API6D与API608对球阀要求的分析

张绍华，刘建峰，叶志烜，宋忠荣

（合肥通用机械研究院，安徽合肥 230031）

0 引言

关于球阀产品，美国石油协会有API 6D《管道及管线阀门规范》和API 608《法兰、螺纹和焊连接的金属球阀》2 个标准规范，这2 个标准对球阀产品都作出了详细的规定和要求。本文对API 6D 与API 608 中关于球阀的规定和要求进行初步解读，并结合工程实践，明晰API 6D 球阀与API 608 在结构设计、性能要求、试验方法等方面的区别与联系，使API 球阀业主、制造厂、监理方等相关方能够理解和适应相应产品标准的规定和要求。

1 API 6D 与API 608 的关系

API 6D 球阀使用在石油和天然气工业管道系统，包括长输油气管线及各级汇集管线，相当于站区外运输，包括ASME B31.4 和B31.8 管道，口径范围NPS（4～60），以大口径居多，95%以上均为10英寸以上，压力等级有150，300，400，600，900，1500，2500 磅，一般为固定球结构，进口端密封。API 608 球阀使用在石油、石油化工及工业应用上,主要用于ASME B31.3 工艺管道，口径范围NPS（1/4～24），大都口径较小，压力等级有150，300，600，800 磅，一般为浮动球结构，出口端密封。

API 608 是在ASME B16.34《法兰、螺纹和焊连接的阀门》规定的要求外附加设计、操作和性能的要求，面向一般工业用户。由于长输管道工程的特殊性，美国石油学会制定了API 6D《管道及管线阀门规范》标准，明示了API 6D 的球阀与API 608 的球阀在结构与功能等方面的区别。

API 6D 与API 608 球阀根据所使用的工况和需求不同，各有其特点，共同构成了石油化工领域完整的球阀规范。结合工程实践，对2 个球阀标准,进行初步解读和分析。

2 球阀要求分析

2.1 结构与功能要求

球阀按球体结构分为浮动球球阀和固定球球阀。浮动球球阀典型结构如图1 所示。其球体无支撑轴，球体由阀门进、出口两端的阀座予以支撑。阀杆与球体为活动连接。阀门关闭时，球体在介质压力的作用下，被推向阀门出口端阀座，使之压紧并密封。这种球阀为出口端（阀后）密封，具有结构简单、制造方便、成本低廉、工作可靠等特点，在工艺管道上得到了广泛应用。

固定球球阀支撑板结构如图2 所示。其球体由固定到阀体上的支撑板所支撑，阀座是活塞效应阀座。在介质压力的作用下，阀座向球体靠近，使阀座密封圈紧压在球体上，产生密封比压，以达到密封介质。阀前介质压力在球体上所产生的作用力全部传递给轴承，不会使球体向阀后阀座移动，因而阀座不会承受过大的压力。这种球阀为进口端（阀前）密封，具有开启转矩小，密封性能稳定等特点，适用于长输管线高压、大口径的场合。

API 608 球阀用于石化行业工艺管道，功能为接通或截断介质，操作工况经常是高温高压、有毒有害、易燃易爆、腐蚀性及连续作业，对阀门的密封、材料、防腐等方面提出了高的要求。API 608球阀有固定球结构和浮动球结构，一般采用浮动球结构。

API 6D 球阀用于长输管线，因长输管线的特殊性，球阀除了接通或截断介质功能外，还须具有排污、放空、超压泄放、注脂和在线检漏等功能。API 6D 球阀都采用固定球结构。

API 6D 管线球阀的排污、放空功能：①阀门出厂试验时，验证阀座的密封性；②管线投产前，排空阀腔内污物；③投运时，在线检査阀座的密封性；④抢修时，代替管线上的排污与放空。

为了保证抢修施工的安全，减少对环境的影响，降低放空代价，管线球阀的排污放空尤为重要，必须严格按API 6D 规范要求设计排污放空，满足规范中对排污口、放空口的尺寸规定。具有排污、放空功能的球阀阀座，每个阀座均能承受外侧的全压差（DBB 功能），隔绝上、下游介质，实现安全排污、放空。

