閥門的壓力-溫度額定值,是在指定溫度下,用表壓表示的最大允許工作壓力。當(dāng)溫度升高時,最大允許工作壓力隨之降低。壓力-溫度額定值數(shù)據(jù)是在不同工作溫度和工作壓力下,正確選用法蘭、閥門及管件的主要依據(jù),也是工程建設(shè)和生產(chǎn)制造中的基本參數(shù)。
許多國家都制訂了閥門、管件,法蘭的壓力-溫度額定值標(biāo)準(zhǔn)。各種材料的壓力-溫度額定值數(shù)據(jù)見相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。
1、中國標(biāo)準(zhǔn)
在我國標(biāo)準(zhǔn)中,鋼制閥門的壓力-溫度額定值按GB/T 9124-2000《鋼制管法蘭 技術(shù)條件》、GB/T 12224-2005《鋼制閥門 一般要求》和JB/T 3595-2002《電站閥門 一般要求》的規(guī)定
(1)GB/T 9124-2000標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定了公稱壓力等級屬于歐洲體系的法蘭的壓力-溫度額定值。給出了PN2.5~PN160法蘭的壓力-溫度額定值。這些數(shù)值僅適用于公稱尺寸為DN1O~DN600的帶頸對焊法蘭、帶頸平焊法蘭、帶頸螺紋法蘭、整體法蘭和法蘭蓋;還規(guī)定了公稱壓力等級屬于美洲體系的法蘭的壓力-溫度額定值,給出了PN20~PN420法蘭的壓力-溫度額定值。
(2)GB/T 12224-2005標(biāo)準(zhǔn) 給出了1.0組~2.5組材料的標(biāo)準(zhǔn)壓力級和特殊壓力級的壓力-溫度額定值。并在該標(biāo)準(zhǔn)附錄B中給出了標(biāo)準(zhǔn)壓力級和特殊壓力級額定值的確定方法。
1)標(biāo)準(zhǔn)壓力級額定值的確定方法。公稱壓力PN50~PN760標(biāo)準(zhǔn)壓力級閥門額定值由下式確定:

式中Pst——指定材料在溫度t時的額定工作壓力(MPa);
Pca——標(biāo)準(zhǔn)壓力級在溫度t時的最高允許壓力(MPa);
PN——公稱壓力(MPa);
S1——指定材料在溫度t時的選用應(yīng)力(MPa)。
公稱壓力PNl6、PN20、PN25、PN40標(biāo)準(zhǔn)壓力級閥門額定值按下式確定:

式中Pr——公稱壓力PN的計算壓力(bar)。
2)特殊壓力級額定值的確定方法。公稱壓力PN50~PN760特殊壓力級閥門額定值按下式確定:

式中pst——指定材料在溫度t時的額定工作壓力(MPa);
Pca——特殊壓力級在溫度t時的最高允許壓力(MPa);
PN——公稱壓力(MPa);
S1——指定材料在溫度t時的選用應(yīng)力(MPa)。
公稱壓力PNl6、PN20、PN25、PN40特殊壓力級閥門額定值按下式確定:

