 77/200 -50如下阀门SHELL SPE 77/209 0-50阀门API、DIN、BS、GB构造比较：API 600和BS1414、BS 1873、BS 1868、BS 5351对阀门构造规定最为详细DIN闸阀原则EN1984对构造未做详细规定新版GB/T12234基于对API600原则等效采用阀门惯用连接端形式：FF-Flat Face 平面法兰连接（150LB惯用）RF-Raised Face凸面法兰连接RTJ-Ring Joint 榫槽式连接（梯形槽）SW-Socket Welding 承插式连接NPT-NPT 螺纹连接WAFER-对夹式连接BW长型-Butt-Welding 对焊端长型连接BW短型-Butt-Welding 对焊端短型连接 构造长度比较DIN原则现采用EN原则构造长度 EN 558-1 PN法兰连接阀门构造长度（代替DIN 3202) EN 558-2 CLASS法兰连接阀门构造长度（代替BS2080) EN 12982 对焊端阀门构造长度（代替DIN 3202)DIN原则构造长度包括API阀门构造长度与GB构造长度基本一致EN 558-2 CLASS法兰连接阀门构造长度与ASME B16.10一致大多数DIN阀门顾客习惯用DIN3202 中F系列构造长度值如:Gate ： PN16-25- F5 series PN40-100-F7 seriesGlobe ：PN10-40-F1 series PN63-160-F2 seriesCheck ：PN10-40-F1 series PN63-160-F2 seriesBall ：PN10-40 DN10-100-F4 series DN125-300-F5 series 阀门连接端原则l ASME B16.10 阀门构造长度l ASME B16.5 钢制法兰和带法兰管件l ASME B16.47 大直径钢制法兰l MSS SP-44 钢制管线法兰l API 605 紧凑型法兰l ASME B16.25 对焊端部l ASME B16.11 承插和螺纹端锻造管件l ASME B36.10 焊接和无缝钢管 法兰比较老版DIN原则法兰采用DIN2501原则（PN法兰），新版DIN原则采用EN1092-1 PN法兰，但也可包具有CLASS法兰。DIN2501法兰与GB法兰和HG欧洲体系法兰基本一致。DN1550 不同压力PN1040法兰相似.BS原则采用BS 1560 CLASS法兰与ASME B16.5法兰一致，也可采用BS 4504 PN法兰。API原则普通采用RF、RTJ法兰；DIN原则和GB 普通压力PN40时 采用RF法兰，PN40普通采用凹面法兰。阀门设计流程设计根据：基本参数：阀门用途；介质工作压力和工作温度；使用介质及其特性（特别是腐蚀性，易燃易爆性）；公称尺寸DN；构造长度及采用原则；与管路连接方式，尺寸及原则；阀门驱动方式；需不需要抗硫；火灾型式实验证书；抗静电构造；注脂规定，加工阀杆规定。依照以上基本规定，可拟定阀门种类，公称尺寸DN或压力级别CL。重要连接尺寸和驱动方式等，同步选定阀门构造，重要零件材料。为了进一步做好设计，还应理解：介质粘度，阀门流通能力规定；流量特性；阀门启动和关闭时间；动力源状况（电动电压，气动气压等）；阀门安装位置及其环境条件；外形尺寸限制；重量限制；对震动规定。（一）基本参数拟定1.公称压力PNGB/T1048-规定公称压力有两个级别，即DIN系列和ANSI系列。也可按美标公称压力系列设计阀门。在GB/T12224-钢制阀门 普通规定中给出了原则压力级和特殊压力级各22种惯用材料压力-温度额定值，可作为设计材料选用。在JB/T3595-电站阀门 普通规定中给出了不同公称压力PN14种材料压力-温度额定值，同步给出了CL150-CL4500 WC1,WC4,WC6,WC9压力-温度额定值，可供电站阀门设计时材料选用。在美国机械工程师学会原则ASME B/16.34-法兰，螺纹和焊接连接阀门中给出了CL150-CL2500原则压力级和特殊压力级321种材料压力-温度额定值，可供设计时选用。