1、阀体 阀体可分为全焊接阀体设计和分体式阀体设计。 全焊接阀体设计有筒状结构和球状结构，筒状结构制造工艺较简单，便于装配定位，返修容易实施，坯件制造所需模具简单，费用相对较低，而且方便采用支撑板对球体进行固定。但重量大，材料成本高。同时由于多采用双焊缝，焊接过程热输入量大，残余应力复杂，轴向和径向变形大。在阀门安装在管线上后，阀体承受*地管道应力和管线载荷，同时由于安装误差、底层运动和热变应力等因素影响，产生的外力和扭矩是相当大的，厚度比较大的圆柱形阀体能够更可靠的承受管线载荷，不易产生变形。球形阀体结构受力状况优于筒形阀体结构，抗弯曲、抗挤压能力强，阀体设计壁厚小，重量轻，结构整体性能好，但其制造工艺相对复杂，在阀内做球体支撑不易实施，一次性开模费用较高，但批量生产成本低于筒状结构阀门。 分体式结构又分为侧装式和顶装式两种。一般由阀体和左右连接体组成，连接体与阀体由螺栓连接，连接法兰厚度与螺栓的连接强度应按与阀体内径相当的法兰进行类比设计，其连接强度必须防止管道盈利而产生连接松弛，使密封失效。阀体与连接体面对面接触，中间无间隙。密封必须满足失火安全要求，采用橡胶“O”型圈与缠绕式金属垫组合密封。但是随着近年来全焊缝阀体技术的快速发展，已经逐渐取代了具有外漏危险的分体式结构。2、阀座及密封 阀座密封结构是全焊接球阀的关键技术，它直接影响球阀的密封性能和使用寿命，为确保其密封性能的可靠性和30年以上使用寿命的要求，通常在结构设计上采取以下措施：（1）双活塞效应的双密封阀座结构 双活塞效应是指在这种结构里，阀座与球体密封中心与发作密封圈的中心在一个圆柱面上，阀座支撑圈和阀座密封圈均为可以移动的活塞，同时具有两个活塞。所谓双密封座，是指就一个阀座而言，在两个方向均能实现密封的阀座结构。即当上游介质压力高于中腔压力时，介质压力会推动阀座密封圈向球体移动，使上游侧推力与中腔侧推力形成的压力差，从而使阀座与球体抱得更紧，增加密封比压，满足密封要求，也就是当上游压力高时能够实现密封；当中腔压力高于上游压力时，中腔压力会把阀座密封圈推向上游侧，而改变阀座上下游侧的受力面积，使中腔介质推动阀座支撑圈的推力大于上游侧介质推动阀座支撑圈的推力，形成的压力差，这个压力差仍然使阀座与球体抱得更紧，实现密封。所以这种结构无论上游侧压力高还是下游侧压力高，阀座都会紧紧抱紧球体，满足密封需要，因此叫双密封阀座。（2）自泄压式的单密封阀座结构 这种结构的阀座密封圈是固定的，只有阀座支撑圈可以移动，因此，这种结构又称作单活塞效应阀座。该结构阀座密封圈到阀门中心的距离A大于阀座与球体接触点到阀门中心的距离B，当上游压力高于阀腔压力时，上游压力会把阀座支撑圈推向球体，使阀座和球体紧密结合，实现密封。当中腔压力高于上游或者下游压力时，中强压力将把阀座支撑圈推离球体，是阀座和球体脱离接触，从而使中腔压力得以向低压的上游或者下游泄放。 双活塞效应的双密封阀座结构对全焊接球阀来说是一种非常有效地密封结构。由于要求确保30年使用寿命的全焊接球阀来说，是非常必要的，因为在阀内两个阀座中，任何一个阀座受损，另一个阀座仍然可以独立的起作用，保证密封。而对于自泄压式的单密封阀座结构来说，当一端阀座损坏后，介质会进入中腔，中腔压力将增大，而中腔压力的增大将会削弱另一端自泄压阀座的密封能力，当中腔压力高于下游压力达到设计值时，就会发生泄露。因此，就密封可靠性而言，双密封阀座结构优于单密封阀座结构。然而，正因为双活塞效应的双密封阀座结构不会自动泄放中腔介质压力，当阀门处于全开全关位置时，截留于中腔内的介质可能由于温度的急剧变化，使阀腔出现异常增压，经计算，当截留于阀腔内的气体温度由-30℃上升到70℃时（这种情况可能出现在我国的西北，在严寒的冬天，对阀门进行了开关，此后一直到来年炎热的夏天，都没有启闭过阀门。）阀腔压力会升高到原来的1.41倍，这种压力的升高对阀腔来说是不安全的。因为，气体是可压缩的，温度升高，对阀腔压力影响还不是很大；如阀腔充满的是液体介质，因液体的不可压缩性，温度升高，阀腔压力会升高更快。因此为保证阀腔的安全，对两个阀座均为双活塞效应的双密封阀座结构的全焊接球阀，必须在阀腔安装压力泄放阀，泄放阀的泄放压力通常设计为公称压力的1.1~1.33倍，泄放阀的通径通常≥1/2in。 对于管道球阀阀体的密封方式通常组合密封方式，常用方法主要有下面三种：（1）初级金属密封，次级软密封 金属密封可以减少管道内的杂质对软密封阀座的冲刷和擦伤，延长软密封阀座的使用寿命，同时金属密封承担了大部分来自管内介质对阀座支撑圈的推力，使阀座受力减小，避免了软密封阀座因为过载而受到伤害，金属阀座采用不低于阀门球体的材质。目前软密封阀座的形状主要有两种，一种是Δ形的，一种是O形的，这两种形状的密封所用的材料以VITON AED（抗爆氟橡胶）为主，密封原理和性能一样。Δ形比O形的制造难度大，但形阀座的装配难度小，发作草的加工难度也小于O形密封槽。国外大部分采用形密封，少数企业采用O形密封，国内企业以Δ形密封为主。