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[摘 要]在油田的地面建设、长输管道、海上平台及石化炼化项目施工中，涉及到种类繁多的阀门，根据相关的规范要求，阀门安装前必须进行压力试验和密封性试验，合格后方可安装。法兰阀试压程序相对简单，而对于焊接阀门，试压工艺一直未得到很好的改进，主要是正确的受力分析一直是个难题。
[关键词]油田建设 阀门 受力分析
中图分类号：TE348文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0000-01
0 引言
阀门主要用于控制各种设备及工艺管路上流体介质的运行。阀门的泄漏可造成阀杆冲蚀、密封面磨损及泄漏孔洞的逐渐扩大，使阀门损坏报废。泄漏使介质外泄，引起消耗增大，成本上升，企业的经济效益下降。如果易燃、易爆、有毒和有害介质外泄，则易发生火灾、爆炸和中毒等事故，如果腐蚀介质外泄，会加快厂房和设备的腐蚀速度，使用寿命缩短。外漏的介质污染环境，破坏生产，损害人们的身体健康。泄漏产生的噪声和气味等影响操作人员的工作情绪，使操作事故增多，甚至使生产无法进行，企业的非计划停产事故增多。以往承担的项目中，包含了种类繁多的阀门安装，依据相关规范要求，所有阀门安装之前需进行试压，即进行阀门压力试验和密封试验，试验合格后方可投入使用。 而对于焊接阀门，试压工艺一直未得到很好的改进，目前还处于较为落后的水平。 因此，有必要为施工现场的阀门（特别是大口径，指DN>500mm）设计一套简便、高效、安全系数高的试压系统，来完成焊接端带袖管阀门和不带袖管焊接阀门的压力试验。
1 国内外技术现状及发展趋势
1.1 国内外技术现状
长输管线阀门与管道的连接通常有法兰连接和焊接连接形式（图1）。对于焊接端，有两种情况，一种是不要求焊接袖管的，一种是要求焊接袖管的。近年来，全焊接球阀在长输管线上运用越来越多，为防止阀门在与管道焊接时遭到损坏，免做焊接工艺评定，通常在阀门端部焊接一段袖管。图1 阀门端部结构
对于法兰连接阀门，试验时只需设计一片盲板，与阀门法兰端连接，即可进行压力试验，相对比较简单。对于焊接端带袖管的阀门和不带袖管的阀门，目前一直采取焊接袖管、盲板和封头的形式进行试压，试压周期长，操作复杂，对阀门的袖管也有一定的影响，同时由于阀门的多样性，现场压力试验相对比较麻烦。对于焊接端不带袖管的阀门多采用在现场焊接袖管，再对袖管端部采用焊接法兰或焊接盲板的密封方式进行压力试验。
2.2 技术发展趋势
对于小口径（DN≤500mm）的阀门，阀门的端面密封结构一般采用带有法兰的端面密封结构，容易连接密封结构和试验。因此小口径阀门的压力试验一般采用阀门压力试验装置或阀门压力试验机完成。制造厂和物质供应单位基本都采用此方式进行阀门的压力试验。随着西气东输一线、二线等长输管线的建设，国内对长输管线阀门的需求越来越大。长输管线的输送压力和管路通径逐步增大，为满足高压管线阀门的压力试验需要，一般需要单独研制适用于大口径阀门焊接端及法兰端的压力试验装置。
3 试压技术方案论证
3.1 方案论证
改变以往阀门试压焊接盲板的工艺，研制一种非焊接、快速、安全地将盲板安装到阀门两端上的试压系统，满足阀门试压要求的同时，优化流程设计，使装备形成橇块化，方便整体搬运。在阀门密封和支撑平台设计过程中，我们进行了多次可行性方案论证，具体内容如下表：液压千斤顶结构紧凑，体积小，重量轻，操作方便，适合现场试压预紧。聚四氟乙烯（F-4）适用温度范围广，耐腐蚀性能优异，摩擦系数小，塑性好，具有一定的弹性，在密封面间只需要施加较小的力即能密封，不吸水，不溶胀，广泛应用于各种密封件。O型密封圈结构简单，安装部位紧凑，密封性能好，运动摩擦阻力很小，尺寸和沟槽已标注化，成本低，便于使用和外购。因此，我们采用聚四氟乙烯密封环O型圈密封液压千斤顶预紧的方式。
3.2 试压工作流程
试压平台应包括进、排气阀门、连接安全阀、压力表等，各接合部位应密封良好，系统不得有泄漏。该系统设计水压模块、安全模块、试压模块三部分，试压流程如下图所示：
3.3 总体结构装配图
方便吊装、运输，操作方便，安全可靠，结构简单，满足阀门试压要求的同时，优化流程设计，使装备形成橇块化。该撬块的主要结构为支撑平台、液压千斤顶、试压阀门、密封盘、聚四氟乙烯密封盘、O型密封圈、活动工作台、加强肋板、注水管、拉杆等。结构装配图如下图所示：