懂得介质工作压力，介质工作温度和承压壳体材料，便可依照依照上述原则拟定公称压力PN。2.公称尺寸DN国标GB/T1047-中，规定了阀门公称尺寸。美国工程机械师学会原则ASME B16.34-附录中给出了公称管径NPS尺寸。3.工作温度阀门零件工作温度与许多因素关于。如阀门构造，公称尺寸大小，阀门周边环境等，因而很难得出一致精准数字。可选用有关资料数值作为参照。4.阀门构造长度不同国家阀门构造长度有不用规定，在这里不一一简介，可查看实用阀门设计手册。5.法兰连接或其她连接不同国家，不同原则法兰连接规定不同，选用时可查阅实用阀门设计手册。（二）阀门材料选用选用原则（1）满足使用性规定：依照阀门工作条件，即介质温度，压力，介质性质（腐蚀性，有无颗粒，与否会被金属离子污染）及阀门零件在阀门中起作用，受力状况等进行选材。（2）良好工艺性：锻造，锻造性，机加工，热解决，焊接等（3）良好经济性：价值=性能/成本在保证使用性能前提下，力求良好工艺性和经济性。一定范畴内通用阀门重要零件材料已经原则化JB/T5300-工业用阀门材料 选用导则GB/T12224-钢制阀门 普通规定JB/T3595-电站阀门 普通规定JB/T7248-阀门用低温钢铸件技术条件S.H3064-石油化工钢制通用阀门选用、检查和验收中对某些阀门零件应选什么材料作了规定。1.阀体、阀盖和闸板（阀瓣、碟板、球体）等直接承压件材料（1）灰铸铁。合用于PN不大于等于1.6MPa，介质工作温度不不大于等于-10摄氏度，不大于等于200摄氏度低压阀门。重要用于水、蒸汽、煤气及油品等介质。惯用牌号有HT200、HT250、HT300、HT350GB/T12226-通用阀门 灰铸铁技术条件ASTM A48/A48M-()ASTM A159/A159M-1993中规定了灰铸铁力学性能及化学成分。（2）可锻铸铁。合用于PN不大于等于2.5MPa，介质工作温度在-29摄氏度和300摄氏度之间。公称尺寸不大于等于100mm阀门。重要用于蒸汽、空气、油品介质。惯用牌号有KTH300-06、KTH330-08、KTH350-10。GB/T9440-1998ASTM A47/A47M-1999()ASTM A220/A220M-1999()中规定了可锻铸铁力学性能及化学成分。（3）球墨铸铁。合用于公称压力PN不大于等于4.0MPa，介质工作温度在-29摄氏度和350摄氏度之间。重要用于水、蒸油、空气及油品等介质。惯用牌号有QT400-18、QT400-15、QT450-10、QT500-7。GB/T12227-ASTM A536/A536M-1999()ASTM A571/A571M-()中规定了球墨铸铁力学性能及化学成分。（4）碳素钢。合用于PN不大于等于32MPa，介质工作温度在-29摄氏度和425摄氏度之间。重要用于水、蒸汽、空气、氢气、氨、氮、及石油产品等介质。惯用牌号有WCA、WCB、WCC、A105铸钢：GB/T12229- ASTM A216/A216M-锻钢：GB/T12228- ASTM A105/A105M-中规定了碳素钢力学性能及化学成分。（5)不锈钢。惯用有奥氏体不锈钢和双相不锈钢。惯用温度范畴是-196摄氏度到+650摄氏度。详细什么牌号不锈钢最高使用温度，可查看GB/T12224-和ASME B16.34-中压力-温度额定值表。不锈钢铸件：GB/T12230-通用阀门 不锈钢铸件技术条件 ASTM A351/A351M-承压件用奥氏体钢铸件规范 中规定了不锈钢力学性能、化学成分及热解决规范。不锈钢锻件：GB/T1220- ASTM A182/A182M- 中规定了其力学性能、化学成分、热解决规范及焊补 规定。（6）高温阀门用钢。碳素钢和低合金钢铸件：JB/T9625-1999 JB/T5263- ASTM A217/A217M- 中规定了力学性能、化学成分及热解决规范 高温壳体材料用锻件：GB/T1221-1992 GB/T3077-1999 ASTM A182/A182M- 中规定了力学性能、化学成分及热解决规范。（7）低温阀门用钢。