（2）初级金属密封，第二级尼龙密封，第三级橡胶软密封 目前国内外少数企业采用三级密封方式，设计这种结构是考虑到管道有很多杂质，这些杂质经常会把球面、阀座损坏，造成阀门内漏，增加一道尼龙密封，阻挡管道内的杂质对阀座的冲刷。在阀门开关过程中，尼龙还起到把球体表面的杂质刮掉的作用，从而保护了第三级的橡胶软密封，有利于延长阀门的使用寿命。但这种结构的尼龙阀座装配难度比较大，如不采取有效措施，在阀门开关过程中，尼龙阀座会从阀座槽中脱离出来。再有由于安装空间所限，尼龙阀座不可能做得比较宽，这样尼龙阀座很可能因过载而加速损坏，影响其实际效果。（3）尼龙阀座密封结构 尼龙、增强四氟、PEEK等密封材料常用于分体式高压球阀，在全焊接球阀中并不常使用，因为这些材料相对于viton等氟橡胶类材料来说，比较硬，材料的承压能力强，但回弹性差，容易受到管道内的焊渣、铁锈、沙子等杂质的擦伤、冲刷，其补偿性能差，使用寿命难以得到保证。 另外，以上三种密封方式常与具有紧急密封作用的注脂系统一起使用。该系统由注脂阀和止回阀组成，分别安装于阀体外侧的阀座部位和阀杆填料函外径上。该系统是一种补救措施，可以在紧急状态下阻止或减少管线阀门密封座的泄露，将阀门的维护延迟到下一个预定的管线关闭期。注脂之前，需要对阀座密封部位进行冲洗，且在此过程中阀门需打开15度左右三至四次，以清洁球体与阀座的接触面。注脂后，要测试密封效果。3、阀杆及密封 阀杆密封结构也是全焊接球阀的关键技术之一，此处密封性能若出现问题，介质就会外漏，造成环境污染、引发火灾等严重后果，因此务必高度重视。图所示结构是目前比较常用、也比较有效的一种阀杆密封结构，它由两道O型圈构成两道密封防线，辅以一道柔性石墨密封，保证了密封的可靠性。柔性石墨密封在发生火灾时可以有效地减少介质的外漏。有人将两道O型圈密封分开，当阀杆密封出现泄漏时，可以对外层密封在带压情况下进行检修更换，这种结构更加、合理。国外部分设计在阀杆密封处采用一道O型圈、一道柔性石墨、一道弹簧制动密封圈结构，这种结构将三种不同密封材料的优点，集合在一起，形成全天候、满足多工况的密封要求。O型圈回弹性好，密封可靠，但耐高温、低温性能差，抗老化性能差；柔性石墨耐高温性能好，回弹性差，密封不是很可靠；弹簧制动密封圈是一种U形PTFE内置特殊弹簧的高性能密封圈，由适当的弹簧力加上系统流体压力，将密封面顶出而压在被密封的金属面以产生非常优异的密封效果，聚四氟乙烯抗老化、耐低温，适用介质广泛，弹簧的推力可以弥补密封面的磨损及阀杆表面的微观不平，是密封更、更可靠，这种结构特别适合于含硫天然气项目。4、球体与支承轴 球体的加工精度，圆度≤0.005 mm，化学镀镍，镀层厚度高于阀座的镀层。对于大口径，高压力级阀门球体，应作球体变形计算，这种变形足以引起密封失效。 球体的支撑结构有两种，一种是以支撑板支撑球体，阀杆和球体是独立的，介质推力通过支撑板传递到阀体上，阀杆不承受介质推力，这种结构可以大大降低阀门的启闭力矩，有效保护阀杆密封，基本上筒形结构阀体都采用这种结构。另一种结构多用在球形结构阀体上，球体的支撑靠上下阀杆，通过上下阀杆将介质推力传递到阀体上，这种结构阀杆要承受介质的推力，因此启闭力矩大，阀杆受力会加速阀杆密封的磨损。5、防火结构 管道阀门需要具有火灾安全功能，则其结构必须为防火型，而其防火结构的设计应主要考虑：阀座的防火结构设计，阀杆防火结构设计，阀体与左右体结合面的防火结构设计。其中，阀座防火结构设计是关键，阀座的防火性能良好，在火灾事故状态下，可减轻阀杆防火结构、阀体与左右体之间防火结构设计的难度。目前常用的方法就是在阀杆及阀座支撑圈部分都加设了石墨密封，石墨密封耐高温性能好，在发生火灾的时候可以有效地减少介质的外漏，具有良好的防火作用。6、防静电设计 由于球体及阀杆与非金属材料接触和摩擦，产生静电，因此在阀杆上/下位置设置导静电弹簧，将静电导通至阀体，并按照标准规定，使球体与阀体及阀杆与球体之间在12VDC以下，电阻值在10欧姆以下。7、DBB功能设计 DBB（双截断和排放）功能设计是指无论是阀门处于开启状态还是关闭状态，阀腔泄压排放时，上游端和下游端阀座应同时截止，并允许从排泄阀处对在线阀门进行阀座密封性能测试，而不影响管线运行。8、其他设计结构 其他结构设计如放空、排污、注脂、吊耳等，国内外没有差异。
美国石油学会（American Petroleum Institute，API）在2008年4月第23版API6D《Petroleum and natural gas industries-Pipeline transportation systems-Pipeline valves》《（石油天然气工业－管道输送－管线阀门》）标准（也即国际标准ISO14313：2007）中第4.7和第4.8节明确提出了DBB及DIB型管线阀门的结构特征定义，由于标准原文在这两处的表述非常简略，且较为相似，易导致使用者解读时出现较多偏差，给业内特别是厂家设计部门和用户层面，造成一定程度的技术混淆和供货纠纷。 旋塞阀、平板闸阀和固定式球阀，是应用DBB和DIB结构最多的阀种，本文根据API公开的相关标准及增补资料，结合固定式球阀阀座密封结构的具体功能实现，对DBB和DIB型管线阀门的技术特征作一初步解析，以期为制造商正确设计和用户合理选型API6D标准管线阀门，提供实例指引。