API 6D與API 608對球閥要求的分析

張紹華，劉建峰，葉志烜，宋忠榮

（合肥通用機械研究院，安徽合肥 230031）

0 引言

關于球閥產品，美國石油協會有API 6D《管道及管線閥門規范》和API 608《法蘭、螺紋和焊連接的金屬球閥》2個標準規范，這2個標準對球閥產品都作出了詳細的規定和要求。本文對API 6D與API 608中關于球閥的規定和要求進行初步解讀，并結合工程實踐，明晰API 6D球閥與API 608在結構設計、性能要求、試驗方法等方面的區別與聯系，使API球閥業主、制造廠、監理方等相關方能夠理解和適應相應產品標準的規定和要求。

1 API 6D與API 608的關系

API 6D球閥使用在石油和天然氣工業管道系統，包括長輸油氣管線及各級匯集管線，相當于站區外運輸，包括ASME B31.4和B31.8管道，口徑范圍NPS（4～60），以大口徑居多，95%以上均為10英寸以上，壓力等級有 150，300，400，600，900，1500，2500 磅，一般為固定球結構，進口端密封。API 608球閥使用在石油、石油化工及工業應用上,主要用于ASME B31.3工藝管道，口徑范圍NPS（1/4～24），大都口徑較小，壓力等級有 150，300，600，800磅，一般為浮動球結構，出口端密封。

API 608是在ASME B16.34《法蘭、螺紋和焊連接的閥門》規定的要求外附加設計、操作和性能的要求，面向一般工業用戶。由于長輸管道工程的特殊性，美國石油學會制定了API 6D《管道及管線閥門規范》標準，明示了API 6D的球閥與API 608的球閥在結構與功能等方面的區別。

API 6D與API 608球閥根據所使用的工況和需求不同，各有其特點，共同構成了石油化工領域完整的球閥規范。結合工程實踐，對2個球閥標準,進行初步解讀和分析。

2 球閥要求分析

2.1 結構與功能要求

球閥按球體結構分為浮動球球閥和固定球球閥。浮動球球閥典型結構如圖1所示。其球體無支撐軸，球體由閥門進、出口兩端的閥座予以支撐。閥桿與球體為活動連接。閥門關閉時，球體在介質壓力的作用下，被推向閥門出口端閥座，使之壓緊并密封。這種球閥為出口端（閥后）密封，具有結構簡單、制造方便、成本低廉、工作可靠等特點，在工藝管道上得到了廣泛應用。

固定球球閥支撐板結構如圖2所示。其球體由固定到閥體上的支撐板所支撐，閥座是活塞效應閥座。在介質壓力的作用下，閥座向球體靠近，使閥座密封圈緊壓在球體上，產生密封比壓，以達到密封介質。閥前介質壓力在球體上所產生的作用力全部傳遞給軸承，不會使球體向閥后閥座移動，因而閥座不會承受過大的壓力。這種球閥為進口端（閥前）密封，具有開啟轉矩小，密封性能穩定等特點，適用于長輸管線高壓、大口徑的場合。

API 608球閥用于石化行業工藝管道，功能為接通或截斷介質，操作工況經常是高溫高壓、有毒有害、易燃易爆、腐蝕性及連續作業，對閥門的密封、材料、防腐等方面提出了高的要求。API 608球閥有固定球結構和浮動球結構，一般采用浮動球結構。

API 6D球閥用于長輸管線，因長輸管線的特殊性，球閥除了接通或截斷介質功能外，還須具有排污、放空、超壓泄放、注脂和在線檢漏等功能。API 6D球閥都采用固定球結構。

API 6D管線球閥的排污、放空功能：①閥門出廠試驗時，驗證閥座的密封性；②管線投產前，排空閥腔內污物；③投運時，在線檢査閥座的密封性；④搶修時，代替管線上的排污與放空。

圖1 浮動球球閥

圖2 固定球球閥

為了保證搶修施工的安全，減少對環境的影響，降低放空代價，管線球閥的排污放空尤為重要，必須嚴格按API 6D規范要求設計排污放空，滿足規范中對排污口、放空口的尺寸規定。具有排污、放空功能的球閥閥座，每個閥座均能承受外側的全壓差（DBB功能），隔絕上、下游介質，實現安全排污、放空。

