上海申弘閥門有限公司
城市天然氣管網的壓力一般較高(0．4～1．6MPa)，輸氣管網中含有沙質粉塵，在高壓下對閥門的內腔，尤其對密封件形成較強的沖擊力。因此天然氣閥門全開或全關時，密封面與天然氣介質不接觸。《天然氣輸配工程(精)》共分11章，分別講述天然氣物性、天然氣地質與天然氣開采，燃氣負荷，長輸管道、地下儲氣庫，城市天然氣輸配管網系統、設施建造、工程分析、舊燃氣系統改造，壓縮天然氣工程，液化天然氣工程以及天然氣成本與價格。為城市燃氣工程學科提供一本關于天然氣工程的內容更新的科技著作。以下介紹幾種適用于天然氣輸配系統的閥門。主要內容是天然氣輸配系統即天然氣工業下游部分；同時列有適當章節系統地講述了上游氣源和中游長輸管線及地下儲氣庫的基本內容，以給出關于天然氣工業系統的全面知識。
1 天然氣閥門的要求
1．1 地下管網閥門的要求
地下管網的閥門應能承受天然氣管網的高壓力，在承受各種外力時要保證不變形和密封性。《天然氣輸配工程(精)》可供城市燃氣工程、天然氣工業、石化工業、能源工程及其他領域有關專業的工程技術人員進入21世紀，隨著我國天然氣資源開發，長輸管道工程全面啟動和城市天然氣利用工程項目大范圍開始建設，天然氣在我國城市能源結構中將占據重要位置。城市燃氣迎來了一次大發展的機遇。選擇時應注意以下幾點：
①盡可能降低閥門的高度(即閥門流通斷面中心線到閥頂的高度)，減少管道埋深。
②閥門頂部應裝有全封閉的啟閉指示器，便于操作者確定閥門的狀態，保證安全操作。
③閥門采用全通徑設計降低阻力，便于通過管道清掃器或管道探測器。
④可靠的密封性。軟密封閥門在1．1倍額定壓力下不允許有任何內泄漏；硬密封閥門在1．1倍額定壓力下，內泄漏量要小于規定值；外泄漏是不允許的。
⑤地下管網天然氣閥門的殼體要耐腐蝕，建議其殼體根據管道天然氣的成分和壓力采用不同的材質。
⑥閥門的零部件設計采用少維護或免維護結構，盡可能減少維護的工作量。
⑦地下管網的閥門大多為人工啟閉，要求閥門啟閉的扭矩小，全程轉圈數少，事故發生后能夠盡快切
斷氣源。
⑧我國城市地下管網錯綜復雜，不宜設置地下閥門井，上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。因此直埋式閥門。
1．2 閥門殼體材質的選用
根據輸氣管網的壓力，選用合適的閥門殼體材質。既要滿足管道安全運行，又要降低成本，選用時要注意以下幾點：
①對中壓B級及以下的輸氣管網，建議采用灰鑄鐵閥門，其大優點是防腐蝕性能好，價格便宜，適用于地下管網[1]。
②對次高壓B級及以下的管網，建議選用球墨鑄鐵或鑄鋼閥門，選用前者。球墨鑄鐵的機械性能與鑄鋼相近，而其防腐蝕性能和鑄造工藝都優于鑄鋼，價格也低于鑄鋼(一般是鑄鋼價格的70％左右)。因此，上述壓力范圍內應盡可能選用球墨鑄鐵閥門，但要注意對球墨鑄鐵材質的質量監控。
③對次高壓*及以上的輸氣管網，建議選用鑄鋼閥門。
④近年來，各地燃氣公司開始使用PE管，PE管一般用于0．4MPa壓力級別及以下的輸氣管網。PE球閥可直埋，密封性能較好，但價格較高，尤其是DN100mm以上的球閥。PE球閥目前處于推廣使用階段，目前使用效果反映不一，還需不斷總結經驗[2、3]。
2 常用的天然氣閥門
2．1 天然氣閥門的分類
①RZ系列平行雙閘板閘閥
RZ系列平行雙閘板閘閥可直埋，大公稱直徑可達1600mm，具有以下優點：a．裝有閥桿保護套，使閥桿不受腐蝕。b．閥門下部有排污孔，可清掃閥腔底部的污物。c．全通徑設計，流阻小，可通清管器。d．殼體采用鼠籠框架式加強筋設計，減輕了閥門的重量，增強了殼體的強度和剛度。e．殼體選用灰鑄鐵制造，價格低廉。f．閘閥帶有全封閉的啟閉指示器，使操作者清楚閥門所處狀態。RZ系列閘閥自問世至今，大量應用在各地燃氣公司天然氣中壓B級管道上，獲得用戶廣泛好評。