1 管线阀门的DBB、DIB结构定义 DBB和DIB概念，是API为适应现代油气工业流体控制设备市场，对管线阀门的低成本高可靠性需求而提出的，如在危险介质（易燃易爆、有毒、有腐蚀性等）输送管线下游进行维修巡检时，要求开关阀必须实现零泄漏（ZeroLeakage）以可靠地截断介质，对在线阀门本身密封性能进行检测，甚至对其进行小规模维护时。要求管网不停车等。1.1 DBB API6D：2008中关于DBB结构定义的原文为：“Duble－block－and－bleed valve：Single valve with two seating surfaces that，in the closed position，provides a seal against pressure from both end softhe valve with a mean sofventing / bleeding the cavity between the seating surfaces（Note：This valve does not provide positive double isolation when only one side is under pressure.）”[1] 建议译作“双阻塞与排放阀：具有两个阀座密封面的单体式（非复合联装式）阀门，当其处于关闭位置时，能阻断（阻塞）同时来自阀门上下游端的介质压力，且夹持在阀座密封面间的阀体腔介质有泄放通道。注：当该类型阀门仅承受来自单一方向（上游或下游）的介质压力时，不提供确实的双隔离功能。”1.2 DIB API6D：2008中关于DIB结构定义的原文为：“Double－isolation－and－bleedvalve：Single valve with two seating surfaces，each of which，in the closed position，provides a seal against pressure from a single source，with a means of venting/bleeding the cavity between the seating surfaces（Note：This feature can be provided in one direction or in both directions.）”[1] 建议译作“双隔离与排放阀：具有两个阀座密封面的单体式（非复合联装式）阀门，当其处于关闭位置时，阀座能独立地隔离（密封）来自其两侧（流道和阀腔）的介质压力，且夹持在阀座密封面间的阀体腔介质有泄放通道。注：具备双隔离功能的阀座可在该类型阀门的单端或双端提供。” 由此可见，API6D：2008中第4部分关于DBB和DIB型管线阀门的结构定义，确实过于简略，不易被正确理解。结合该版标准附录B中关于DIB阀门的试验规定，还可看到API将DIB型阀门又分为DIB-1型和DIB-2型两种： DIB-1（both seats bi-directional）和DIB-2（one seat uni-directional and oneseatbi-directional），即API明确指出，管线阀门的两个阀座，均为双向密封（双隔离）类型的，称为DIB-1型；一个阀座为流道侧单向密封，而另一个阀座为双向密封类型的，称为DIB-2型。 也不难看出，区别API6D管线阀门DBB、DIB（1型，2型）特征的主要因素，是产品的2个阀座结构及其组合应用形式，且DBB型阀门的密封性能特征被DIB型阀门所包含。1.3 常见的解读错误 （1）将双联装阀门误作DBB阀门。双联装阀门，指将两套独立的开关型密封内件以及相应的独立操作机构（两套阀杆及驱动装置）集成安装在同一阀体或两个阀体中，作为整体装置并遵循普通单体式阀门端口标准连接到管线系统中，其联动内件的关闭对介质而言，具有双重隔绝封堵作用，部分双联装阀门（多见于双联球阀）生产企业，则据此在选型推荐手册中将产品宣称为DBB阀门。然而根据API6D标准的明确定义，DBB阀门实质是具有两个密封阀座的单体式阀门，其突出优点或设计初衷，就是要以这种具有明显成本优势的新型密封结构阀门，替代双联装阀门，在管线系统“双保险”场合的应用。 （2）不恰当翻译。国内目前尚未见获得API正式授权翻译的API6D：2008中文出版物，但行业内常用一份由某研究所翻译的中文版标准，其关于DBB和DIB定义部分的译文，笔者以为此处过于追求直译，以致未能准确表示出API的真实意思，谨提出如下：“双截流与泄压的（DBB）阀门：有两个阀座密封面的阀门，在关闭位置，通过泄放密封面之间的阀腔，可抵抗来自阀门两端的压力。”，“双隔离与泄压（DIB）阀门：有两个阀座密封面的阀门，在关闭位置，通过泄放密封面之间的阀腔，每个密封面抵抗一个源头的压力。”。 根据这部分字面含义，读者很可能会得出管线阀门的DBB和DIB功能需要通过“泄放阀腔介质压力”来实现的错误结论。