國外船用閥門應用現狀及技術特點

胡 巍，汪曉菲，馬維良

（上海船舶設備研究所，上海 200031）

0 引言

閥門是用于控制船舶管路內流體壓力、流量和流動方向的重要設備，在船舶應用中具有種類多、用量大、要求高等特點[1]。隨著船舶性能總體要求的提升，船用閥門的技術要求也不斷提升。以一體化、集約化、信息化、智能化等技術為特征的新產品逐漸被廣泛應用，推動著船用閥門產業的不斷進步。

本文主要研究了國外船用閥門在軍船、民船、極地環境和深海環境的應用情況，分析閥門產品技術特點，總結得出了國外閥門產品的技術發展重點。

1 軍船應用

目前，國外船用閥門類型較多，均需滿足相 關軍用標準和質量認證。以美軍為例，其船用閥門產品主要來自于通過資質審核的一級閥門供應商，見表1[2]。

表1 所述公司中，美國Velan 公司為950 余艘的美國海軍艦艇提供閥門產品；美國Leslie Control 公司為10 艘“弗吉尼亞”級潛艇提供閥門；美國Curtiss Wright Flow Control 公司除了為美國海軍提供潛艇用船體、壓載系統、空氣系統閥門或電磁截止閥（Target Rock 品牌）外，還提供智能閥以支持海軍全電動船自動化計劃，用于升級的損傷控制和冷卻水冷卻系統。該公司帶有嵌入式傳感器的自動無泄漏閥門技術能夠為高級集成設計師提供高水平的部件健康監測方法，以進行預測性維護管理，并提供網絡通信協議上的系統診斷，以便在緊急情況下重新配置無人系統。

表1 美國海軍艦用閥門主要供應商

續表1：

2 民船應用

在民船應用領域，國外知名船用閥門企業主要角逐LNG 等高端市場和普通閥門智能化產品的更新換代，市場競爭激烈，大型集團通過并購方式進一步增強其競爭優勢。

德國KSB公司是世界上3家最大的泵閥制造公司之一。2011 年KSB 公司收購了韓國閥門專業公司Seres 有限公司，拓展了東亞船用閥門市場[3]。從種類繁多的AMRI 蝶閥到SISTO 隔膜閥，KSB 公司的船用閥已廣泛應用于貨船、客船及LNG 油輪。AMRI 蝶閥可提供各種電動、氣動和液壓執行器、齒輪箱以及各種控制附件。目前，所提供的閥門主要用于船上海水淡化、暖通空調、壓載水等領域。

美國CIRCOR International 公司于2017 年收購了Colfax Fluid Handling 公司，使得其智能技術CM-1000 系列海水冷卻系統控制器新增了主動閥門控制技術，有效提高了海水冷卻系統的泵能效，潛在的能源節約最高可達85%。CM-1000系列配備主動閥門控制后，使用聲納可實時監測淡水冷卻溫度、泵吸和排水壓力等運營狀況。

德國Rexroth 公司為船用各類系統提供閥門，主要包括耐海水船用閥門、絞車閥門、比例閥、負載保持閥及發動機用閥門等。

除此之外，美國McDermott 公司推出了全球最大的特種閥門專門用于INPEX 運營的Ichthys液化天然氣項目。每個閥門長約9 m，高約7 m，重達100 多噸。首個閥門已經成功建造并通過測試。

3 海工領域應用

水下閥門是海工領域水下生產系統不可或缺的關鍵設備之一，具有技術要求高、可靠性要求高和壽命要求高的“三高”特點，其設計、材料、制造、焊接、檢驗、測試和標識等均具有嚴格的技術規范。目前，提供水下閥門的公司主要是美國Parker Hannifin 公司和德國B?hmer GmbH 公司。

其中，美國Parker Hannifin 公司的高壓海底球閥能夠在137.9 MPa 的壓力下工作，工作深度為3 810 m，尺寸為3/16''、1/4''、3/8''和1/2''（1''=2.54 cm）。其標準球閥在316 SS 中配有特殊材料，適用于用于遙控無人潛航器（ROV）操作（見圖1）。

圖1 美國Parker Hannifin 公司高壓海底球閥

德國B?hmer GmbH 公司的全焊接海底球閥具有高負荷、無泄漏、免維護等特點，能承受極端壓力，且內置材料使它們不易腐蝕，可廣泛應用于海底管道、海上平臺、浮式生產儲油船儲罐等系統（見圖2）。基于這些特點，德國B?hmer GmbH公司的球閥是少數通過API6D和API6DSS認證的閥門之一。