式中Pr——公稱壓力PN的計算壓力(bar)。
(3)JB/T 3595-2002給出了殼體材料為20、25、ZG200-400、ZG230-450、15CrMo、ZG20CrMo、12Cr1MoV、15Cr1MolV、ZG15CrlMolV、1Cr5Mo、ZG1Cr5Mo、1Crl8Ni9Ti、ZG1Crl8Ni9Ti的閥門,其公稱壓力分別為0.1 MPa、0.25 MPa、0.4MPa、0.6MPa、1.0MPa、1.6MPa、2.5MPa、、4.OMPa、6.3MPa、10.OMPa、16.0MPa、20.0MPa、25.OMPa、32.OMPa、42.0MPa、50.0MPa、63.OMPa時的壓力一溫度額定值。也分別給出了殼體材料為WCB、WC1、WC6、WC9的閥門,其壓力級為CL150、CL300、CL600、CL900、CL1500、CL2000、CL2500、CL3500、CL4500的壓力-溫度額定值。同時推薦了殼體承壓件材料的最高使用溫度,見表1。
殼體承壓件使用材料 | 標(biāo)準(zhǔn)號 | 最高使用溫度/℃ | 殼體承壓件使用材料 | 標(biāo)準(zhǔn)號 | 最高使用溫度/℃ |
20、25 | JB/T9626-1999 | 450 | ZG20CrMoV | JB/T9625-1999 | 540 |
ZG200-400、ZG230-450 | JB/T9625-1999 | 450 | ZG15Cr1Mo1V | JB/T9625-1999 | 570 |
WCB | JB/T5263-1991 | 527 | WC9 | JB/T5263-1991 | 593 |
WC1 | JB/T5263-1991 | 470 | 1Cr5Mo | JB/T9626-1999 | 550 |
15CrMo | JB/T9626-1999 | 550 | ZG1CrMo | JB/T9625-1999 | 550 |
ZG20CrMo | JB/T9625-1999 | 510 | 1Cr18Ni9Ti | JB/T9626-1999 | 650 |
WC6 | JB/T5263-1991 | 593 | ZG1Cr18Ni9Ti | GB/T12230-2005 | 650 |
12Cr1MoV、15Cr1Mo1V | JB/T9626-1999 | 570 |
2、美國標(biāo)準(zhǔn)
在美國標(biāo)準(zhǔn)中,鋼制閥門的壓力.溫度額定值按ASME B16.5-2003、ASME B16.34-2004的規(guī)定;鑄鐵閥門的壓力。溫度額定值按ASME B16.1-1998、ASME B16.42-1998的規(guī)定;青銅閥門的壓力-溫度額定值按ASME B16.5-2003和ASME B16.24-2001的規(guī)定。
(1)ASME B16.5-2003標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定了英制單位和米制單位兩種法蘭系列,同時給出了適用于兩種單位制的法蘭壓力-溫度額定值,及確定壓力-溫度額定的方法這些方法與ASME B16.34中規(guī)定的相類似。確定額定值首要考慮的就是零件的尺寸和材料承受壓力和其他負(fù)荷的能力,其次是為保持墊片的密封性能而擰緊螺栓在法蘭上所產(chǎn)生的應(yīng)力和通過管道傳遞的負(fù)荷所造成的法蘭及管件的變形。
CL300或更高壓力級的壓力-溫度額定值的計算式:

式中Pt——指定材料在溫度t時的額定工作壓力(bar)(psi);
Pc——在溫度為t時標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最大壓力(bar)(psi);
Pr——壓力等級額定數(shù)。對于所有等于大于CL300的,Pr等于壓力級數(shù)(如對于CL300,Pr=300);
C1——當(dāng)S1用MPa表示時為10;當(dāng)S1用psi表示時為1;
S1——在溫度為t時,指定材料的選用應(yīng)力值(MPa)(psi)。
第1組材料額定值的確定:
1)當(dāng)溫度低于蠕變范圍時,S1應(yīng)等于或小于:①在38℃時最小規(guī)定屈服強度的60%;②在溫度為t時屈服強度的60%;③在溫度為t時,ASME第Ⅱ卷D篇或第Ⅰ卷、第Ⅷ卷第1冊的材料抗拉強度的25%。
2)在蠕變溫度范圍內(nèi),S1應(yīng)為在溫度為t時的許用應(yīng)力,對于ASME第1卷、第Ⅷ卷第1冊所列材料及ASME第Ⅱ卷D篇所列材料不能超過屈服強度的60%。
3)在任何情況下選定的應(yīng)力值都不會隨溫度的升高而增加。
4)對第1組材料溫度超過370℃考慮為蠕變溫度范圍。
5)當(dāng)ASME規(guī)范所列的許用應(yīng)力出現(xiàn)較大值和較小值時,若較大值超過該溫度下屈服強度的2/3時,選用較小值。若許用應(yīng)力表中沒有出現(xiàn)較小值而許用應(yīng)力超過該溫度下屈服強度的2/3時,則許用應(yīng)力值考慮采用所列出的該溫度下的屈服強度的2/3。
6)對于ASME第Ⅲ卷或第Ⅷ卷第2冊屈服強度應(yīng)按ASME第Ⅱ卷D篇所列。
7)對于第Ⅲ卷的1級和2級設(shè)備,ASME第Ⅱ卷D篇列出的許用應(yīng)力值僅用于第Ⅰ卷和第Ⅲ卷第1冊沒有列出的材料。
第2組及第3組材料額定值的確定:對于第2組和第3組材料等于大于CL300的壓力-溫度額定值按第1組材料的公式確定。但規(guī)定最小屈服強度應(yīng)為20%,對于第2組材料溫度超過510℃時考慮為蠕變溫度范圍。對于第3組材料蠕變范圍起始溫度按各材料確定。
CL150額定值的確定:除下列情況外,CL150額定值的確定方法同CL300。即①公式中額定壓力級數(shù)值Pr在CL150時為115;②在溫度為t時特定材料的選定應(yīng)力S1值要達(dá)到CL300第1組材料的要求;③對于CL150,額定工作壓力Pt值不應(yīng)超過下式給定在溫度t下給出的值。