实际上，可泄放阀腔介质压力，是这些类型的管线阀门本身具有的性能特征，而不是其密封性能构造条件。 另外，还有部分厂家将DBB或DIB中的“block”含义翻译为双排放，如双阻塞双排放阀，双隔离双排放阀。笔者认为也不妥当，因为API6D中并没有规定泄放阀腔夹持介质的通道数量，厂家设计时，可根据实际需要配置。 与双阻塞或双隔离概念不同，二者具有明确的“双向”含义，即“双阻塞”，指阻断来自阀门上下游两端的介质压力；“双隔离”，指隔绝来自阀座两侧（流道和阀腔）的介质压力。 （3）DBB和DIB混为一谈。部分制造商和用户，没有真正理解API提出的DBB和DIB型管线阀门结构区别，特别是由于DBB型阀门结构提出较早，在行内的认知度和应用范围广，使得DIB型阀门容易因人们思维定势，而错与单纯的DBB型结构混淆，导致生产方面出现设计纰漏，更加严重的是，用户则可能因此而存在重大安全事故隐患，比如在输送危险介质的管线系统中，错误地选用了纯DBB型截断阀门，则当管线下游进行维修作业时，若阀门前端密封因某种原因突然失效，上游介质就极有可能泄漏到下游作业区，造成人员和设备损失，因为这类阀门的密封阀座在一端无压力时，不能保证对另一端泄漏介质的有效隔阻。2 DBB和DIB型管线阀门结构解析 阀门的开关功能与其密封内件（阀座和关闭件）的构造形式有关，一般API6D标准定义的DBB和DIB型管线阀门，多采用活动式（浮动式）双阀座密封结构。2.1 活动式阀座密封原理 以管线球阀为例，具备DBB、DIB功能的，仅限于具有两个活动阀座的耳轴式固定球阀。普通浮动式球阀在关闭位置，依靠球体在介质压力作用下偏移，并压迫出口端固定阀座产生必须比压实现下游密封，显然这种固定式阀座结构，不能实现API定义的DBB、DIB功能。管线球阀活动式阀座分单活塞效应（SinglePistonEffect，缩写为SPE，或称为自泄放阀座，Self-RelievingAction）和双活塞效应（DoublePistonEffect，缩写为DPE）两种，其基本结构如图1所示。 对于球体处于关闭位置的SPE阀座（见图2），假定指向球体（图示自左向右）为正方向，则流道介质作用在阀座圈上的压力FL=PL×π（R2T－R2L） 方向指向球体侧（叠加弹簧力促使阀座压向球体）； 阀腔夹持介质作用在阀座圈上的压力FQ=-PQ×π（R2T－R2Q） 方向背离球体侧（促使阀座压缩弹簧离开球体）。 显然当阀体腔夹持介质压力大到足够克服弹簧力（流道无介质压力）或弹簧和流道介质叠加压力时，SPE阀座将被推离球体[2]，阀体腔将向流道侧泄放所夹持介质，也即该类型阀座对达到一定压力的阀体腔介质没有密封能力，这也是又称其为自泄放阀座的原因，故而SPE阀座是一种单向密封结构。 对于球体处于关闭位置的DPE阀座（见图3），假定指向球体（图示自右向左）为正方向，则流道介质作用在阀座圈上的压力FL=PL×π（R2T－R2L） 方向指向球体侧（叠加弹簧力促使阀座压向球体）； 阀腔夹持介质作用在阀座圈上的压力FQ=PQ×π（R2T－R2Q） 方向同样指向球体侧（促使阀座压向球体）。 阀体腔夹持介质压力越大，阀座与球体间的密封就越紧，能有效阻止阀体腔介质向流道泄漏[3]，因此DPE阀座是一种双向密封（双隔离）结构。 依靠流道介质压强或阀腔夹持介质压强，分别作用在阀座不同端面造成压力差，驱使阀座压向或背离关闭件，实现管线阀门的密封或阀腔泄放功能，类似于常规活塞缸筒式组合机件的运作原理，这是浮动阀座活塞效应称谓的来历。2.2 DBB和DIB型管线阀门品种划分 根据管线阀门上下游端SPE和DPE阀座的不同应用组合，可获得API6D定义的DBB与DIB具体分型，如表1所列： 前文图示的固定式球阀，即属于下游配置双隔离阀座的API6DDIB-2型管线阀门。2.3 用户选型建议 对于输送如高温、低温、高压、易燃易爆、有毒、有腐蚀性等危险介质的管线系统，应选用DIB-1或DIB-2（推荐上游阀座为SPE结构）型阀门，且在关键位置如管线分支、场站入口等处还要采取两台阀门联装应用的措施，以最大限度地确保下游管线维护检修作业人员和设备的安全；对于流体仪表校正系统，如流量计校准等场合，则应选用DIB-1型阀门，保证系统环路中阀体腔原来滞留的介质，不会泄漏到测试管线影响计量精度。3 对DBB和DIB型管线阀门结构设计有关问题的探讨3.1 设置阀体自动泄放阀的必要性 根据API6D规定，当阀门用于液相介质或冷凝系统，要求制造厂确保阀门具备阀腔压力自动泄放功能，用于气态介质工况，则由供需双方协商确定，需要安装时，泄放阀尺寸不应小于NPS0.5inch或DN15mm。因此，对于具有SPE自泄放功能阀座的DBB和DIB-2型阀门，API并未明确规定是否需设置阀体自动泄放阀。 有厂家认为，阀体泄放阀会给阀门本身增加新的潜在泄漏点，因此设计时倾向于不设置[4]。但笔者认为，阀体泄放阀失效泄漏，属于阀门外泄漏点，容易被操作人员发现，此处持续的微量泄漏也提示阀门内部密封副失效，可及时对阀门进行维修或更换处理；并且在阀体上设置附加泄放阀，在进行产品出厂压力试验和在线运行检测时，将非常方便检测者观察阀座的内部密封情况。