普通低温系是指-19摄氏度到-269摄氏度。阀门用低温钢铸件：JB/T7248- ASTM A352/A352M- 中规定了铸件牌号使用温度、化学成分、力学性能 及热解决规范。 阀门用低温钢锻件：ASTM A350/A350M-中规定了锻件化学成 分、力学性能等。 2.密封面材料。密封面材料选用应依照不同工作条件选取。重要失效形式有：磨粒磨损、腐蚀磨损、表面疲劳磨损、冲蚀、擦伤。（1）软质材料。涉及各种橡胶、尼龙、氟塑料等。详细名称、代号、牌号、合用温度、合用介质等查有关资料。（2）硬质材料。重要是指各种金属，如铜合金、不锈钢、硬质合金、碳化钨等。详细名称、代号、牌号、合用温度、合用介质等查有关资料。同步密封面配对也有规定，可查有关资料。3.阀杆或阀座材料。普通选用是棒料或锻件。GB/T699-1999 ASTM A182/A182M-中规定了相应钢种、化学成分、力学性能等。4.焊接材料。不同材料阀体所选用焊接材料已有规定。设计者可以查阅资料参照。5.紧固件材料。选取原则：（1）按产品原则规定。（2）依照顾客提出规定拟定。（3）依照工况条件选取：如工作压力、温度、环境状况等。（4）参照关于管道法兰紧固件材料及对紧固件规定拟定。 有关原则：GB 150-1998 ASTM A193/A193M- ASTM A194/A194M- ASTM A320/A320M-6.垫片材料。非金属垫片：柔性石墨、聚四氟乙烯、无石棉垫片、橡胶垫片、等。其种类和性能指标可查阅有关资料。半金属垫片：金属齿型/波齿复合垫片、金属包覆垫片、缠绕式垫片等。其种类和性能指标可查阅有关资料。金属垫片：金属齿形垫片、八角垫、椭圆垫、R型垫片、金属透镜垫等。其种类和性能指标可查阅有关资料。7.填料。填料规定：减少填料对阀杆摩擦力、防止填料对阀杆和填料函 腐蚀、适应介质工况需要。惯用填料品种：盘根型（高温高压阀门专业盘根、石墨填充PTFE纤维盘根、高温高压经济型泵阀盘根、超强耐磨损专用盘根、耐磨损专用盘根通用型合成纤维盘根、纯PTFE盘根、干净型特种盘根），成形填料（尼龙、橡胶、聚四氟乙烯、增强聚四氟乙烯、柔性石墨环、阀杆专用高效密封组合环），泥状填料（白色、黑色泥状填料）8.阀杆螺母材料。PN不大于等于1.6MPa ZCuZn38Mn2Pb2PN介于2.5和6.4MPa之间 ZCuAl10Fe3高压阀门可采用：ZCuZn25Al6Fe3Ni2 2Cr13 1Cr18Ni9 Cr17Ni2（三）阀门密封保证保证阀门密封性因素诸多，所有这些因素不也许精准计算出，普通设计人员是依照产品用途拟定启闭件构造和密封尺寸，当计算启闭力时，必要拟定单位面积压力，即比压。普通此值只能依照实验来拟定。设计时做到：qmf q q qmf:保证密封所需比压。q：实际工作比压。q：密封面材料许用比压。qmf可查有关数据或者计算出来。q计算公式：q=FMZ/(d+bm)bmd：阀座密封面内径mmbm：阀座密封面宽度mmFMZ：出口端阀座密封面上总作用力Nq：密封面材料许用比压可查有关表数据。（四）重要通用零件设计计算1.阀体壁厚拟定 一：圆筒形及腰鼓形阀体、球形壳体 （1）薄壁脆性材料阀体： 对于灰铸铁及球墨铸铁制造闸阀一方面按GB/T12232-通用阀门 法兰连接铁制闸阀原则查出最小壁厚 对于用灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁制螺纹连接和法兰连接截止阀、节流阀、柱塞阀和升降式止回阀一方面按GB/T12233-通用阀门 铁制截止阀与升降式止回阀原则查出原则中给出最小壁厚 然后用第一强度理论脆性材料壁厚计算式进行验算。其计算式如下：tB=p.DN/(2L-p)+C DN:阀体中腔最大内径 p:设计压力，即公称压力PN tB：考虑附加裕量后阀体壁厚 C:考虑锻造偏差、工艺性和介质腐蚀等因素而附加裕量（mm） （2）薄壁塑性材料阀体： 对于国标钢制阀门按GB/T12224-钢制阀门 普通规定中给出公式计算 ，然后查表拟定最小壁厚。 美标钢制阀门按ASMEB16.34-法兰、螺纹和焊接端连接阀门中给出公式计算，然后查表拟定最小壁厚。 