式中C2——21.41
C3——0.03724;
t——材料溫度(℃);
Pt——指定材料在溫度t時的額定工作壓力(bar),(當(dāng)t以℉為單位,P1以psi為單位時,C2=320、C3=O.3)。
上式中t值不允許超過538℃(1000℉),t值低于38℃(100℉)時,在公式中使用t等于38℃(100℉)。
美國石油學(xué)會,日本石油學(xué)會,法國石油學(xué)會,英國BSl560:3.1的法蘭壓力一溫度額定值,均按照美國ASME B16.5中的壓力-溫度額定值制定。
(2)ASME B16.42-1998《球墨鑄鐵管法蘭及法蘭管件》標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定了CL150和CL300(2.OMPa和5.0MPa)球墨鑄鐵法蘭壓力-溫度額定值,在標(biāo)準(zhǔn)附錄中,又規(guī)定了壓力-溫度額定值的制定方法,其基本原理、應(yīng)力確定、限制條件與ASME B16.5基本一致。
(3)ASME B16.34-2004標(biāo)準(zhǔn) 納入了ASME B16.5-2003中法蘭連接閥門的壓力-溫度額定值數(shù)據(jù)。該標(biāo)準(zhǔn)中,法蘭連接閥門的壓力-溫度額定值的確定基本與ASME B16.5-2003的方法相同,但又給出了特殊壓力級的計算公式:

式中Ps——指定材料在溫度t時特殊壓力級的額定工作壓力(bar)(psi);
Pcb——對于特殊壓力級在本標(biāo)準(zhǔn)中所指定的溫度t時的最大限制壓力(bar)(psi);
Pr——壓力等級額定數(shù)值,對于所有等于大于CL300的,Pr等于壓力級數(shù),如CL300、Pr=300,對于CL150,Pr=155,對于CL150~CL300之間的,需用CL150的Pr=115進(jìn)行插補;
C2——當(dāng)S2用MPa時為10,當(dāng)S2用psi時C2=1;
S2——指定材料在溫度t時的選用應(yīng)力(MPa)。
該標(biāo)準(zhǔn)給出了標(biāo)準(zhǔn)壓力級和特殊壓力級閥門的壓力-溫度額定值數(shù)據(jù),標(biāo)準(zhǔn)中共分為27組,材料有100多種。
3、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織
國際標(biāo)準(zhǔn)ISO7005-1 《金屬法蘭-第1部分:鋼制法蘭》是將美國標(biāo)準(zhǔn)ASME B16.5和歐洲標(biāo)準(zhǔn)ENl092中的法蘭標(biāo)準(zhǔn)合并在一起。因此,壓力-溫度額定值的制訂也分別采用了美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)和EN標(biāo)準(zhǔn)的材料。
ISO 7005-l中公稱壓力系列PN2.5、PN6、PNIO、PNl6、PN25、PN40屬于歐洲法蘭體系;而PN20、PN50、PNI00、PN150、PN250、PN420屬于美國法蘭體系,每一體系的壓力-溫度額定值只適用于各自材料體系的法蘭標(biāo)準(zhǔn)。