因此建议对于非极端工况条件（如高毒性、高腐蚀性介质管线系统除外），在阀体上附加阀腔自动泄放阀，应成为管线阀门的标准设计。3.2 SPE阀座存在颤抖振荡可能 如前所述，SPE阀座具备阀腔介质自泄放功能，是依靠阀腔夹持压力作用在阀座上克服其所受到的弹簧或（和）流道介质压力后，将阀座自动推离关闭件实现的。当因某种原因（如阀腔夹持压力或流道介质压力持续变化、弹簧堵塞等）使阀座所受合力长期在触离平衡零点附近波动时，有可能引发阀座出现颤抖振荡等不稳定现象，在高温高压等恶劣工况下，易导致O型圈、密封圈等非金属内件的早期损坏，影响整机使用寿命[5]。3.3 阀腔自动泄放起跳压力的设定原则 管线阀门设计有防火安全结构，且多通过API607、API6FA或ISO10497标准验证，故对于失火状态下的DBB和DIB型阀门，其阀腔仍然可能积存、夹持介质，要么需通过SPE阀座自泄放，要么通过阀体附加的自动泄放阀排空，这就要求设计者应慎重考虑此类阀门阀腔介质自动泄放起跳压力的设定值，避免因阀门万一着火后，阀腔夹持介质未及时排出，致使耐压强度大幅度降低的高温阀体炸裂，继而进一步恶化事故[6]。 因此，在防火要求非常严格的应用场合，若按照API6D“阀腔压力不得超过阀门最高工作温度下额定压力的1.33倍”这一规定，设定阀腔泄放起跳压力，则随后计算出的密封副或自动泄放阀尺寸，相关结果将不够安全，此时应根据用户具体工况条件，适当降低阀腔泄压起跳值。4 最后 对于API6D管线阀门，其DBB和DIB（-1，-2）型在结构、流体隔阻功能、应用场合等不尽相同，但都具有低成本、高可靠性等突出优点，制造商和用户应根据实际工况条件合理选型。另外，对于2008年10月1日起生效的第23版API6D标准，存在对管线阀门密封结构的定义过于简略，缺少配图，个别设计要求前后矛盾等问题，希望API及时发布澄清性增补条款，并在下一版标准中加以完善。相关文章：[post cid="63" 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单活塞效应SPE和双活塞效应DPE（这个没有平衡孔）（这个用压力表表示压力）单活塞和双活塞球阀效果这个视频中：通过导流实现了局部内外侧压强相同，这样就看作用面积大小来判断密封圈的移动就可以了。自泄压式的单密封阀座结构（SPE）：阀座密封圈是固定的，只有阀座支撑圈可以移动。双活塞效应的双密封阀座结构（DPE）：阀座与球体密封中心与发作密封圈的中心在一个圆柱面上，阀座支撑圈和阀座密封圈均为可以移动的活塞。SPE：面积不同形成的力不同，外侧面积大，以及弹簧的力，阻止了外面压力进入阀体内，但阀体内压力超限可以泄放到阀外。DPE：同样阻止了外侧压力进入，但同时阀体内超限，也无法泄放到外面。SPE和DPE的不同：这里，注意弹簧下面这个阀座支撑圈。力的分析把阀座密封圈上部和下部分开。SPE是阀座支撑圈固定的，因此阀内阀外的面积是固定的，所以阀内超过一定限度就可以泄放。DPE阀座支撑圈不固定，阀外面积可变，当阀内压力大时，密封圈外移，上部外侧面积大，加上弹簧，也能够密封住。当阀外压力大时，密封圈内移，增加下方外侧的面积，面积还是也比内侧大。所以一直能密封住。这样DPE不管密封圈两侧压力谁高都能密封，但SPE阀座能够从阀座向上下游两个方向密封，因此上游失效，下游就变成泄放了。所以只有上游密封起到密封效果。SPE 和DPE 排列组合构成DBB 和DIB把SPE和DPE排列组合下就构成了DBB和DIB的几种类型。最终效果和结论SPE是阀座要向低压侧泄放的，DPE是无论阀座内外压力高低都做到密封。因此两侧都是SPE的DBB就实现上下游都可以泄放，而且密封只有上游密封起作用。两侧都是DPE的DIB-1无论无论阀座内外压力高低都不能泄放，因此要单独设置泄放阀。一侧SPE，一侧DPE的DIB-2可以实现阀门往SPE侧泄放（上游或下游），向上游泄放就太好了，避免了向下游低压泄放。DPE的存在，也使得下游密封面也可以有效密封。想一下，天然气长输管道用DIB-1，输油管道用向上游泄放的DIB-2是为什么呢？相关阅读：天然气管道阀门API 6D DBB及DIB型管线阀门结构特征解析大口径双向密封固定式球阀的阀座结构分析DBB、DIB球阀内部构造，密封结构与泄压方向[post cid="99" /][post cid="98" /][post cid="93" /][post cid="63" /]天然气长输管道会经常遇到正反输，而输油管道是输油泵驱动，只有一个方向。所以天然气管道用DIB-1实现双向密封，输油可以考虑DIB-2实现自泄放到上游。
DBB、DIB球阀内部构造，密封结构与泄压方向