API 6D管線球閥除了排污、放空功能外，還應具備中腔超壓泄放功能，可利用DIB-2功能的閥座將超壓釋放到閥座外側或者閥體另接安全泄壓裝置。為提高球閥的密封性能，也可使單個閥座分別承受住每一側的全壓差（DIB-1）。當上游閥座密封失效時，下游閥座仍能可靠密封。

實現排污、放空、超壓泄放功能，提高密封可靠性，API 6D管線球閥設計成活塞效應的閥座。閥座活塞效應原理如圖3所示。面積差（A2-A1=△A）產生的作用力推動閥座向球體運動，形成密封。

圖 3 閥座活塞效應

活塞效應分單活塞效應和雙活塞效應。單活塞效應的閥座只能對單個方向的介質起密封作用。雙活塞效應閥座對正向流體和反向流體均能起密封作用。通過單活塞效應閥座和雙活塞效應閥座的不同組合，實現DBB，DIB-1和DIB-2功能，見圖4。

API 6D管線球閥除了充分考慮閥座結構外，還應考慮其他結構設計或材料選擇以保證閥門的密封性能，如采用儲物空間大的閥體結構、增加閥體內腔直徑等措施，避免管道內沙石等硬物長時間停留在閥座與球體間的腔體，有效防止對閥座和球體的損傷。此外，采用橡膠材料的活塞效應閥座密封圈，對管道內硬物的適應性較好，避免密封圈永久損傷而使密封失效。

2.2 檢驗與試驗要求

圖4 活塞效應閥座的組合

API 608規定球閥的檢查、檢驗和壓力試驗按照API 598《閥門的檢查和試驗》進行。作為ASME B16.34《法蘭、螺紋和焊連接的閥門》的補充規范，API 608球閥也應完全滿足ASME B16.34的檢驗與試驗要求。ASME B16.34和API 598是針對通用閥門提出的規范，屬于必須滿足的最低要求。

API 6D規范針對管線閥門的具體情況，對檢驗和試驗進行了詳細的規定，較ASME B16.34和API 598要求更嚴，如壓力持續時間更長、試壓項目更多、操作程序更復雜。進行密封試驗時，API 608球閥通常采用一端加壓、觀察另一端閥座的方式檢測密封，而API 6D球閥則通過一端加壓、從中腔進行密封檢測。

在最新的2014版本中增加了質量規范等級QSL的要求。QSL等級包括了對無損檢測（NDE）、壓力試驗及制造程序文件的詳細要求。按照質量規范等級QSL的不同，API 6D球閥需進行的檢驗與試驗項目及范圍也有所不同，QSL等級要求的嚴格程度隨QSL等級數遞增。QSL-1級是API 6D規定的最低質量規范等級，當買方認為有必要時，可規定球閥應符合QSL-（2～4）質量規范等級。當買方規定任一QSL等級時，應提供全部QSL等級的詳細要求。新版API 6D中QSL質量規范等級的提出，意味著管線球閥的質量要求進一步提高，并作了統一的規范。針對API 6D-2014新增的質量規范等級的要求，買賣雙方應仔細研究各質量規范等級之間的區別和聯系，以便更好地為管道工程提供合適的球閥產品。

2.3 安全性和可靠性的要求

API 608球閥用于工藝管道，開關操作頻繁，壽命短，加上口徑不大，更換較容易。而API 6D球閥用于長輸油氣管線，口徑大，輸送介質壓力高、易燃、易爆，加之長輸管線一般流經地理環境復雜，氣候惡劣，環境溫度變化范圍大的區域，且管線投資巨大，投入運行后，要求長期連續運行。管線正常運行時，球閥是開啟的，但一旦出現故障需要關閉時，閥門必須快速可靠關閉。另外API 6D球閥因口徑大、埋地安裝、與管道焊接連接等因素，更換比較困難，而且一旦搶修，費用高昂。因此，長輸管線API 6D球閥比API 608球閥要求有更高的安全可靠性、密封性和強度，以確保長輸管線長期安全可靠運行。