②RQZ系列平行雙閘板閘閥
RQZ球墨鑄鐵平行雙閘板閘閥，保留了RZ系列閘閥的特點，在選用材質上增強了閥門的抗拉性，將壓力等級提高到了次高壓B級。適用于壓力較低、流速較緩的城區地下管網，可直埋。其缺點主要是閥體密封面和閘板密封面在全開時與燃氣接觸，容易被帶有粉塵的天然氣高速沖刷而損壞。
③蝶閥
蝶閥與上述閥門相比，口徑較大，價格較低。20世紀80年代初開始，燃氣公司普遍應用蝶閥，經過10a的使用，認為效果不好，主要有以下原因：a．蝶閥不易關嚴。b．閥瓣在閥腔中部，流阻大，不能通過清管器。c．由于密封件中一部分是橡膠或聚四氟乙烯，在氣體沖刷下易損壞或脫落，使用壽命短。除特殊位置，燃氣管道上不宜采用蝶閥，一些已經使用蝶閥的燃氣公司正在更換其他類型閥門。由于蝶閥結構尺寸較小，也可將蝶閥用于燃氣調壓箱內，可減小空間尺寸。但要選用蝶閥，是金屬密封的多偏心蝶閥。
④平板閘閥
平板閘閥是近年才開始使用的，價格低廉，全通徑時流阻小，兩邊的密封由聚四氟乙烯或橡膠O型環壓緊在閘板上形成。這種閥門在全關或全開時中腔有氣，不便于搶修時迅速判斷閥門是否關嚴。有些廠家制成縮徑的，如DN200mm的平板閘閥內徑只有150mm，用戶要特別注意。這種平板閘閥適用于壓力級制較低、公稱直徑較小的管道。
⑤TRZ系列彈性密封閘閥
TRZ系列彈性密封閘閥是一種燃氣強制性密封閥門，可直埋。閘板兩邊密封采用彈性浮動式結構，密封面在全開、全關及啟閉過程中始終緊貼在一起，適用于較高壓力級制的管道。閥門在全開、全關時閥腔內可達到無氣。放散完閥腔中剩余的燃氣，檢查閥腔內無壓力后，可在閥門下游管道施工，縮短了施工前的停氣準備。TRZ系列彈性密封閘閥的連接形式有法蘭式和焊接式2種。焊接式可將閥門與管道直接焊接。其全開時，全通徑，流阻極小，密封面不與介質接觸。TRZ系列彈性密封閘閥的缺點是底部結構高度較大，施工時埋深較深，但一般不影響管道鋪設。
全密封彈性密封燃氣閘閥保留了TRZ系列彈性密封閘閥的優點，增加了防止異物掉入閥腔內部的結構，應用效果良好。
⑥RQ系列球閥
球閥因其流阻小、結構高度小、密封性能好等優點而得到廣泛應用。球閥品種較多，同一通徑的球閥由于材質、工藝或結構不同而價格相差較大。
球閥一般分2種。一種是浮動球球閥，即球體在閥腔內可浮動，依靠兩端的密封座壓緊球體而穩定。這種球閥只能用于公稱直徑較小(150 mm以下)及壓力級制較低(0．8MPa以下)的管道，否則啟閉扭矩會很大，使用不方便。另一種是固定球球閥，適用于公稱直徑較大(200mm以上)及壓力級制較高的管道。固定球球閥在閥門全關時，操作力矩較小，便于操作者使用。
RQ燃氣球閥具有以下優點：a．耐火性。當發生火災時，燒毀密封座上的聚四氟乙烯材料后，金屬密封座在彈簧的作用下補充軟密封的空間繼續壓緊閥球，形成金屬對金屬的密封結構，有效阻止燃氣的擴散，防止災情擴大。b．防靜電。在球體與閥桿、閥桿與閥體間設置導電機構，使閥門在啟閉過程中產生的靜電通過設置的靜電通道到達管路導入地下，避免靜電積累導致打火引爆燃氣，確保安全。c．限位加鎖。球閥是旋轉機構，容易造成360°旋轉，必須設計限位機構，必要時還應加鎖，防止操作人員誤操作。d．閥桿防沖擊。閥桿采用下裝式，設置帶有密封墊片的倒密封結構。倒密封的密封力隨閥腔燃氣壓力的增高而增大，確保閥桿的密封效果。閥桿密封除采用倒密封結構外，還采用特殊的O型環密封，可使球閥的啟閉力矩較同類球閥小，操作輕便。幾種天然氣閥門的比較見表1。
表1 幾種天然氣閥門的比較
Tab．1 Comparison among natural gas valves