摘要：以固定球阀为对象，首先强调了单活塞阀座与双活塞阀座的定义，密封结构以及工作原理。接着介绍了由这两种阀座组合成的四种不同固定球阀类型，并对其方向性与优缺点进行了对比分析，然后针对上游阀座正常与泄漏等八种情形进行了应用实例的分析，最后对DBB与DIB型的固定球阀适用场合以及在不同领域中的性能表现进行了对比归纳整理。 在通常的观点与生产实践中，球阀一般是不具有安装方向的，即使工程现场偶尔发现有箭头的球阀， 大多会按照流体方向安装，却并不知其原因。随着客户需求的多种多样，工程技术装备日新月异，满足不同工况的阀门也正在兴起，人们对阀门的认识也不断加深与提高。 笔者根据现场经验并结合国内外相关资料，认为有一部分固定球阀是具有安装方向要求的，本文将重点探讨这一部分内容。1 固定球阀密封机理 众所周知，固定球阀的球体具有上、下转轴，被固定在球体的轴承中，因此，球体不浮动而密封圈是浮动的，密封圈借助于弹簧和流体推力向球体，产生上游（ 或下游） 端密封。通常它适用于高压、大口径场合。 其密封的基本原理是 ：在预紧力和 / 或介质压力作用下， 产生密封力， 使阀座与球体压紧， 密封圈产生弹塑性变形来弥补球体相对变形以及球体的圆度误差和表面粗糙度， 使密封面上的间隙减小到小于流体的分子直径时， 才能保证流体不渗漏 。1.1 单活塞效应与双活塞效应的阀座 固定球阀的球体是固定的而阀座是浮动的，其阀座分单活塞效应（ single piston effect），缩写 SPE，或称为自泄放阀座（ self-relieving action）和双活塞效应（ double piston effect） 缩写为 DPE 两种。 单活塞阀座的原理为单向活塞式的作用，在密封副的设计上，考虑到因密封面两个方向作用力的差值而产生的作用力方向的不同， 从而使密封副在压力差的推动下，产生相应方向的活塞运动（ 单活塞效应）。 双活塞阀座的原理与单活塞阀座的原理类似，只是在密封圈的设计上，要保证无论在下游管道压力高于阀腔压力时，还是在阀腔压力高于下游管道压力时，密封圈都能达到密封，从而避免阀腔气体向下游泄压并保护下游管道（ 双活塞效应）。 简而言之，单活塞阀座就是只能在一个方向实现密封。而双活塞阀座，两个方向都能实现密封。1.2 单活塞效应阀座密封原理 一些文献中对单活塞与双活塞阀座进行过相关的数学计算，显得较为繁琐，本文主要以图示结合阀座受力讲解一下密封原理。 图 1~4 中 ：F F 为弹簧弹力，箭头方向表示受力的方向 ；F Δ A 为流体在阀座上产生的压力差（ 即 A a与 A i 的面积差与压强的乘积）；F R 为阀座所受最终合力，箭头方向表示受力方向。 图 1 中，当流体从右至左流动时，流体在阀座上产生的合力 F R = F Δ A + F F ，（ 其中 ΔA = A a - A i ＞ 0），显然方向从右至左，将阀座推向球体，实现密封。 图2中，当阀门腔内压力升高时，产生一个从左至右的推力F Δ A（ 即A a 与A i 的面积差与压强的乘积，其中ΔA = A a - A i ＜ 0） ，弹簧的力 F F 此时是从右至左，产生的合力F R 向右， 将阀座从球体上推离， 实现泄放。 DBB、DIB、DIB-1、DIB-2 球阀内部构造，密封结构与泄压方向说明图1 流体从右至左流动Fig.1 Fluid flow from right to left DBB、DIB、DIB-1、DIB-2 球阀内部构造，密封结构与泄压方向说明图2 阀腔流体外泄Fig.2 Valve cavity fluid leakage1.3 双活塞效应阀座密封原理 图 3 中，当流体从右至左流动时，流体在阀座上产生的合力 F R = F Δ A + F F ，显然方向从右至左， 将阀座推向球体，实现密封（ 此时 ΔA = A a - A i ＞ 0）。 图 4 中，当阀门腔内压力升高时，产生一个从右至左的推力 F Δ A （ 即 A a 与 A i 的面积差与压强的乘积， 此时 ΔA = A a - A i ＞ 0），弹簧的力 F F 此时也是从右至左，产生的合力 FR 必定向左， 将阀座推向球体，实现密封。 DBB、DIB、DIB-1、DIB-2 球阀内部构造，密封结构与泄压方向说明图3 流体从右至左流动Fig.3 Fluid flow from right to left DBB、DIB、DIB-1、DIB-2 球阀内部构造，密封结构与泄压方向说明图4 阀腔流体外泄Fig.4 Valve cavity fluid leakage1.4 单活塞效应和双活塞效应的区别（ 1） 腔体压力排放是有区别的 ：双活塞效应设计是腔体压力超过压力等级相应的压力值的 1.1~1.33倍时排放[4] ，且排放至大气环境。而单活塞效应的设计则是只要腔体压力与下游压力作用于阀座环面的压差大于加载弹簧的压力就自动排放至下游管线。（ 2）泄漏概率是有区别的：单活塞效应设计的优点是当阀腔压力增高时可以向上游（ 或下游）泄放，在阀腔建立高压后不会产生危险，但其泄漏的概率是双活塞效应设计的两倍。 因为始终是阀门上游侧起密封作用， 如果上游侧密封损坏，阀体压力不断增高，下游密封即失去密封功能，该阀门必定泄漏无疑 。2 双截流与泄压和双隔离与泄压（ DBB和DIB） 由于这两种类型阀门的定义在 API 6D 的论述中表述较为简略，且比较相似，导致业内一些人的理解出现偏差，造成目前一些关于 DBB 与 DIB 阀门观点的错误理解，一些工程人员甚至将这两种阀门定义都弄混淆，给厂家设计部门和用户造成一定的技术混淆和供货纠纷，更严重的是，用户端可能因此存在重大的安全事故隐患。 