圖2 德國B?hmer GmbH 公司海底球閥

4 極地環境應用

隨著極地航線的興起，極地船舶配套設備的研制也成為了當前船舶設備發展的重要方向。DNV GL 發布的"Part 6 Additional class notations Chapter 6 Cold climate"對極地船通海閥、截止閥等都作了規定[4]。英國Parker Bestobell Marine 公司生產的冰級液化天然氣船用截止閥和單向低溫閥系列產品于2015 年獲得四大機構的全型認證—DNV GL、必維國際檢驗集團（Bureau Veritas）認證，美國船級社（ABS）和國際船級社協會（IACS），可用于船舶的低溫應用，包括用于LNG船和燃料船的貨物系統、LNG 燃氣系統、LNG再氣化系統和LNG 再液化系統的閥門。2016 年，該公司獲得了北極液化天然氣運輸船的訂單，這些運輸船是專門為俄羅斯西伯利亞的LNG Yamal項目設計的，可在溫度低至-54°C 的北極條件下運行[5]。

5 國外船用閥的技術特點

5.1 閥門工藝/制造質量控制

國外船用閥門生產企業在工藝、制造等方面都遵循相關技術標準，以確保所有產品的設計和制造的安全性與可靠性。軍用領域以美國為例，其閥門產品主要依據表2 所列的軍用標準規范。

表2 美國艦船用閥門主要相關標準

續表2：

在民用領域，主要的閥門標準化組織包括美國石油學會（API）、美國機械工程師學會（ASME）及各國國家標準學會等，例如美國國家標準學會（ANSI）、日本國家標準（JIS）。其中，美國機械工程師學會（ASME）發布了約20 多項船用閥門標準。

1 ） 船用管道盲閥標準規范：ASTM F1020-86(2018)StandardSpecificationfor Line-Blind Valves for Marine Applications；

2）閥門鎖緊裝置標準規范：ASTM F993-17 Standard Specification for Valve Locking Devices；

3）船用管路截流閥標準規范：ASME F1020-Standard Specification for Line-Blind Valves for Marine Applications；

4）船用水系統減壓閥標準規范：ASME F1370-StandardSpecificationforPressure Reducing valves for Water Systems, Shipboard；

5）E1 氣動球形控制閥標準規范：ASTMF1985-99(2019)e1 Standard Specification for Pneumatic-Operated, Globe-Style, Control Valves。

日本工業標準調查會（JISC）發布了77 項船舶行業用閥門，例如造船-甲板用于控制閥門JIS F 3024：1996Shipbuilding-Deck stands for controlling valves、造船-油箱緊急關閉閥IS F 7399：2002Shipbuilding-Fuel Oil Tank Emergency Shut-off Valves。

5.2 船用閥門發展的重點

當前，美國船用閥門類型較為廣泛，包括緊急切斷閥、減溫減壓閥、蝶型止回閥、泄壓閥、安全截止閥等多種新式閥門[6]。通過分析發現，高性能/低泄露、靜音、智能閥門技術逐漸成為重點研發對象。其中，靜音閥門（電動、液壓、氣動）可滿足特種船舶對低噪聲的要求。例如，美國VACCO Industries 公司開發的流體控制閥，可應用于“海狼”（SSN-21）、“弗吉尼亞”（SSN-774）等各型潛艇；美國Sargent Aerospace & Defense 公司采用專有的靜音技術及緊配合公差（tight tolerance matched）技術可為潛艇及航空領域提供可靠性高、壽命長的閥門（壓力補償控制閥、液壓換向閥、檢查閥門、安全閥、高壓球閥、調壓閥）。在智能閥門技術方面，美國Curtiss Wright Flow Control 公司的嵌入式傳感器自動無泄漏閥門技術以及美國CIRCOR International 公司的CM-1000 智能閥門產品均可實現對閥門運行狀態的實時監測、故障診斷和健康管理，可有效提升產品使用的可靠性。

5.3 產品研制重視“三化”設計工作

為了以最小的投入和有限的品種、規格單元研制出滿足多樣化需求的通用基礎機電產品，達到縮短研制周期、降低成本、提高質量和可靠性的目的，國外閥門廠商十分重視產品“三化”工作，并將通用化、系列化、模塊化設計列為其產品開發的重點發展方向之一。例如美國Parker Hannifin 公司高壓海底球閥的3/16''、1/4''、3/8''和1/2''等系列規格，大幅提升了產品的適用范圍。