别的也是按相应原则给出公式和表拟定最小壁厚。 再用第四强度理论壁厚计算式校验。其计算式如下： tB=p.DN/(2.3L-p)+C （3）厚壁阀体： 对于国标钢制高压阀门阀体壁厚按GB/T12224-钢制阀门 普通规定中给出公式计算 美标钢制CL4500如下高压阀门阀体按ASMEB16.34-法兰、螺纹和焊接端连接阀门中给出公式计算 再按第四强度理论计算式校验。其计算式如下： tB=DN.(K0-1)/2+C K0：阀体外径与内径之比计算式为K0=/(-p3) 对于厚壁球形阀体按第四强度理论计算式校验。其计算式如下：tB=2pr/（400-p)+C r：球形体内半径。 注：当阀体外径与内径之比不大于1.2时按薄壁容器计算。 当阀体外径与内径之比不不大于1.2时按厚壁容器计算。 二：非圆筒形阀体。 其校验应依照该阀体形状，取相应截面计算应力来验算其壁厚。2.阀体中法兰连接计算在阀门承受工作压力和工作温度时，按作用力求得螺栓和法兰安全系数应不低于规定值。中法兰连接计算一方面应满足原则规定，然后按力学规定计算式去验算。（1）原则规定计算式。 1）国标钢制阀门。 螺纹应符合GB/T193-规定，螺纹公差与配合应付给GB/T197-规定。 2）美标钢制阀门。 应满足ASME.B16-法兰、螺纹和焊接连接阀门原则规定。螺栓连接或螺纹连接在直接承受管道负荷或非直接承受管道负荷时，应满足相应公式规定。（2）强度理论计算式。按强度理论规定，中法兰连接计算分为三某些：1.拟定为保证连接密封性、压紧垫片所需力。2.拟定螺栓尺寸和数量。3.拟定法兰尺寸。其计算办法可查阅有关资料。3.阀盖厚度计算。不同形式不同形状，其计算式不同。其计算办法可查阅有关资料。4.支架计算。应分别校验不同断面处合成应力。其计算办法可查阅有关资料。5.填料装置计算。填料装置涉及：填料、填料压盖、填料压套、填料压板、活结螺栓、销轴零件。计算时，先拟定填料箱孔重要尺寸参数。然后分别校验不同零件强度。其计算办法可查阅有关资料。6.阀杆计算。一方面阀杆必要满足强度条件，然后对于细长杆阀杆，还应校验其直线形状平衡稳定性。其计算办法可查阅有关资料。7.阀杆螺母计算。需要计算校验阀杆螺母螺纹表面挤压应力、螺纹根部剪切应力、螺纹根部弯曲应力。其计算办法可查阅有关资料。8.滚动轴承选取。为了减小操作力矩，普通在阀杆轴向力超过40000N状况下，在阀杆螺母上装有单向推力球轴承。分别计算基本额定动静载荷与否满足规定。其计算办法可查阅有关资料。9.手轮直径拟定。重要依照阀杆或阀杆螺母上最大转矩和可施加于手轮上圆周力来选定。其计算办法可查阅有关资料。10.弹簧计算。在安全阀、减压阀、调节阀和固定球球阀都普通选用相应弹簧。其计算办法可查阅有关资料。（五）阀门专用零件计算1.截止阀和节流阀专用零件计算。1）密封面设计与计算。 阀座密封面内径，对于国标阀门应按GB/T12224-附录A中选用或按GB/T12235-原则选用。对于美标阀门按ASME B16.34-中附录A选用。对于没有原则铸铁截止阀或节流阀，可取与公称尺寸相似尺寸。 阀座密封面宽度与工程压力、公称尺寸和密封面材料关于，对于平面密封，可依照公称尺寸参照有关数据查表选用。然后验算其密封比压。 阀瓣密封面宽度，要依照阀门构造拟定，对阀瓣有导向截止阀，阀瓣密封面宽度取和阀座密封面宽度相似尺寸。对阀瓣无导向截止阀，阀瓣密封面宽度普通要比阀座密封面宽度大2-6mm2)阀杆强度验算。 分三步：求得阀杆最大轴向力，求得阀杆最大转矩，计算不同截面应力。其计算办法可查阅有关资料。3）阀瓣厚度计算。 阀瓣厚度计算普通为计算器弯曲应力，其计算办法可查阅有关资。4）节流阀阀瓣设计。大多是不是计算，而是用近似办法拟定，其计算办法可查阅有关资。2.闸阀专用零件计算。1）闸阀构造设计符合有关原则。如构造长度，法兰尺寸，最小壁厚，闸板最小磨损行程，最小阀杆直径，阀体通道内径等。2）阀座密封设计与计算。 阀座密封面内径，对于堆焊密封面，由于堆焊工艺规定，普通比阀座内径大4-5mm；对于非堆焊密封面，普通取与阀座内径相似。 