| 閥門種類 | RZ、RQZ系列閘閥 | TRZ系閘閥 | RQ系列球閥 |
| 閥門結構 | 結構高度大于球閥，小于平板閘閥 | 結構高度較大 | 結構高度較小 |
| 適用壓力等級 | 中壓B級 | 中壓*、次高壓B級 | 次高壓B級、*，至10MPa |
| 埋設方式 | 適于直埋 | 適于直埋 | 不適于直埋，如需直埋，訂貨中應注明 |
| 啟閉方式 | 適于地上操作 | 適于地上操作 | 一般應設閥門井，如需在地上操作，訂貨注明埋設深度 |
| 啟閉力矩 | 關閉和開啟的瞬間扭矩較大，然后明顯減小 | 扭矩大于RZ、RQZ系列閘閥 | 扭矩大于TRZ系列閘閥，可增加轉圈數減小扭矩 |
| 流阻 | 大于TRZ與RQ系列燃氣閥門 | 較小 | 較小 |
| 價格(同規格) | 約為球閥的30% | 約為球閥的60%-70% | - |
| 密封效果 | 略差于TRZ與RQ系列閥門 | 好，應為無可察覺的泄漏 | 好，應為無可察覺的內泄漏 |
| 檢驗閥門關閉時間 | 較慢 | 迅速，檢查閥門中腔可迅速查明密封效果 | 較慢，需觀察下游端管放散情況才能確定 |
2．2 全焊接球閥
全焊接球閥兩端具有與管道尺寸一樣的短管，直接焊接在管道上，其優點是減輕了球閥的重量，又減少了外泄漏。但是全焊接球閥工藝復雜，成本較高，建議使用在壓力級別高的管道上，燃氣專業相關的工藝、材料、設備經歷著全面的更新換代，正在進入現代工程技術范疇。近年來我國燃氣學科的科技工作者在科學研究、教學、工程設計和建設各方面努力工作，培養了相當數量的高素質人才，建成了一批工程項目，積累了相當的工程實踐經驗，取得了一系列研究成果。在這樣的推陳出新的過程中，我國的燃氣學科正在實現跨上現代科技臺階的變革。學科的內容拓展了，理論深化了，方法更新了，正在形成新的體系。應注意以下幾點。
①防腐蝕
全焊接球閥的殼體應采用鍛鋼。天然氣含有硫化氫，與鐵反應生成硫化鐵，因此殼體內的防腐是重點。
②結構
密封件直接影響球閥的質量，筆者建議用戶選用具有雙活塞效應的閥座。雙活塞效應閥座的原理是配有2組閥座密封，如果上游閥座損壞，氣體介質進入中腔，借助氣體介質的壓力仍能使下游密封起到密封作用。密封如能制成軟硬密封組合就更理想，即聚四氟乙烯為軟密封，不銹鋼金屬彈性環為硬密封。這樣的軟硬密封組合，不僅增強了密封性，還具有防火功能。當軟密封被火燒毀后，硬密封仍能起到密封作用。還有一種全焊接球閥具有旋轉閥座的特殊結構，其優點是閥門每次關閉時閥座都旋轉15°，將閥座與球體間的磨損均勻分布于整個閥座，使閥座的使用壽命理論上提高了12倍。閥座旋轉有利于密封脂、清洗液或潤滑劑均勻地涂抹在密封表面，這是其他球閥無法實現的。
③強度
全焊接球閥的公稱直徑大于150mm時，應采用固定球構造。為了減少介質對球體和閥桿造成的彎曲應力，將閥桿與球體在縱向中心線上聯成一體，并加大閥桿與球體的連接剛度，提高閥門抵抗介質壓力的強度。為了減少球閥的啟閉扭矩，可在閥桿圓周增設軸承或減摩擦墊片。
④密封脂
對DN400mm以上的全焊接球閥，由于受壓大又是全焊接，不易檢修，應加設緊急加注密封脂的裝置。
2．3 特殊用途的閥門
①調壓器用緊急切斷閥
調壓器用緊急切斷閥(也稱安全切斷閥)是燃氣輸配系統中的重要安全保護裝置，它是在截止閥上位或側位安裝緊急脫扣機構，或與調壓器本體連成一個整體，也可與過濾器連成一個整體，其作用是在調壓器失靈，造成超壓或失壓后緊急關閉氣源，保證安全。調壓器失靈的后果嚴重，選用需謹慎。其與過濾器連為一體時，結構緊湊，能在設定的超壓和失壓時迅速切斷調壓器氣源，確保用戶安全。將安全切斷與燃氣過濾功能集于一體，既節約了空間又能在閥門關閉后傳出信號，通過自動化監控裝置聯機，可把關閥調壓器的位置及時通知給有關部門，便于迅速搶修。
