儀表閥設計規范標準對比

羅雙艷

(上海核工程研究設計院，上海 200233)

儀表閥作為管路附件，用于接通和切斷儀表與測量管路的聯系并控制輸送介質的流量。設計人員需對其材料、壁厚及結構等進行研究，使得所設計的產品能夠滿足工作溫度、壓力及閥門材料與工藝設備或管道材料相適應等要求，確保測量的可靠性。在實際工程應用中，國內沒有專門的用于儀表閥設計的規范和標準。國外也只有美國閥門和配件工業制造商標準化協會(MSS)頒布過專門針對儀表閥門的標準，如MSS SP-105《規范用儀表閥》、MSS SP-99《儀表閥》及MSS SP-130《儀表閥波紋管》等，這些標準主要適用于儀表閥門(接管直徑不大于DN25mm)和閥組。在此，重點介紹MSS SP-105對儀表閥的設計要求，并給出儀表閥設計中采用的標準建議。

1 MSS SP-105的基本要求①

1.1 閥門材料

閥門的材料對于其長周期安全運行至關重要，不同材料的性能對工作介質的物理性能(溫度和壓力)和化學性能(腐蝕和放射)的承受力不同。而不同標準對材料的性能要求也各有差異，因此在設計中首先要確定閥門材料所符合的具體標準。

MSS SP-105規定的承壓部件材料適用標準比較多樣，包括了適用于傳統石油、化工及制藥和常規電廠的工業標準，如ASME B16.34、ASME B31.1和ASME B31.3；同時也包括核電廠的核級材料標準，如ASME BPVC-Ⅲ。此外，該標準對材料的質量保證也提出了要求，規定承壓部件材料應有材料鑒定測試報告，鑒定應包括化學分析和機械特性。對非承壓部件(如閥桿、填料函和填料壓緊螺母)材料的要求相對寬泛，只要與承壓部件材料相容即可。

1.2 設計要求

確定閥門的工作壓力是設計中最為關鍵的環節，不同的標準給出的方法也不相同。MSS SP-105給出了3種方法供選擇，即計算、水壓實驗和爆破實驗。

MSS SP-105提出的方法比較新穎，確保其按所設計的工作壓力滿足實際的工作要求。MSS SP-105提出閥門鑒定要求：按照要求設計的每一種不同尺寸的閥門進行鑒定以確定閥門在環境工況-29～+38℃下的最大允許工作壓力(CWP)等級。如果對任何有少量差異(如端部連接和材料)的閥門都進行鑒定的話，會增加設計成本。因此，相同設計和尺寸但材料不同的閥門的CWP等級，可根據材料的許用應力和不同材料所做的閥門的水壓實驗確定；相同設計和尺寸，但端部連接不同的閥門的CWP等級為閥門等級或端部連接的取小值。

1.3 端部連接

閥門與管道的連接方式有螺紋連接、焊接、法蘭連接及卡套連接等多種。螺紋連接方式中，螺紋的標準繁多；焊接也分對焊和承插焊；法蘭連接的形式也多種多樣。因此，在設計儀表閥的端部時必須確定具體所采用的符合哪種標準要求的連接方式。

MSS SP-105中提出錐形管道螺紋應符合ANSI/ASME B1.20.1、ANSI B1.20.3或ANSI/CGA V-1的要求；連接處承插焊管件直徑、深度尺寸和允許誤差應滿足ASME B16.11的要求；對焊連接端部尺寸應滿足ASME B16.25的要求；

與儀表閥連接的管道除了Pipe管之外，很多工程中也有用到Tube管，MSS SP-105對與Tube的連接形式也做了相關的規定。

此外，MSS SP-105要求與閥體焊接的端部連接部分的焊接評定應滿足ASME Ⅸ的要求。

1.4 鑒定

MSS SP-105不但提出了不同的確定閥門壓力等級的方法，還提出對相關項目進行鑒定的要求，該標準給出兩套閥門鑒定方法：計算和水壓試驗；水壓試驗和爆破試驗。

1.4.1計算

計算包括應力和額定壓力計算。應力計算根據ASME B31.1、ASME B31.3或ASME-Ⅲ進行，應力裕量根據相應標準中最大許用應力表確定，在該計算過程中可以不考慮腐蝕裕量。大量閥門的工作溫度往往不是環境溫度，對于這部分非CWP溫度下的工作壓力可由此溫度下許用應力除以CWP下的許用應力的比率再乘以CWP獲得。

