浅析天然气管道球阀阀体选型及运行对策
时间：2022-10-27 07:23:18
摘 要：球阀是天然气管道上重要设备，能有效进行控制天然气输送和切断，确保管道的运行安全。球阀因功能不同可分为多种形式，本文重点介绍球阀阀体在天然气管道中的应用，并根据施工建设和运行经验，提出球阀故障形式和原因，并简述了运行对策。
天然气作为新型燃料能源已在各行各业得到广泛应用，未来几年，将有更多天然气管线建设和运营，其中包括中俄东线管道、中亚D线、西四线工程等大型战略管网。球阀具有流体阻力小、密封性能好、可靠性能高、启闭速度快等突出优点，成为天然气管道使用最广泛、用量最大的设备，同时也是出现问题最多的设备[1]。本文将根据中亚A/B/C线的建设和运行经验，浅谈在天然气管道中球阀的阀体选型，以及在运行过程中出现的故障和解决对策。
1 球阀结构
球阀一般由阀体、球体、阀座、阀杆和传动装置组成。阀体结构可分为全焊接阀体、顶装式阀体、两段式螺栓连接阀体、三段式螺栓连接阀体[2]。球体可分为浮动球体和固定球体。阀座结构根据API 6D标准分为双关双泄放阀（DBB）[3]、双隔离与泄压阀（DIB-1和DIB-2）[4]。DBB型球阀的两个阀座均为自泄压式阀座（SPE），当阀腔压力超高后，通过阀座自泄压。DIB-1型球阀的两个阀座均为双活塞效应阀座（DPE），在任意一侧阀座受损失效后，其另一侧阀座仍然可以保证球阀具备双向密封功能。DIB-2型球阀的一端阀座为SPE，一端阀座为DPE。阀座密封数量可分为单密封、双重密封盒多重密封。传动装置可分为手动、电动、气动、气液联动。
2 球阀阀体选型
天然气一般从天然气井口汇集至天然气集气站和处理厂，处理后，经管道输送，在输送过程中，通过压气站（压缩机）进行加压，确保流速和流量。
（1） 天然气管道一般情况口径大、埋地。输送的气体来源于天然气处理厂，气体具有洁净、烃和水露点低、温差范围窄、流量大、压力高等特点。因此，最好选用大口径、埋地、全焊接、DIB-1型球阀。全焊接球阀满足泄漏点少的要求，满足无人值守的要求。DIB-1型球阀可实现双向密封，出现一侧密封渗漏后，第一侧密封也可以起到切断作用，满足上下游切断、维护管道的要求。天然气烃和水露点低、温度稳定、阀门埋地的特点，不会出现球阀阀腔压力过高的问题，因此天然气管道上的埋地球阀可以不设置阀体放空安全阀，即可以减少泄漏点又可以降低每年效验安全阀的工作。
（2） 天然气管道在输送气体过程中，气体压降明显，天然气压气站成为重要组成部分。压气站内的阀门一般都在地上，阀门具有开关频繁的特点。因此，最好选用大口径、地上、三段式螺栓连接阀体、DIB-1（带阀体安全阀）型球阀。三段式螺栓连接的球阀维修方便，在阀门密封面损坏的情况下，可以进行线下维修，更换阀座密封即可。对于阀体螺栓连接有可能增加泄漏点的问题，加强压气站巡检和日常维护即可。DIB-1（带阀体安全阀）型球阀可实现双向密封，满足压气站上游或下游经常放空作业，同时，由于球阀安装在地上，气温变化范围大，不排除阀腔气体异常升高的可能性，使用阀体安全阀可满足运行安全的要求。
3 阀体故障原因
阀体故障的原因有很多，包括生产问题、运输问题、施工问题、运行问题等[5]，实际上在中亚A/B/C线和国内大型天然气管网的采购、运输和施工中，很少出现生产问题和运输问题，在当今的大型采购和运输中，有严格的采购流程、生产监造过程、第三方出厂检验程序、包装运输要求、到货检验计划等，对于存在问题的阀门不会进行安装，即使意外安装后，在气密试验时，也会进行更换。
（1） 施工问题主要指管线和球阀施工完成后，无法进行管网的全面清理，在管网和球阀水压试验时、管线吹扫时，会有杂质进入附着在密封面处，开关球阀时导致球阀密封面出现损坏。对于其它原因包括吊装损坏、焊接过热损坏、保护不到位造成的损坏，在目前的严格施工程序和监理监督下，很少出现上述情况。