4 焊接阀门试压系统的受力分析4.1 焊接阀门试压系统试压原理
阀门在安装使用前必须经过强度和密封等试验，以确保合格的阀门用于生产装置，由此产生了试压问题。因此，研制一种非焊接、快速、安全的高压大中口径焊接阀门试压撬块，改变以往阀门试压焊接盲板的工艺，以此降低劳动强度，提高施工技术水平。该阀门试压系统可分为液压夹紧机构、阀门支撑平台、密封装置等部件组成。阀门支撑平台左、右工作台，活动工作台由四根拉杆贯穿连接固定，液压千斤顶底座固定在阀门支撑平台右侧工作台并与活动工作台连接。当阀门试压时，将试压阀门吊至阀门支撑平台左侧工作台与活动工作台中间，液压千斤顶工作，活动工作台沿着拉杆往前移动，从而加紧阀门。最后将试压介质通过注水管打入阀门，进行试压。随着试压介质压力的提高，相應的增加液压油缸的压力，以达到力平衡。阀门试压密封由聚四氟乙烯、O型密封圈密封。通过O形圈的预紧达到初始密封，然后靠介质的压力压紧O形圈，进行自压密封，介质压力愈高，密封效果愈好。
4.2 阀门支撑平台的技术研究与设计
阀门支撑平台是阀门试压主要受力部件。不仅符合压力设计和安全规范要求，又要满足操作简便、快捷。该阀门支撑平台由底座、左右、活动工作台、加强肋板、拉杆、密封盘等构件组成。左右工作台、活动工作台由四根拉杆贯穿连接固定，两侧有加强筋板，把撬块设计为方形整体结构，受力更加均匀，增强工作台的强度和刚度，从而节约材料用量，减轻重量，降低成本。底座为了吊装、运输方便，起固定的作用。
4.3 试压盲板与阀门夹紧连接装置的技术研究与设计
根据阀门的型号、壁厚、材质，设计出能够安全、快速夹紧阀门的连接装置，并且能对各种国标焊接阀门进行试压。该装置采用液压千斤顶夹紧。液压千斤顶安装在右侧工作台与活动工作台中间，底座固定在右侧工作台，头部与活动工作台连接。液压千斤顶结构紧凑，体积小，重量轻，操作方便，适合现场试压预紧。液压夹紧机构如下图所示：
结束语
通过对阀门试压撬块正确的受力分析，可以为阀门撬块试压的成功，提供可靠的理论依据。此方案比较科学，不仅提高了阀门试压数据的准确率，而且使试压速度加快，从而极大缩短焊接阀门试压周期，提高阀门试压施工效率，降低了施工成本。因此，采用此法案的受力分析一种非常合理的技术方案。
参考文献
[1] 陆培文，调节阀实用技术[M].北京：机械工业出版社，2006.
[关键词]油田建设 阀门 受力分析
中图分类号：TE348文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0000-01
0 引言
阀门主要用于控制各种设备及工艺管路上流体介质的运行。阀门的泄漏可造成阀杆冲蚀、密封面磨损及泄漏孔洞的逐渐扩大，使阀门损坏报废。泄漏使介质外泄，引起消耗增大，成本上升，企业的经济效益下降。如果易燃、易爆、有毒和有害介质外泄，则易发生火灾、爆炸和中毒等事故，如果腐蚀介质外泄，会加快厂房和设备的腐蚀速度，使用寿命缩短。外漏的介质污染环境，破坏生产，损害人们的身体健康。泄漏产生的噪声和气味等影响操作人员的工作情绪，使操作事故增多，甚至使生产无法进行，企业的非计划停产事故增多。以往承担的项目中，包含了种类繁多的阀门安装，依据相关规范要求，所有阀门安装之前需进行试压，即进行阀门压力试验和密封试验，试验合格后方可投入使用。 而对于焊接阀门，试压工艺一直未得到很好的改进，目前还处于较为落后的水平。 因此，有必要为施工现场的阀门（特别是大口径，指DN>500mm）设计一套简便、高效、安全系数高的试压系统，来完成焊接端带袖管阀门和不带袖管焊接阀门的压力试验。
1 国内外技术现状及发展趋势
1.1 国内外技术现状
长输管线阀门与管道的连接通常有法兰连接和焊接连接形式（图1）。对于焊接端，有两种情况，一种是不要求焊接袖管的，一种是要求焊接袖管的。近年来，全焊接球阀在长输管线上运用越来越多，为防止阀门在与管道焊接时遭到损坏，免做焊接工艺评定，通常在阀门端部焊接一段袖管。图1 阀门端部结构
对于法兰连接阀门，试验时只需设计一片盲板，与阀门法兰端连接，即可进行压力试验，相对比较简单。对于焊接端带袖管的阀门和不带袖管的阀门，目前一直采取焊接袖管、盲板和封头的形式进行试压，试压周期长，操作复杂，对阀门的袖管也有一定的影响，同时由于阀门的多样性，现场压力试验相对比较麻烦。对于焊接端不带袖管的阀门多采用在现场焊接袖管，再对袖管端部采用焊接法兰或焊接盲板的密封方式进行压力试验。
