NPS36 Class600壓力平衡式旋塞閥閥體建造思路分析

引言

壓力平衡式旋塞閥在天然氣工況下已被廣泛應(yīng)用,當(dāng)前,在天然氣長(zhǎng)輸管道上的最大應(yīng)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(diào)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(dāng)前世界上規(guī)格最大的壓力平衡式旋塞閥。由于結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)滿足閥門密封性能要求的同時(shí),還應(yīng)關(guān)注鑄件內(nèi)在質(zhì)量控制因素,特別是當(dāng)客戶對(duì)閥體鑄件提出射線探傷(RT)要求的時(shí)候。

1閥體結(jié)構(gòu)對(duì)密封性能的影響

對(duì)閥體所有受壓內(nèi)表面施加1.1P(P為設(shè)計(jì)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(duì)閥體進(jìn)行有限元分析呢?因?yàn)榘撮y門設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求,閥門出廠時(shí)的高壓密封試驗(yàn)壓力必須是1.1P[1]。每一臺(tái)閥門都必須進(jìn)行高壓密封試驗(yàn),合格后才能出廠。所以為保證閥門出廠前的高壓密封試驗(yàn)合格,采用1.1P壓力對(duì)閥體進(jìn)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(shè)計(jì)要求。但是,當(dāng)客戶對(duì)閥體提出射線探傷要求時(shí),又產(chǎn)生了新的問題需要解決。帶筋閥體的最大壁厚已達(dá)到了293.5mm,再加上筋的高度,導(dǎo)致需要進(jìn)行射線探傷的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于可應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)及其所能達(dá)到的檢測(cè)范圍如表2所示。

由表2可知,當(dāng)前可應(yīng)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于305mm,如果把筋與閥體整體鑄造在一起,將導(dǎo)致不能對(duì)閥體進(jìn)行射線探傷操作。這就使我們面臨另一種選擇:單獨(dú)鑄造加強(qiáng)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(nèi)在質(zhì)量,筋只是對(duì)閥體起加強(qiáng)作用的結(jié)構(gòu)件。這樣,我們就可以在焊筋之前對(duì)閥體進(jìn)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(jìn)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(jié)構(gòu)示意圖。

其次,焊接及其質(zhì)量控制過程按圖3所示的流程進(jìn)行。

最后的成品閥門(圖4)經(jīng)工廠測(cè)試可以達(dá)到在全壓差下開關(guān)5次以上才進(jìn)行1次補(bǔ)脂操作的良好結(jié)果。閥門于2016年3月在線工作至今,運(yùn)行良好,滿足設(shè)計(jì)要求。

4結(jié)論

當(dāng)客戶對(duì)閥體有射線探傷要求時(shí):

(1)在閥體壁厚滿足閥門密封性能要求的前提下,應(yīng)盡量采用不帶筋的閥體結(jié)構(gòu)。因?yàn)檎w筋的存在會(huì)使射線探傷出現(xiàn)嚴(yán)重誤判:不能確定鑄造缺陷是位于閥體壁厚范圍內(nèi)還是位于筋內(nèi);而焊接筋會(huì)影響閥門的生產(chǎn)效率,不適于大批量訂單的生產(chǎn)。

(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(shè)計(jì)。