1、前言

　　為了滿足我國對石油、天然氣需求的持續(xù)增長，在未來一段時間里，每年將興建幾千公里的大型長輸管線，包括增壓站、分輸站、大型儲備庫等油氣儲運項目。由于石油、天然氣易燃易爆的特殊性，對大型油氣儲運項目工程的質(zhì)量要求十分嚴格，對用于這些項目的管線球閥提出除了滿足API6D規(guī)范要求外，還要求閥門制造商提供第三方的防火認證，確保閥門的結(jié)構(gòu)是安全防火型的。

　　目前，我國閥門制造商取得的防火證，大多是國外認證公司(如Lloyds'，TUV，ABS等)頒發(fā)，也有一部分是認證公司下設(shè)的檢驗公司頒發(fā)。部分閥門制造商將準(zhǔn)備好的被試樣品送至認證公司指定火燒試驗臺進行火燒試驗，產(chǎn)品的泄漏量達到API6FA或API607標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍，就頒發(fā)防火證書，被試樣品的結(jié)構(gòu)與提供發(fā)證備案的總裝圖是否一致沒有明確規(guī)定，被試樣品的來源沒有明確的確認，火燒試驗臺是否具有供第三方認證試驗所具備的資質(zhì)條件含糊其辭。這樣有些制造商雖取得了防火證，但實際生產(chǎn)的產(chǎn)品是否是真正安全防火型，難以另人信服。項目設(shè)計單位、業(yè)主工程技術(shù)部門對國內(nèi)一些球閥制造商生產(chǎn)的管線球閥能否安全防火常有質(zhì)疑。

　　管線球閥是固定球結(jié)構(gòu)形式，上游端密封為主密封，具有DBB功能，在密封完好的情況下，閥門在全開或全關(guān)狀態(tài)下，可以通過中腔排污口或放空口來觀察上游閥座是否存在泄漏。管線球閥在正常使用下，中腔不帶壓。在火災(zāi)事故時，設(shè)計合理的閥座防火結(jié)構(gòu)，能夠減緩上游壓力介質(zhì)進入中腔的進度，避免因中腔升壓而引起介質(zhì)外漏和內(nèi)漏。具有良好的防火結(jié)構(gòu)設(shè)計的閥座，是保證管線球閥具有安全防火性能的主動措施。

　　管線球閥的防火結(jié)構(gòu)設(shè)計中，閥座防火結(jié)構(gòu)的設(shè)計是關(guān)鍵，閥座的防火性能良好，在火災(zāi)事故狀態(tài)下，可減輕閥桿防火結(jié)構(gòu)、閥體與左右體之間防火結(jié)構(gòu)設(shè)計的壓力。本文重點分析管線球閥在火災(zāi)時發(fā)生泄漏的原因，對閥門的防火結(jié)構(gòu)進行探討。

2、閥座防火結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的

　　閥座防火結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的為：

　　(1)有效保證在火災(zāi)事故時，上游壓力介質(zhì)盡可能少的通過閥座流入閥體中腔，從而引起內(nèi)漏和外漏。保證在消防隊員到達事故現(xiàn)場之前，不因閥門使火災(zāi)事故擴大;在消防隊員到現(xiàn)場后，利用消防設(shè)備能夠快速壓住火勢，消除火災(zāi)事故。

　　(2)真正使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)符合API6D規(guī)范的要求。使產(chǎn)品能通過火燒試驗，取得防火證書。

3、閥座防火結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　在金屬閥座圈與閥體間設(shè)置石墨防火密封環(huán);在金屬閥座圈與球體間設(shè)置防火金屬密封。結(jié)構(gòu)如圖1、2所示。

　　圖1 橡膠密封閥座結(jié)構(gòu)

　　圖2 塑料密封閥座結(jié)構(gòu)

　　火災(zāi)后，所有橡膠件和塑料件的密封將失效，失火后的密封功能由石墨防火密封環(huán)和球座防火金屬密封實現(xiàn)?；馂?zāi)前和火災(zāi)后的密封對照如圖3、4所示。

　　(a)正常密封狀態(tài)

　　(b)火災(zāi)后密封狀態(tài)

　　圖3 橡膠密封閥火災(zāi)發(fā)生前后密封對比

　　(a)正常密封狀態(tài)

　　(b)火災(zāi)后閥座密封狀態(tài)