这两种结构的阀目前应用最多的是在旋塞阀、平板闸阀和固定式球阀上， 本文仅重点讨论 DBB 与 DIB 型的固定式球阀。2.1 双截流与泄压的（ DBB） 阀门的标准定义 具有两个阀座密封面的单体式（ 非复合联装式）阀门，当其处于关闭位置时，能阻断同时来自阀门上下游端的介质压力，且夹持在阀座密封面间的阀体腔介质有泄放通道 。注 ：当该类型阀门仅承受来自单一方向（ 上游或下游） 的介质压力时，不提供确实的双隔离功能。2.2 双隔离与泄压的（ DIB） 阀门的标准定义 具有两个阀座密封面的单体式（ 非复合联装式）阀门，当其处于关闭位置时，阀座能独立地隔离（ 密封） 来自其两侧（ 流道和阀腔） 的介质压力，且夹持在阀座密封面间的阀体腔介质有泄放通道 。注 ：具备双隔离功能的阀座可在该类型阀门的单端或双端提供。 另外，根据 API 6D 附录 B 中的说明可以知道DIB 还可细分为两种类型 ：一种为 DIB-1，其特点是两只阀座都是双向密封（ 也即双活塞阀座）；另一种为 DIB-2，其特点是一只阀座为单向密封（ 单活塞阀座），另一只阀座为双向密封（ 双活塞阀座）。3 DBB与DIB型固定球阀方向性探讨 双向密封的固定球阀（ 即当此球阀关闭时， 其能同时阻止阀门上下游两侧流体），但这并不等于意味着此固定球阀的阀座是双向， 一个双向球阀可能就是由两个单活塞阀座组成，也可能是由一个单活塞阀座和一个双活塞阀座组成，还有可能是由两个双活塞阀座组成。这意味着固定球阀的双向密封与其阀座的双向密封是两个不同的概念，千万不能混淆。3.1 DBB与DIB型固定球阀性能对比 DBB 与 DIB 型固定球阀各项性能对比见表 1。DBB、DIB、DIB-1、DIB-2 球阀内部构造，密封结构与泄压方向说明 如果我们对 SPE 活塞使用→│ 符号标示，DPE 使用→│←符号来标示，则上面的四种形式的阀门类型可以用图 5~8 来标示。 DBB、DIB、DIB-1、DIB-2 球阀内部构造，密封结构与泄压方向说明图5 DBB型固定球阀 （ SPE+SPE）Fig.5 DBB fixed ball valve （ SPE+SPE）DBB、DIB、DIB-1、DIB-2 球阀内部构造，密封结构与泄压方向说明图6 DIB-1 型固定球阀（ DEP+DEP）Fig.6 DIB-1 fixed ball valve （ DEP+DEP）DBB、DIB、DIB-1、DIB-2 球阀内部构造，密封结构与泄压方向说明图7 DIB-2型固定球阀 （ SPE+DPE）Fig.7 DIB-2 fixed ball valve （ SPE+DPE）DBB、DIB、DIB-1、DIB-2 球阀内部构造，密封结构与泄压方向说明图8 DIB-2型固定球阀（ DPE+SPE）Fig.8 DIB-2 fixed ball valve （ DPE+SPE） 其中图 5 中当流体从左至右时，上游阀座（ SPE）起到密封作用，在流体压力的作用下上游阀座贴紧球体实现密封，此时下游阀座不起密封作用。而当阀门腔内产生大量高压气体时，产生的压力大于下游阀座弹簧弹力时，下游阀座将被弹开， 实现压力泄放。反之，下游阀座起密封作用，上游阀座起到超压泄放功能， 这就是双截流与泄放阀门的由来。 图 6 中当流体从左至右时，上游阀座（ DEP） 将起密封作用，而下游阀座也能起到密封作用，在实际生产运用中，下游阀座实际上起到双保险的作用。当上游阀座出现泄漏时，下游阀座依然能保持密封。同样，当流体从左至右时，下游阀座起到主要的密封作用，上游阀座起双保险作用。缺点是当阀门腔内产生高压气体时，上下游阀座都无法实现压力泄放，这就可能需要使用一个与阀门外部相连的安全卸压阀，这样空腔内上升的压力才可以泄放到外界，但同时等于增加了一个泄漏点 。 图 7 中当流体从左至右时，上游阀座能起到密封作用，而且下游的双向阀座同样能起到双重密封作用，这样即使上游阀座出现损坏，下游阀座依然能保持密封，当腔体内部压力突然升高时，可以通过上游阀座实现压力释放，可以说它的密封性与 DIB-1 两个双向阀座的密封效果类似，但能在上游阀座端实现自发泄压，兼具了 DBB 与 DIB-1 两种类型阀门的优点。 图 8 与图 7 功能几乎一模一样，唯一不同的是，当阀门腔体内压力升高时，下游阀座端实现自发泄压，一般情况下，从工艺角度而言，中腔异常压力释放到上游更为合理和安全，因此前一种设计会有人用，后一种设计基本上没有实用价值，在实际应用中非常少见。需要强调的是，一般上游阀座起到主要的密封作用，使用频率较高，因而损坏的几率也较高，这个时候下游阀座如也能起到密封作用， 对阀门的寿命是一种延续。这也是 DIB-1 与 DIB-2（ SPE+DEP）阀门寿命相较其他阀门而言很长的原因。3.2 DIB-2型固定球阀具有方向的原因分析DIB-2 型的两种固定球阀都具有安装方向要求的原因是 ：（1）一旦装反将影响阀门寿命 图 7 中 DIB-2 型的固定球阀（ SPE+DPE） 正常情况下，当流体从左至右流动时，上游阀座就能起到密封作用，当上游阀座失效的时候，下游的 DEP阀座还能起到密封作用，保险系数高，寿命较长。