（2） 运行问题主要表现为球阀内漏和外漏，外漏位置可能在阀杆、注脂嘴、放空口、排污口、阀体安全阀、三段式螺栓连接处等。主要原因：①阀杆产生锈蚀并脱离、限位螺栓不准，导致球阀开关不到位，长期运行磨损密封面。②长期不保养或不活动球阀，发生阀座和球体抱死、阀杆密封和阀杆抱死，在开关时造成密封面损坏。③缺乏周期性保养球阀或保养不到位，导致密封脂变干、变硬，阻碍弹性阀座或注脂嘴单向阀运动，导致内漏或外漏。④操作不当，使用球阀进行流量调节，导致密封面因冲刷而损坏。
4 运行对策
球阀作为输气管道上重要的设备，出现任何问题都将对运行造成影响，同时，球阀使用量大、安装位置分散，因此，监测球阀运行状况、完善维护保养程序、严格执行操作规程是非常重要的工作。
（1） 施工期间，在水压试验前，对球阀进行清洗液保养，同时球阀处于半开半关状态，在管网进行水压试验时，可以保证球体均匀受压，防止因球体变形导致损坏。水压试验后，再次注入清洗液，在球阀开关过程中，可以使密封面保持湿润，减少杂质对密封面的损伤的可能性，同时球阀处于全开状态，再排出管网内的水和进行吹扫工作，减少因水流动，而将更多的杂质带入密封面。管网吹扫、清理完毕后，尽快完成注脂工作，减少清洗液对密封面的腐蚀。
（2） 运行期间，建立球阀运行状况台账，详细记录每个球阀的运行状态、保养日期、开关日期等，防止因为疏漏，出现球阀长期不动作的发生。完善球阀保养程序，严格进行按时、保质、保量的保养工作，其中阀杆的注脂工作也必不可少，确保每个球阀都处于最佳的运行状态中。
（3） 球阀内漏处理。球阀内漏一般情况在线处理，首先判断球阀内漏的原因，针对性的进行处理。当限位不准时，利用球阀2%-5%球面余量，通过开启阀腔放空阀，进行球阀的限位调整。限位调整后，如果阀腔放空量明显减少，可进一步微调，当处于微漏情况，锁定限位，进行清洗液注入，并开关球阀2-4次，24h静置后进行开关测试，一般可以解决微漏问题，然后进行注脂保养。调整限位后，依然大量泄露，且需要切断时，进行密封脂作业，直到密封住为止，建议注完密封脂后立即注入少量脂，防止注脂嘴位置单向阀因密封脂干燥后，引起外漏问题。对于球阀大量泄露问题，一般为密封面损坏，待合适时机进行线下维修。
（4） 球阀外漏处理。球阀外漏一般是由微漏到漏量较大的过程，除特殊情况外，当球阀出现阀杆外漏时，只能通过阀杆注脂的方法，如果不能解决，需释放阀门两端气体，然后进行阀杆密封更换工作。当排污口、放空口出现外漏时，可根据实际情况，放空阀腔气体或关闭排污口和放空口的根部阀进行操作，此情况相对简单。当注脂嘴出现外漏，此问题比较复杂，首先需根据图纸，确认注脂嘴与阀腔还是外部管道连接，然后根据泄漏量和经验判断是否可以在线更换，本文根据经验建议：注脂嘴的外漏尽量不在线更换。当三段式螺栓连接处出现外漏时，一般情况均匀拧紧螺丝即可，由于螺丝过紧会导致阀门开关扭矩增大，同时，在线情况下，需拧紧螺栓与阀门安装的法兰螺栓间距少，需根据螺栓尺寸加工专业工具并考虑防爆要求，本文建议：有阀门经验的人员和管工合作完成，防止因螺栓过紧，扭矩增大，导致阀门开关过程中，执行机构损坏。
5 结论
本文通过对天然气管道球阀的功能分析，确定不同情况下球阀的阀体。探讨施工、运行过程中球阀的问题，提出相关运行策略，解决问题。为未来几年天然气管线的建设和运行，提供借鉴。
参考文献
[1] 张立忠， 张盟， 许琛琛等. 油气管道工程中阀门启用理念的探究[J]. 油气储运， 2008， 27（9）： 48.
[2] 朱喜平， 郭存杰， 付京晶等. 长输天然气管道球阀的结构特点与应用[J]. 管道技术与设备， 2008， 36（3）： 36-37.
[3] 中国国家标准化管理委员会. 管线阀门技术条件： GB/T19672-2005[S]. 北京：中国标准出版社， 2005： 4.
[4] American Petroleum Institute. Specification for pipeline and piping valves： API 6D-2014[S]. Washington D C： API， 2014： 10.
[5] 张福坤， 艾勇， 王晔. 输气管道球阀结构特点及密封失效原因[J]. 油气储运， 2016， 35（1）： 73-77.