2.2 技术发展趋势
对于小口径（DN≤500mm）的阀门，阀门的端面密封结构一般采用带有法兰的端面密封结构，容易连接密封结构和试验。因此小口径阀门的压力试验一般采用阀门压力试验装置或阀门压力试验机完成。制造厂和物质供应单位基本都采用此方式进行阀门的压力试验。随着西气东输一线、二线等长输管线的建设，国内对长输管线阀门的需求越来越大。长输管线的输送压力和管路通径逐步增大，为满足高压管线阀门的压力试验需要，一般需要单独研制适用于大口径阀门焊接端及法兰端的压力试验装置。
3 试压技术方案论证
3.1 方案论证
改变以往阀门试压焊接盲板的工艺，研制一种非焊接、快速、安全地将盲板安装到阀门两端上的试压系统，满足阀门试压要求的同时，优化流程设计，使装备形成橇块化，方便整体搬运。在阀门密封和支撑平台设计过程中，我们进行了多次可行性方案论证，具体内容如下表：液压千斤顶结构紧凑，体积小，重量轻，操作方便，适合现场试压预紧。聚四氟乙烯（F-4）适用温度范围广，耐腐蚀性能优异，摩擦系数小，塑性好，具有一定的弹性，在密封面间只需要施加较小的力即能密封，不吸水，不溶胀，广泛应用于各种密封件。O型密封圈结构简单，安装部位紧凑，密封性能好，运动摩擦阻力很小，尺寸和沟槽已标注化，成本低，便于使用和外购。因此，我们采用聚四氟乙烯密封环O型圈密封液压千斤顶预紧的方式。
3.2 试压工作流程
试压平台应包括进、排气阀门、连接安全阀、压力表等，各接合部位应密封良好，系统不得有泄漏。该系统设计水压模块、安全模块、试压模块三部分，试压流程如下图所示：
3.3 总体结构装配图
方便吊装、运输，操作方便，安全可靠，结构简单，满足阀门试压要求的同时，优化流程设计，使装备形成橇块化。该撬块的主要结构为支撑平台、液压千斤顶、试压阀门、密封盘、聚四氟乙烯密封盘、O型密封圈、活动工作台、加强肋板、注水管、拉杆等。结构装配图如下图所示：
4 焊接阀门试压系统的受力分析4.1 焊接阀门试压系统试压原理
阀门在安装使用前必须经过强度和密封等试验，以确保合格的阀门用于生产装置，由此产生了试压问题。因此，研制一种非焊接、快速、安全的高压大中口径焊接阀门试压撬块，改变以往阀门试压焊接盲板的工艺，以此降低劳动强度，提高施工技术水平。该阀门试压系统可分为液压夹紧机构、阀门支撑平台、密封装置等部件组成。阀门支撑平台左、右工作台，活动工作台由四根拉杆贯穿连接固定，液压千斤顶底座固定在阀门支撑平台右侧工作台并与活动工作台连接。当阀门试压时，将试压阀门吊至阀门支撑平台左侧工作台与活动工作台中间，液压千斤顶工作，活动工作台沿着拉杆往前移动，从而加紧阀门。最后将试压介质通过注水管打入阀门，进行试压。随着试压介质压力的提高，相應的增加液压油缸的压力，以达到力平衡。阀门试压密封由聚四氟乙烯、O型密封圈密封。通过O形圈的预紧达到初始密封，然后靠介质的压力压紧O形圈，进行自压密封，介质压力愈高，密封效果愈好。
4.2 阀门支撑平台的技术研究与设计
阀门支撑平台是阀门试压主要受力部件。不仅符合压力设计和安全规范要求，又要满足操作简便、快捷。该阀门支撑平台由底座、左右、活动工作台、加强肋板、拉杆、密封盘等构件组成。左右工作台、活动工作台由四根拉杆贯穿连接固定，两侧有加强筋板，把撬块设计为方形整体结构，受力更加均匀，增强工作台的强度和刚度，从而节约材料用量，减轻重量，降低成本。底座为了吊装、运输方便，起固定的作用。
4.3 试压盲板与阀门夹紧连接装置的技术研究与设计
根据阀门的型号、壁厚、材质，设计出能够安全、快速夹紧阀门的连接装置，并且能对各种国标焊接阀门进行试压。该装置采用液压千斤顶夹紧。液压千斤顶安装在右侧工作台与活动工作台中间，底座固定在右侧工作台，头部与活动工作台连接。液压千斤顶结构紧凑，体积小，重量轻，操作方便，适合现场试压预紧。液压夹紧机构如下图所示：
结束语
通过对阀门试压撬块正确的受力分析，可以为阀门撬块试压的成功，提供可靠的理论依据。此方案比较科学，不仅提高了阀门试压数据的准确率，而且使试压速度加快，从而极大缩短焊接阀门试压周期，提高阀门试压施工效率，降低了施工成本。因此，采用此法案的受力分析一种非常合理的技术方案。
参考文献
[1] 陆培文，调节阀实用技术[M].北京：机械工业出版社，2006.