目前在長輸管線閥門的招標和采購過程中，業主針對管線閥門如何適應長輸管線工況，如何保證長壽命等提出的技術要求不夠明晰，沒有提出具體要求，如只提30年壽命，給供應商留下了空間，只有一紙承諾，其他與普通閥門無差別。在今后關于安全性和可靠性方面，業主應對供應商提出嚴格具體的技術要求，并要求給出切實可行的控制措施。

2.4 安裝維護要求

API 608球閥屬于工藝管道球閥，一般在廠內就可完成安裝，施工地點平整，貯存轉運方便，安裝時間集中，施工環境較好，且一般管道及配件的架設及安裝都具有支承結構，閥門的受力條件較好。

API 6D管線球閥因為安裝在長輸管線上，大多在野外露天，部分在閥室。長輸管道工程少則幾十公里，多則上千公里，管線跨度長，施工地分布廣，管道埋地，翻山越嶺，穿江過河，施工環境特別惡劣，管道內殘留沙石、泥土不可避免，管道的建設至投產周期較長，管道附加應力、外部載荷等影響因素不可忽略，再加上施工人員的素質參差不齊，這些對閥門性能的影響難以避免，最終質量不好控制。

API 6D管線球閥安裝時，有時存在施工人員責任心不強、施工現場保護不到位、不按照程序進行安裝調試等情況，管道內的沙石、泥土、施工垃圾等沒有清理或者沒有清理干凈，沙石、泥土等進入閥腔，焊接飛濺物粘接在球面或閥座，造成密封副損壞，閥體與閥座接觸的內腔表面銹蝕，泥土結垢，閥座卡死，直接影響閥門的密封性能。因此現場閥門安裝時必須嚴格按照施工工藝進行。

管線球閥投運后，長期處于開啟狀態，但又必須具備高可靠性，因此需要加強管線球閥的日常維護工作。對于球閥閥座的養護，要適當的注入潤滑油，其注入量結合球閥的使用狀況和使用頻率，這樣既可以保障其密封性，又可以防止雜質的進入，同時避免球體和閥座膠合，防止球體活動時干磨，保護閥座和球體，對于管線球閥的正常運行有明顯的作用。

2.5 事故狀態的處理措施

API608球閥發生故障造成的影響通常局限在本廠及周邊附近，一般事故情況可自行處置，社會影響可控。而API6D長輸管線球閥一旦發生故障，對整條長輸管線的運行造成巨大的影響，難以自行處置，不僅造成大量的能源損失、引起巨大的火災，而且很大程度上會耽誤一些重要項目的順利開展實施，這些對國家和企業造成的損失是不可估量的，造成的社會影響較大。在事故處理時，需要公安部門、消防部門、安監部門、交通部門、醫療部門、環保部門、管道搶修部門、搜救支援部門及時到場，互相協調。

3 結語

針對API 608與API 6D規范對球閥的要求、結合工程實際進行了解讀和分析。長輸管道工程具有管線長、口徑大、施工環境惡劣等特殊性，API 6D標準規范明示了API 6D的球閥與API 608的球閥在功能與結構等方面的區別。

我國長輸管道工程的建設投運時間不長，管線閥門的開發起步較晚。一些生產API 608球閥的制造商在生產管線閥門時，對管線球閥的相關規范要求了解不夠深入，對長輸管道工程的特殊性認識不夠，未能充分理解業主對管線球閥提出的技術要求，特別是對密封結構和排污、放空、注脂等功能提出的要求，仍按為一般工業用戶技術要求的設計理念來設計制造管線閥門，造成了管線閥門在運行中存在許多難以解決的質量問題，最終不得不更換閥門，造成較大損失。

管線球閥的設計者只有認真研究API 6D標準規范的相關要求，充分關注長輸管道工程的特殊性，擺脫API 608規范的束縛，才能設計出符合規范要求，滿足長輸管道工程需要的管線球閥。