　　圖4 塑料密封封火災(zāi)前后閥座密封對比

4、閥座火災(zāi)后泄漏原因分析

　　球閥閥座在正常情況下密封應(yīng)無泄漏。在火災(zāi)情況下，無論是橡膠密封閥座，還是塑料密封閥座所有橡膠件和塑料件密封性能失效，閥座將發(fā)生泄漏，此時，閥座防火結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)劣，直接影響閥門的防火性能。閥座泄漏途徑越少，泄漏量越少，閥門的防火性能越好。閥座泄漏途徑一般有3種情況：

　　(1)泄漏途徑1

　　閥座密封圈失效后，介質(zhì)通過閥座與球體之間的通道發(fā)生泄漏，如圖5所示。

　　(a)橡膠密封閥座

　　(b)塑料密封閥座

　　圖5 塑料密封與球體之間的泄漏

　　(2)泄漏途徑2

　　活塞效應(yīng)密封圈失效后，介質(zhì)通過閥座注脂孔，在閥座與閥體之間的通道發(fā)生泄漏，如圖6所示。

　　(a)橡膠密封閥座

　　(b)塑料密封閥座

　　圖6 活塞效應(yīng)密封圈失效后泄漏示意

　　(3)泄露途徑3

　　活塞效應(yīng)密封圈和擋脂密封圈失效后，介質(zhì)直接通過閥座與閥體之間的通道發(fā)生泄漏，如圖7所示。

　　(a)橡膠密封閥座

　　(b)塑料密封閥座

　　圖7 活塞效應(yīng)密封圈和擋脂密封圈失效后泄漏示意

　　由以上分析可看出，閥座泄漏主要存在于閥座與閥體、閥座與球體之間，如何減少閥座泄漏途徑，成為閥座防火結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵。

閥座防火結(jié)構(gòu)設(shè)計原理是：在火災(zāi)后，閥座的泄漏途徑越少，閥門的防火功能越好，防火結(jié)構(gòu)設(shè)計越合理;設(shè)計時在泄漏通道處分別設(shè)置石墨防火密封環(huán)和防火金屬密封的同時，石墨防火密封環(huán)的設(shè)置位置也至關(guān)重要。

　　設(shè)計不合理的防火石墨圈，仍不能有效改善閥門的防火功能，如圖8所示，石墨防火密封圈設(shè)置在閥座的尾部。雖然設(shè)置了石墨防火密封圈，但在活塞效應(yīng)密封圈和閥座密封圈失效后，介質(zhì)仍可以通過閥座注脂孔在閥座與閥體之間通道發(fā)生泄漏，如圖6所示。

　　圖8 設(shè)計不合理的閥座防火結(jié)構(gòu)示意

5、典型閥座防火結(jié)構(gòu)

　　目前國外專業(yè)管線球閥公司生產(chǎn)的球閥常見典型閥座結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖9～12所示，各閥座結(jié)構(gòu)防火結(jié)構(gòu)設(shè)計均較為合理，能夠保證閥座活塞效應(yīng)密封圈和閥座密封圈失效后，閥座泄漏途徑最少。

　　圖9 橡膠密封閥座1

　　圖10 橡膠密封閥座2

　　圖11 橡膠與塑料組合密封閥座

　　圖12 塑料密封閥座

　　國內(nèi)球閥公司由于各廠球閥的技術(shù)水平、制造水平及工程實際經(jīng)驗的差異，閥座的防火結(jié)構(gòu)設(shè)計水平參差不齊，有的公司閥座無防火結(jié)構(gòu)設(shè)計或防火結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，專業(yè)的球閥制造廠閥座防火結(jié)構(gòu)設(shè)計與國外公司基本上無差別。

6、結(jié)語

　　合理的閥座防火結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以保證上游壓力介質(zhì)通過閥座泄漏的途徑最少，防火性能最好。在管線球閥的防火結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)重點關(guān)注閥座的防火結(jié)構(gòu)設(shè)計。

　　合理的閥座防火結(jié)構(gòu)是管線球閥在實際工程中具有安全防火的根本保證，考核防火結(jié)構(gòu)的合理性應(yīng)嚴格按照API6FA/API607的規(guī)范進行火燒試驗，考核的樣品不應(yīng)是制造商的送樣，應(yīng)是驗證機構(gòu)的隨機抽樣，這樣才能保證第三方認證的合理性和公證性。交流學(xué)習(xí)之目的。