而方向一旦安装反，就成了图 8 中的 DIB-2 类阀门（ DEP+SPE），这时如果上游阀座（ DPE） 失效， 下游阀座（ SPE）是起不到密封作用的。故保险系数不高，寿命相对较短。（2）一旦装反将影响阀门压力泄放图 7 中 DIB-2 类阀门（ SPE+DPE） 正常情况下，阀腔内压力升高会从上游阀座处泄放，这与工艺专业所规定的方向一致，而一旦装反就成图 8 中所示的形式， 会导致下游泄压， 与工艺通常规定相违背。3.3 几种类型的固定球阀优缺点比较 几种类型的固定球阀优缺点比较见表 2。4 应用实例 因篇幅所限，下文主要对比上游阀座泄漏与上游阀座起作用这两种在实际应用中的情况（ 见图9~16）。图9 DBB型固定球阀（ 上游阀座起作用）Fig.9 DBB fixed ball valve （ upstream valve seat taking effect）图10 DBB型固定球阀（ 上游阀座泄漏）Fig.10 DBB fixed ball valve （ upstream valve seat leakage）图11 DIB-1 型固定球阀（ 上游阀座起作用）Fig.11 DIB-1 fixed ball valve （ upstream valve seat taking effect）图12 DIB-1 型固定球阀（ 上游阀座泄漏）Fig.12 DIB-1 fixed ball valve （ upstream valve seat leakage）图13 DIB-2型固定球阀（ 上游单向阀座起作用）Fig.13 DIB-2 fixed ball valve （ upstream valve seat taking effect）图14 DIB-2型固定球阀（ 上游单向阀座泄漏）Fig.14 DIB-2 fixed ball valve （ upstream valve seat leakage）图15 DIB-2型固定球阀（ 上游双向阀座起作用）Fig.15 DIB-2 fixed ball valve （ upstream valve seat taking effect）图16 DIB-2型固定球阀（ 上游双向阀座泄漏）Fig.16 DIB-2 fixed ball valve （ upstream valve seat leakage） 千万不能忽略这四种类型固定球阀区分的重要性，比如在输送危险介质的管线系统中， 错误地将DIB 型固定球阀选用成了 DBB 型，则当管线下游进行维修作业时，若阀门上游密封因某种原因失效，上游介质极有可能泄漏到下游作业区，造成人员伤亡与设备损失。5 DBB与DIB型固定球阀适用场合DBB 与 DIB 型固定球阀适用场合比较见表 3。6 结束语 虽然 DBB 与 DIB 型球阀在石油天然气长输管线工程中已被普遍使用，但部分阀门使用、 设计、 制造及监理人员仍缺乏对这两种类型阀门原理、 作用的正确理解。 本文通过详细的讨论与分析认为，这两种类型的固定球阀在结构、流体阻隔性能、密封性能、应用场合等方面均不相同，且固定球阀并非像传统观念认为的那样没有安装方向的要求。本文旨在提高大家对DBB 与 DIB 固定球阀的理解认识，保证阀门的选型、设计符合标准规范的要求。本文关于固定球阀密封结构与方向性的分析与结论，为工程设计者、阀门制造厂商、现场施工人员提供了参考。参考文献[1] 邵彭年 . 实用管件与阀门手册 [M]. 上海 ： 上海科学技术出版社， 2005.[2] 张清明， 张磊 . 浅谈管道球阀密封结构 [J]. 通用机械， 2011（ 11）：40-44.[3] 那丽， 吕赟 . 超低温球阀的结构设计特点及安装要求 [J]，煤化工， 2013（ 2）：65-67.[4] ANSI/API 6D， Specification for Pipeline and Piping Valves[S].American ：American Petroleum Institute， 2014.[5] 高慧， 侯晓辉 . 管道球阀密封原理及泄漏分析 [J]. 油气储运，2006， 25（ 3）：57-60.[6] 李铁东 . 一种大口径固定球阀的阀座结构分析与设计 [J]. 机电一体化， 2014（ 3）：13-14.[7] 税丽 . 管线球阀自泄式阀座与双活塞效应阀座的分析 [J]. 阀门， 2011（ 2）：28-29.[8] 黄俊 .API 6D DBB 及 DIB 型管线阀门结构特征解析 [J]. 装备制造技术， 2011（ 7）：173-176.[9] 孙涛 . 石油天然气管线阀门 DBB 和 DIB 功能机理及压力试验方法探讨 [J]. 科技创新与应用， 2013（ 31）：24.本文作者：吴军相关文章：[post cid="99" /][post cid="98" /][post cid="93" /][post cid="84" /]