图1 浮动球球阀

图2 固定球球阀

API 6D 管线球阀除了排污、放空功能外，还应具备中腔超压泄放功能，可利用DIB-2 功能的阀座将超压释放到阀座外侧或者阀体另接安全泄压装置。为提高球阀的密封性能，也可使单个阀座分别承受住每一侧的全压差（DIB-1）。当上游阀座密封失效时，下游阀座仍能可靠密封。

实现排污、放空、超压泄放功能，提高密封可靠性，API 6D管线球阀设计成活塞效应的阀座。阀座活塞效应原理如图3 所示。面积差（A2-A1=△A）产生的作用力推动阀座向球体运动，形成密封。

图3 阀座活塞效应

活塞效应分单活塞效应和双活塞效应。单活塞效应的阀座只能对单个方向的介质起密封作用。双活塞效应阀座对正向流体和反向流体均能起密封作用。通过单活塞效应阀座和双活塞效应阀座的不同组合，实现DBB，DIB-1 和DIB-2 功能，见图4。

API 6D 管线球阀除了充分考虑阀座结构外，还应考虑其他结构设计或材料选择以保证阀门的密封性能，如采用储物空间大的阀体结构、增加阀体内腔直径等措施，避免管道内沙石等硬物长时间停留在阀座与球体间的腔体，有效防止对阀座和球体的损伤。此外，采用橡胶材料的活塞效应阀座密封圈，对管道内硬物的适应性较好，避免密封圈永久损伤而使密封失效。

2.2 检验与试验要求

API 608 规定球阀的检查、检验和压力试验按照API 598《阀门的检查和试验》进行。作为ASME B16.34《法兰、螺纹和焊连接的阀门》的补充规范，API 608球阀也应完全满足ASME B16.34 的检验与试验要求。ASME B16.34 和API 598 是针对通用阀门提出的规范，属于必须满足的最低要求。

API 6D 规范针对管线阀门的具体情况，对检验和试验进行了详细的规定，较ASME B16.34 和API 598 要求更严，如压力持续时间更长、试压项目更多、操作程序更复杂。进行密封试验时，API 608 球阀通常采用一端加压、观察另一端阀座的方式检测密封，而API 6D 球阀则通过一端加压、从中腔进行密封检测。

图4 活塞效应阀座的组合

在最新的2014 版本中增加了质量规范等级QSL 的要求。QSL 等级包括了对无损检测（NDE）、压力试验及制造程序文件的详细要求。按照质量规范等级QSL 的不同，API 6D 球阀需进行的检验与试验项目及范围也有所不同，QSL 等级要求的严格程度随QSL 等级数递增。QSL-1 级是API 6D 规定的最低质量规范等级，当买方认为有必要时，可规定球阀应符合QSL-（2～4）质量规范等级。当买方规定任一QSL 等级时，应提供全部QSL 等级的详细要求。新版API 6D 中QSL 质量规范等级的提出，意味着管线球阀的质量要求进一步提高，并作了统一的规范。针对API 6D-2014 新增的质量规范等级的要求，买卖双方应仔细研究各质量规范等级之间的区别和联系，以便更好地为管道工程提供合适的球阀产品。

2.3 安全性和可靠性的要求

API 608 球阀用于工艺管道，开关操作频繁，寿命短，加上口径不大，更换较容易。而API 6D 球阀用于长输油气管线，口径大，输送介质压力高、易燃、易爆，加之长输管线一般流经地理环境复杂，气候恶劣，环境温度变化范围大的区域，且管线投资巨大，投入运行后，要求长期连续运行。管线正常运行时，球阀是开启的，但一旦出现故障需要关闭时，阀门必须快速可靠关闭。另外API 6D 球阀因口径大、埋地安装、与管道焊接连接等因素，更换比较困难，而且一旦抢修，费用高昂。因此，长输管线API 6D 球阀比API 608 球阀要求有更高的安全可靠性、密封性和强度，以确保长输管线长期安全可靠运行。