②燃氣緊急切斷閥
燃氣鍋爐、燃氣空調等燃氣設備在發生燃氣泄漏或其他事故時，燃氣緊急切斷閥快速切斷燃氣來源，防止災情擴大，但目前燃氣緊急切斷閥在國內還沒有普及。燃氣緊急切斷閥一般與自動化監控設備聯機，執行關閥指令，因此燃氣緊急切斷閥一般都是電控閥門，主要采用電磁閥和電動閥。電磁閥大多選用進口電磁閥，其反應速度快，但流阻大，壓力損失大，而且口徑小。大口徑的電磁閥制造較困難，一般只能做到DN150mm以下，價格較貴。另外，電磁閥是靠電磁場吸住開閥，瞬間失電閥門就會關閉。對脫鉤式電磁閥，通電脫鉤關閥，靈敏度很高，速度很快。因為用直流低壓電，有一點干擾或電壓不穩就會產生誤動作，影響正常生產。對電動蝶閥，價格較低，容易做成大口徑，啟閉速度較閘閥快，較電磁閥慢；流阻較電磁閥小，較閘閥大；密封性較電磁閥和閘閥都差，而且由于密封隔離寬度小，快速啟閉的速度沖擊容易造成啟閉不足或過頭的現象。對電動閘閥，價格較電動蝶閥高，流阻小，密封性好，但是速度慢，達不到緊急切斷的要求。對電動球閥，流阻小，密封性好，但啟閉速度較慢。RKQ型緊急切斷電動球閥集合了球閥的優點，啟閉時間為3．75s，結構上設計有防靜電和防火功能，可與燃氣泄漏報警器、風機等設備聯鎖，使用效果較好。
③燃氣止回閥
燃氣儲配站的壓縮機需要配置止回閥，防止燃氣回流進壓縮機。一般燃氣止回閥的主要缺點是閥板隨著壓縮機的往復運動而振動，與閥體碰撞發生很大的響聲，容易損壞閥板；另外密封性差。RH型系列燃氣止回閥較好地解決了這些問題，使用效果較好，大公稱直徑達800 mm。
3 結語
在這樣一個重要時刻，需要有適當的科技著作能夠在繼承已有學科知識、借鑒*科技條件下，歸納整合現今實踐成果，為我國廣大的*線城市天然氣工程技術人員和管理干部提供一本較高質量的有助于提升專業科技水平和工程實踐能力的參考讀物。《天然氣輸配工程(精)》的定位是面向工程的實際應用，既講解概念、原理、基本知識點，又按工程實際系統地展開內容。在全書體系安排上，主體是城市天然氣輸配系統，即天然氣工業下游部分；同時列有適當章節，系統地講述了上游氣源和中游長輸管線及天然氣地下儲氣庫的基本內容，使讀者通過《天然氣輸配工程(精)》能對天然氣工業系統有一個全局的認識。
在《天然氣輸配工程(精)》中，首先在緒論中概述了天然氣和天然氣工業的基本概念、內涵；綜述了天然氣資源、生產、需求和設施建設形勢；論述了天然氣工業系統的內在和狀態；提出了我國城市燃氣工程技術的發展戰略。①地下管網中壓B級及以下，使用直埋式：RZ系列灰鑄鐵平行雙閘板閘閥或RQZ系列球墨鑄鐵平行雙閘板閘閥。
②地下管網中壓*及以下，使用直埋式RZ、RQZ系列平行雙閘板閘閥或TRZ系列彈性密封閘閥。
③地下管網次高壓B級以下，使用直埋式TRZ系列彈性密封閘閥和固定球燃氣球閥。
④地下管網次高壓*及以上，使用固定球燃氣球閥及全焊接球閥。
⑤儲配站或地面設備壓力在0．4MPa以下，DN500mm以上的閥門，盡量使用閘閥，可降低成本。
⑥對調壓裝置和調壓站，壓力級制較低(0．4MPa以下)時建議采用RZ或RQZ系列平行雙閘板閘閥，也可采用浮動球燃氣球閥；當壓力大于0．8MPa時可用固定球燃氣球閥和TRZ彈性密封閘閥。
⑦在調壓箱內因受空間限制，必須選用蝶閥時應選用多偏心蝶閥，密封材料選用聚四氟乙烯或硬密封。
⑧燃氣空調、燃氣鍋爐、地下廚房用大型燃具使用管道應設置燃氣泄漏報警系統和燃氣緊急切斷電動球閥，燃氣泄漏時快速切斷燃氣來源，確保安全。
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