閥門的压力-温度额定值,是在指定溫度下,用表壓表示的最大允許工作壓力。當溫度升高時,最大允許工作壓力隨之降低。壓力-溫度額定值數據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,也是工程建設和生産制造中的基本參數。
许多国家都制订了閥門、管件,法兰的压力-温度额定值標准。各种材料的压力-温度额定值数据见相应的標准。
1、中国標准
在我国標准中,钢制閥門的压力-温度额定值按GB/T 9124-2000《钢制管法兰 技术条件》、GB/T 12224-2005《钢制閥門 一般要求》和JB/T 3595-2002《电站閥門 一般要求》的规定
(1)GB/T 9124-2000標准 规定了公称压力等级属于欧洲体系的法兰的压力-温度额定值。给出了PN2.5~PN160法兰的压力-温度额定值。这些数值仅适用于公称尺寸为DN1O~DN600的带颈对焊法兰、带颈平焊法兰、带颈螺纹法兰、整体法兰和法兰盖;还规定了公称压力等级属于美洲体系的法兰的压力-温度额定值,给出了PN20~PN420法兰的压力-温度额定值。
(2)GB/T 12224-2005標准 给出了1.0组~2.5组材料的標准压力级和特殊压力级的压力-温度额定值。并在该標准附录B中给出了標准压力级和特殊压力级额定值的确定方法。
1)標准压力级额定值的确定方法。公称压力PN50~PN760標准压力级閥門额定值由下式确定:

式中Pst——指定材料在溫度t時的額定工作壓力(MPa);
Pca——標准压力级在温度t时的最高允许压力(MPa);
PN——公稱壓力(MPa);
S1——指定材料在溫度t時的選用應力(MPa)。
公称压力PNl6、PN20、PN25、PN40標准压力级閥門额定值按下式确定:

式中Pr——公稱壓力PN的計算壓力(bar)。
2)特殊压力级额定值的确定方法。公称压力PN50~PN760特殊压力级閥門额定值按下式确定:

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時的選用應力(MPa)。
公称压力PNl6、PN20、PN25、PN40特殊压力级閥門额定值按下式确定:

式中Pr——公稱壓力PN的計算壓力(bar)。
(3)JB/T 3595-2002给出了壳体材料为20、25、ZG200-400、ZG230-450、15CrMo、ZG20CrMo、12Cr1MoV、15Cr1MolV、ZG15CrlMolV、1Cr5Mo、ZG1Cr5Mo、1Crl8Ni9Ti、ZG1Crl8Ni9Ti的閥門,其公称压力分别为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时的压力一温度额定值。也分别给出了壳体材料为WCB、WC1、WC6、WC9的閥門,其压力级为CL150、CL300、CL600、CL900、CL1500、CL2000、CL2500、CL3500、CL4500的压力-温度额定值。同时推荐了壳体承压件材料的最高使用温度,见表1。
殼體承壓件使用材料 | 標准号 | 最高使用溫度/℃ | 殼體承壓件使用材料 | 標准号 | 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、美国標准
在美国標准中,钢制閥門的压力.温度额定值按ASME B16.5-2003、ASME B16.34-2004的规定;铸铁閥門的压力。温度额定值按ASME B16.1-1998、ASME B16.42-1998的规定;青铜閥門的压力-温度额定值按ASME B16.5-2003和ASME B16.24-2001的规定。
(1)ASME B16.5-2003標准 规定了英制单位和米制单位两种法兰系列,同时给出了适用于两种单位制的法兰压力-温度额定值,及确定压力-温度额定的方法这些方法与ASME B16.34中规定的相类似。确定额定值首要考虑的就是零件的尺寸和材料承受压力和其他负荷的能力,其次是为保持垫片的密封性能而拧紧螺栓在法兰上所产生的应力和通过管道传递的负荷所造成的法兰及管件的变形。
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——在温度为t时標准中规定的最大压力(bar)(psi);
Pr——壓力等級額定數。對于所有等于大于CL300的,Pr等于壓力級數(如對于CL300,Pr=300);
C1——當S1用MPa表示時爲10;當S1用psi表示時爲1;
S1——在溫度爲t時,指定材料的選用應力值(MPa)(psi)。
第1組材料額定值的確定:
1)當溫度低于蠕變範圍時,S1應等于或小于:①在38℃時最小規定屈服強度的60%;②在溫度爲t時屈服強度的60%;③在溫度爲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)在蠕變溫度範圍內,S1應爲在溫度爲t時的許用應力,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℃考慮爲蠕變溫度範圍。
5)當ASME規範所列的許用應力出現較大值和較小值時,若較大值超過該溫度下屈服強度的2/3時,選用較小值。若許用應力表中沒有出現較小值而許用應力超過該溫度下屈服強度的2/3時,則許用應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冊屈服強度應按ASME第Ⅱ卷D篇所列。
7)對于第Ⅲ卷的1級和2級設備,ASME第Ⅱ卷D篇列出的許用應力值僅用于第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。但規定最小屈服強度應爲20%,對于第2組材料溫度超過510℃時考慮爲蠕變溫度範圍。對于第3組材料蠕變範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值Pr在CL150時爲115;②在溫度爲t時特定材料的選定應力S1值要達到CL300第1組材料的要求;③對于CL150,額定工作壓力Pt值不應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t以℉爲單位,P1以psi爲單位時,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℉)。
美国石油学会,日本石油学会,法国石油学会,英国BSl560:3.1的法兰压力一温度额定值,均按照美国ASME B16.5中的压力-温度额定值制定。
(2)ASME B16.42-1998《球墨铸铁管法兰及法兰管件》標准 规定了CL150和CL300(2.OMPa和5.0MPa)球墨铸铁法兰压力-温度额定值,在標准附录中,又规定了压力-温度额定值的制定方法,其基本原理、应力确定、限制条件与ASME B16.5基本一致。
(3)ASME B16.34-2004標准 纳入了ASME B16.5-2003中法兰连接閥門的压力-温度额定值数据。该標准中,法兰连接閥門的压力-温度额定值的确定基本与ASME B16.5-2003的方法相同,但又给出了特殊压力级的计算公式:

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——对于特殊压力级在本標准中所指定的温度t时的最大限制压力(bar)(psi);
Pr——壓力等級額定數值,對于所有等于大于CL300的,Pr等于壓力級數,如CL300、Pr=300,對于CL150,Pr=155,對于CL150~CL300之間的,需用CL150的Pr=115進行插補;
C2——當S2用MPa時爲10,當S2用psi時C2=1;
S2——指定材料在溫度t時的選用應力(MPa)。
该標准给出了標准压力级和特殊压力级閥門的压力-温度额定值数据,標准中共分为27组,材料有100多种。
3、国际標准化组织
国际標准ISO7005-1 《金属法兰-第1部分:钢制法兰》是将美国標准ASME B16.5和欧洲標准ENl092中的法兰標准合并在一起。因此,压力-温度额定值的制订也分别采用了美国ASTM標准和EN標准的材料。
ISO 7005-l中公称压力系列PN2.5、PN6、PNIO、PNl6、PN25、PN40属于欧洲法兰体系;而PN20、PN50、PNI00、PN150、PN250、PN420属于美国法兰体系,每一体系的压力-温度额定值只适用于各自材料体系的法兰標准。