目前在长输管线阀门的招标和采购过程中，业主针对管线阀门如何适应长输管线工况，如何保证长寿命等提出的技术要求不够明晰，没有提出具体要求，如只提30 年寿命，给供应商留下了空间，只有一纸承诺，其他与普通阀门无差别。在今后关于安全性和可靠性方面，业主应对供应商提出严格具体的技术要求，并要求给出切实可行的控制措施。

2.4 安装维护要求

API 608 球阀属于工艺管道球阀，一般在厂内就可完成安装，施工地点平整，贮存转运方便，安装时间集中，施工环境较好，且一般管道及配件的架设及安装都具有支承结构，阀门的受力条件较好。

API 6D 管线球阀因为安装在长输管线上，大多在野外露天，部分在阀室。长输管道工程少则几十公里，多则上千公里，管线跨度长，施工地分布广，管道埋地，翻山越岭，穿江过河，施工环境特别恶劣，管道内残留沙石、泥土不可避免，管道的建设至投产周期较长，管道附加应力、外部载荷等影响因素不可忽略，再加上施工人员的素质参差不齐，这些对阀门性能的影响难以避免，最终质量不好控制。

API 6D 管线球阀安装时，有时存在施工人员责任心不强、施工现场保护不到位、不按照程序进行安装调试等情况，管道内的沙石、泥土、施工垃圾等没有清理或者没有清理干净，沙石、泥土等进入阀腔，焊接飞溅物粘接在球面或阀座，造成密封副损坏，阀体与阀座接触的内腔表面锈蚀，泥土结垢，阀座卡死，直接影响阀门的密封性能。因此现场阀门安装时必须严格按照施工工艺进行。

管线球阀投运后，长期处于开启状态，但又必须具备高可靠性，因此需要加强管线球阀的日常维护工作。对于球阀阀座的养护，要适当的注入润滑油，其注入量结合球阀的使用状况和使用频率，这样既可以保障其密封性，又可以防止杂质的进入，同时避免球体和阀座胶合，防止球体活动时干磨，保护阀座和球体，对于管线球阀的正常运行有明显的作用。

2.5 事故状态的处理措施

API608 球阀发生故障造成的影响通常局限在本厂及周边附近，一般事故情况可自行处置，社会影响可控。而API6D 长输管线球阀一旦发生故障，对整条长输管线的运行造成巨大的影响，难以自行处置，不仅造成大量的能源损失、引起巨大的火灾，而且很大程度上会耽误一些重要项目的顺利开展实施，这些对国家和企业造成的损失是不可估量的，造成的社会影响较大。在事故处理时，需要公安部门、消防部门、安监部门、交通部门、医疗部门、环保部门、管道抢修部门、搜救支援部门及时到场，互相协调。

3 结语

针对API 608 与API 6D 规范对球阀的要求、结合工程实际进行了解读和分析。长输管道工程具有管线长、口径大、施工环境恶劣等特殊性，API 6D 标准规范明示了API 6D 的球阀与API 608 的球阀在功能与结构等方面的区别。

我国长输管道工程的建设投运时间不长，管线阀门的开发起步较晚。一些生产API 608 球阀的制造商在生产管线阀门时，对管线球阀的相关规范要求了解不够深入，对长输管道工程的特殊性认识不够，未能充分理解业主对管线球阀提出的技术要求，特别是对密封结构和排污、放空、注脂等功能提出的要求，仍按为一般工业用户技术要求的设计理念来设计制造管线阀门，造成了管线阀门在运行中存在许多难以解决的质量问题，最终不得不更换阀门，造成较大损失。

管线球阀的设计者只有认真研究API 6D 标准规范的相关要求，充分关注长输管道工程的特殊性，摆脱API 608 规范的束缚，才能设计出符合规范要求，满足长输管道工程需要的管线球阀。