不锈钢阀门压力-温度额定值的计算与研究

　　根据ASME B16. 34 介绍的阀门压力- 温度额定值的计算方法，计算了常用不锈钢阀门的标准磅级和特殊磅级压力-温度额定值，并介绍了测定阀门在指定温度下最大工作压力的试验方法。

1、概述

　　阀门是一种压力管道元件，广泛用于石油、化工、电力、水利、冶金和航天等各个领域。阀门的压力-温度额定值是指在指定温度下允许的最大工作压力。当温度升高时，最大允许工作压力随之降低。压力-温度额定值数据是在不同工作温度和不同工作压力下正确选择阀门的重要依据，也是工程建设和生产制造的基本参数。ASME B16. 34 标准中规定了阀门材料的压力-温度额定值，该标准将压力等级分为150、300、400、600、900、1 500、2 500 和4 500磅级，其在高等级1 500、2 500 和4 500 磅级之间有较大的跨度。随着国民经济的不断发展，技术

　　结构的划分更加细致，在技术创新的同时提出更高的经济性要求，所以更加细化的阀门压力-温度等级划分和更加精确的阀门性能定位就显得十分重要。本文通过标准磅级和特殊磅级的304、316、316L 奥氏体不锈钢阀门压力-温度额定值的分析计算和阀门压力-温度值试验方法的研究，确定了阀门在指定温度下实际的最大工作压力，为精确定位阀门性能提供依据。

2、计算

　　标准磅级阀门是指符合ASME B16. 34 标准，除特殊磅级阀门和限定磅级阀门以外的阀门。特殊磅级阀门是指制造材料通过ASME B16. 34 标准中规定的无损检测要求、缺陷排除和修复规则的阀门。为满足阀门等级细致划分的要求，根据ASMEB16. 34 的计算公式，在1 500 磅级和4 500 磅级之间增加了2 000、3 000 和3 500 磅级3 个等级。

3、试验方法

　　通过式(1) 和式(2) 计算值得出了各材料不同磅级阀门的压力-温度额定值，但阀门结构、制造工艺和密封材料等因素不同程度影响着阀门性能，导致阀门实际的压力-温度值偏离标准规定值，造成阀门选用和生产制造的误差。因此，在标准规定压力-温度等级的基础上进一步确定阀门的实际性能至关重要。以两款316 不锈钢针形截止阀为例(表4) ，对阀门压力-温度值的试验方法进行研究，并尝试通过试验得到阀门在各温度下的实际最大工作压力。

表4 试验阀门参数

　　试验分为活动加载阀门和固定加载阀门。活动加载是指阀门填料由活动的压紧螺母加载，当阀门填料泄漏时，可持续调节压紧螺母直到阀门再次密封。固定加载是指阀门填料不可持续调节。试验以ASME B16. 34 中规定的数值为基准，不超过标准中规定的数值，试验温度小于密封填料的最高使用温度。首先，安装试验阀，确认系统密封( 图1) ，给阀门充满介质，但不加压力。然后，控制交变温度箱缓慢加热到温度T，进入保温阶段，保温时间为t'( 图2) ，调节压力试验台，保持压力显示数值缓慢稳定升高，直到数值不再升高或者回落，记录此时压力。

　　对于固定加载阀门，以得到的压力数据为基准，反复调节压力试验台，直到得到一个稳定的最高密封压力。对于活动加载阀门，以一定的力矩( 经验值) 拧紧压紧螺母，每个温度下只允许拧紧一次，反复调节压力试验台，直到得到一个稳定的最高密封压力。根据记录的各温度下的稳定压力数据绘制阀门压力-温度曲线( 图3) 。

图1 测试系统

图2 测试时间-温度曲线

　　分析ASME 标准规定额定值、活动加载阀门和固定加载阀门压力- 温度值可以看出，在38℃时，种试验阀门压力同标准值基本一致。随着温度升高，阀门的试验结果均低于标准值，但活动加载阀门值与标准值接近，而固定加载阀门等级相差较远。分析原因，虽然阀门采用了同样的材料和制造工艺，但PTFE材料受温度、压力的影响较明显，易产生冷流、收缩现象。活动加载阀门通过再次拧紧填料，消除了冷流、收缩产生的体积损失，补偿了密封面比压的损失，从而具有更高的密封能力。

图3 PTFE 填料阀门压力- 温度曲线

4、结语

　　在ASME 标准的基础上对不锈钢阀门等级采用了更细致的划分，计算了各磅级阀门的压力-温度标准值，并通过试验验证了阀门的性能等级，确定了阀门实际的性能指标，为工程建设提供了更大的选择空间和更精确的选择依据。