API6D與API608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。

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。

圖1 浮動球球閥

圖2 固定球球閥

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

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。

圖4 活塞效應閥座的組合

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。