1.4.2水壓試驗

MSS SP-105對閥門水壓試驗的最低要求如下：

介質 水或油

溫度 10～50℃

壓力 2CWP

時間 在試驗壓力下至少持續1min

位置 所有可能使壓力邊界部件承受內部壓力的位置

在驗證試驗階段的任何壓力下，部件、連接和密封處不能有可見泄漏，在驗證試驗階段除了閥桿填料部分可以調整外(防止泄漏)，不允許其他任何承壓連接或密封處進行調整。

1.4.3爆破試驗

對試驗閥門進行水壓試驗直至爆破，記錄發生爆破時的壓力。爆破試驗時允許閥門填料、墊圈和承壓連接處在高于水壓試驗壓力時泄漏。如果在爆破發生前終止壓力試驗，則最高承受壓力為閥門爆破壓力。

根據爆破試驗確定的CWP等級的計算公式為：

P≤0.25BTm/Ta

式中B——3次取樣試驗中最低的爆破試驗壓力；

P——CWP等級；

Ta——試驗閥門的實際抗拉強度；

Tm——材料的最小抗拉強度。

1.4.4類似閥門

在閥門設計、制造中會有很多類似閥門，如相同設計不同尺寸及相同尺寸不同材料等，MSS SP-105對這類閥門的處理給出的建議為：相同設計和尺寸但有較小改動的類似的閥門認為是合格的，如果改動會增加壓力邊界部件的應力水平，則應按照應力的比率來按比例降低等級；如果材料有不同的強度，材料許用應力的比率也應該用來確定新的等級，作為試驗樣本的承壓部件的實際抗拉強度和屈服強度應根據可追蹤材料熱處理證明或提交的從同一批爐中的取樣材料獲得，驗證試驗的根據為ASME-Ⅷ UG-101(J)。

1.5 驗收試驗

每個產品在出廠前都應進行出廠驗收試驗，儀表閥門主要起隔離或連通作用，因此必須進行泄漏試驗和殼體水壓試驗。MSS SP-105本身并未對這部分內容有過多描述，而是直接引用了MSS SP-61《閥門壓力試驗》。

進一步查詢可知，儀表閥門殼體試驗的試驗壓力為1.5CWP，持續時間為15s；泄漏試驗的試驗壓力為1.1CWP，持續時間也為15s。

2 MSS SP-105與ASME B16.34比較

ASME B16.34是目前國際上最為權威的工業閥門標準之一，內容涉及閥門承壓件壓力等級、材料種類、壁厚、連接等的計算、材料制作、材料檢驗及閥門驗收等，為設計人員提供了很好的、全面的規范。該標準與MSS SP-105的具體要求有一定差異。

ASME B16.34主要針對接管直徑大于DN65mm的工藝閥門，而MSS SP-105主要針對的是對接管直徑不大于DN25mm的儀表閥。

兩份標準適用的材料標準都是ASTM和ASME-Ⅱ系列。

ASME B16.34對如何根據溫度、壓力、尺寸及材料等確定閥門壓力等級，以及如何根據尺寸和壓力等級確定閥門壁厚等，都有詳細描述或相應表格供查詢。而MSS SP-105給出了幾種閥門工作壓力的確定方法，其中爆破試驗方式確定閥門工作壓力是其他標準中都不曾提到的方法。相對來說，ASME B16.34使用簡便，可直接通過查表確定部分設計參數；但MSS SP-105在保證閥門設計質量的同時，對閥門壓力等級的確定提供了更多的選擇。

ASME B16.34中的殼體試驗和泄漏試驗要求與MSS SP-105(具體參考MSS SP-61)要求相同。對于閥門口徑不大于DN50mm的閥門殼體試驗的試驗壓力為1.5CWP，持續時間為15s；泄漏試驗的試驗壓力為1.1CWP，持續時間也為15s。

由于ASME B16.34主要適用于與工藝Pipe管連接的閥門，所以該標準對端部連接部分的要求限制在ASME/ANSI法蘭、螺紋和焊接連接的相關標準。而MSS SP-105考慮到儀表閥可能會與Tube連接，因此對端部連接部分要求更為多樣，除了適用ASME/ANSI法蘭、螺紋和焊接連接相關標準外，還適用于其他非標連接方式。

3 結束語

在儀表測量管路中，閥門是保證儀表可靠測量的重要部件，如何根據更為適用的標準設計合適的閥門，直接關系到儀表測量管路的安全運行和儀表測量的精度。儀表閥門尺寸較小，通常是由棒材加工而成，而且所連管道形式更為多樣，如果在設計過程中籠統地采用工藝閥門的設計標準，會造成諸多限制和成本浪費。在儀表閥設計規范要求中，MSS SP-105更靈活，更加適用于儀表閥的設計。因此，建議以MSS SP-105要求為主，ASME B16.34作為設計規范補充。