阀座密封面宽度一取公称尺寸1/20到1/50，并且随着公称尺寸增大，密封面宽度与公称尺寸之比减小，普通取阀座密封面宽度最佳不不大于5mm。 计算密封面上总作用力和比压。其计算办法可查阅有关资料。3）阀杆设计与计算。 计算出闸板作用于阀杆轴向力，然后估算阀杆直径，然后查阀门设计手册，选用相应阀杆直径，使得阀杆螺纹退刀槽直径不不大于或等于相应原则中给出阀杆最小直径。再进行阀杆强度验算。涉及计算其轴向力，总转矩，应力。其计算办法可查阅有关资料。4）闸板设计与计算。 一方面对闸板密封面宽度和内径进行选用。然后按阀门构造要素获得相应尺寸如：T型槽、导轨槽等。选用可查阅有关资料。再验算闸板强度和刚度。其计算办法可查阅有关资料。3.球阀专用零件计算。1）球阀通道截面直径选取和球体直径拟定。球阀通道截面直径选取符合相应原则规定。如：GB/T19627-GB/T3- API6D-/ISO14313:球体半径拟定应一方面依照球体通道直径和介质工作压力来拟定球体外圆半径。再拟定球阀密封时，所需密封面宽度，然后再修改球体半径，保证密封和强度规定。2）浮动球球阀设计计算。涉及：阀座密封面力计算、阀座预紧力拟定、阀杆与球体连接某些设计与计算、浮动球球阀总摩擦力矩计算、阀杆头部校验。其计算办法可查阅有关资料。3）固定球球阀设计与计算。 涉及：固定球球阀阀座密封比压计算、体腔内介质压力超过1.33p时，阀座自动泄压计算、固定球球阀转矩计算、固定球球阀滑动轴承承载能力、固定球球阀阀杆与球体连接某些强度计算、固定球球阀阀杆强度验算。其计算办法可查阅有关资料。4.蝶阀专用零件计算。涉及：蝶阀阀座最小通道直径拟定、阀体最小壁厚拟定、碟板中心处厚度计算、蝶阀转矩计算、阀杆强度验算、蝶板强度验算、金属密封蝶阀回转轴心位置拟定。其计算办法可查阅有关资料。5.旋塞阀专用零件计算。涉及：旋塞通道拟定、旋塞机构拟定、旋塞受力计算、旋塞最大力矩计算、旋塞杆强度校核。其计算办法可查阅有关资料。6.别的尚有隔膜阀、调节阀、止回阀、减压阀、安全阀、蒸汽疏水阀、低温阀等专用零件计算。大体思路为：拟定构造要素尺寸，密封面计算，强度校核等。其计算办法可查阅有关资料。7.阀门驱动装置设计要则。涉及：输出力或力矩选定、运动速度合理性、能源对的选取、应考虑配备附属机构。（六）阀门零部件1.扳手、手柄和手轮。扳手、手柄、手轮尺寸和技术规定按JB/T93-中规定。2.螺母、螺栓和螺塞。螺母、螺栓和螺塞尺寸和技术规定按JB/T1700-中规定。3.轴承压盖。轴承压盖尺寸和技术规定按JB/T1702-中规定。4.填料和填料垫。填料和填料垫尺寸和技术规定按JB/T1712-中规定。5.垫片和止动垫圈。垫片和止动垫圈尺寸和技术规定按JB/T1718-中规定。6.衬套。衬套尺寸和技术规定按JB/T1703-中规定。7.阀瓣盖和对开圆环。阀瓣盖和对开圆环尺寸和技术规定按JB/T1726-中规定。8.顶心。顶心尺寸和技术规定按JB/T1741-中规定。9.氨阀阀瓣。氨阀阀瓣尺寸和技术规定按JB/T1749-中规定。10.接头组件。接头组件尺寸和技术规定按JB/T1754-中规定。11.卡套、卡套螺母。卡套、卡套螺母尺寸和技术规定按JB/T1757-中规定。12.高压螺纹法兰。高压螺纹法兰尺寸和技术规定按JB/T2769-中规定。13.高压盲板。高压盲板尺寸和技术规定按JB/T2772-中规定。14.隔环。隔环尺寸和技术规定按JB/T5208-中规定。15.闸阀阀座。闸阀阀座尺寸和技术规定按JB/T5211-中规定。(七)阀门构造要素，精度规定阀杆头部尺寸、上密封座尺寸、锥形密封面尺寸、阀体铜密封面尺寸、闸板和阀瓣铜密封面尺寸、楔式闸阀阀体闸板导轨和导轨槽尺寸、楔式闸阀阀体密封面间距和楔角尺寸、楔式闸板密封面尺寸、氨阀阀体密封面尺寸、承插焊连接和配管端部尺寸、外螺纹连接端部尺寸、卡套连接端部尺寸、板体尺寸、闸板或阀瓣T型槽尺寸、填料函尺寸、阀杆端部尺寸、阀瓣与阀杆连接槽尺寸等。均有有关规定，详细查阅有关资料。各种阀精度规定，公差配合也要查阅有关资料，普通未注公差尺寸公差级别按GB/T1804-中规定m级精度。