一、概述
       从1914年第一条9公里长的输油管线在美国中部建成后，从此就拉开管道工业发展的序幕，用管线输送液体或气体在近年来获得了迅速的发展，长输管线（长距离输送管道）上使用的阀门被称为管线阀门，管线阀门（球阀、闸阀、止回阀和旋塞阀等）是一种满足管道运输的特殊要求并具备特殊功能的专用阀门，这种球阀全通径、低流阻，作为长输管线用阀已得到快速的发展。长输管线是全球性，是一条能源供应线，是一条生命线，已遍布全球，并且每年仍以3万公里的速度递增。从北极圈到赤道，从高山到海底、从高原到沙漠，其间穿过地震带、沼泽地、冻土层、江河、湖泊、山坡，有架设的，有直埋地下，在野外操作，维修困难，要求30年使用寿命。
       西气东输一线、二线工程干线已建成投产，西三线正在加速建设，西四线已经开始设计规划，阀门最大通径尺寸为NPS56″，压力等级为CIass900。
二、球阀的功能设计要求
       根据标准及相关采购技术规格要求超大口径全焊接管线球阀的设计、制造、材料、测试、检验、运输及验收等方面提出了最低的技术要求，而阀门实际使用的环境恶劣，影响阀门性能的因素很多，对阀门长期使用的密封要求为零泄漏，应超标准要求下进行阀门的设计及试验。
1、设计方法
       球阀如采用ASME VⅢ（第一部分）规则方法、实验方法进行设计，需提供有资质的第三方的设计认证报告；如采用ASME VⅢ（第二部分）有限元方法设计，需提交有限元计算报告。
2、强度和韧性
       阀门除了承受内部介质压力之外，还需承受地质灾害的滑坡、地面沉降、洪水而引起的餐部载荷，各种环境温度变化引起的轴向拉力和压力、寒带及冰冻地区需考虑材料冲击韧性，防止低温性断裂。
3、性能要求
       球阀应能满足连续运行30年以上，且相关性能可长期满足工况要求。
4、焊接要求
       所有的焊缝均按照ASME第IS卷要求进行焊接工艺评定，并增加硬度试验、金相、腐蚀试验（SSC HIC），主焊缝应进行-46°焊后免热处理的CTOD安全评估。
       阀体主焊缝应采用射线+磁粉或多通道超声波+磁粉探伤方式，角焊缝采用磁粉探伤，袖管与阀体焊缝采用射线探伤，焊缝坡口表面均应进行渗透探伤、探伤比例均为100%。检测标准执行ASME第V卷要求，并提交相应的检测报告，以验证焊缝质量合格。
5、密封要求
       下游端管线的有效截断，应考虑介质中金属颗粒对密封性的影响，当密封失效时采取紧急密封措施，保证阀门长期处于零级密封。
6、防失火安全和防静电功能
       球阀均应设计为防火安全型，考虑一旦失火，阀门的外漏和内漏要求满足API6FA/API607的泄漏标准。
       应根据ISO07292做防静电设计，球体被非金属材料夹持时可能产生的静电导出体外，保证在24V DC下，电阻能＜10欧姆。
7、DBB功能
       球阀应为双截断-泄放（DBB）功能，在阀座排泄时，上游端阀座和下游阀座应同时自动切断，以确保排放时的安全。
8、DIB-1双隔断和泄放
       根据介质特点要求，阀座设计除满足DBB功能外，还应为双隔断和泄放阀座(DBB-1双向双密封阀座)，每一侧都能承受全压差。
9、阀腔压力自动泄放
       无论阀门处于开启或关闭位置，均应防止介质在阀腔中被夹持，如果介质可能夹持，则对于气体介质或液体介质均要确保自动泄放阀腔内的压力，阀腔压力泄放的最大值不超过阀压力额定值的1。33倍。
10、排泄
       阀腔应有排放功能，以便介质排放，并要通过排放孔对阀门进行在线密封检测。
11、位置指示
       无论手动或动力驱动，阀门的开度指示除执行机构有明显的开度指示外，阀杆部位还应设计有阀门处于开启位置或关闭位置的机械限位及指示标识。
12、传动链
       传动链的设计扭矩至少应为球阀最大扭矩的2倍。
13、硫化工况
       承压部件及螺栓材料应具有抗应力裂化的能力，符合NACE，MRO175要求。
14、紧急切断
       长距离管道输送系统采用卫星监控系统，当管线压降速度率或持续时间达到某一设定值，阀门应紧急切断。
15、考虑地下水的电位腐蚀和应力腐蚀
       采用全焊接阀体结构，管道阴极接地和外表面防腐，来阻止电位腐蚀和应力腐蚀。
16、埋地加长杆
       应考虑到埋地式球阀运输、安装和操作过程中加长杆外套可能承受的弯曲/扭曲/剪切等应力，并采取相应的措施保护延长杆。对操作机构和阀杆加长组件应有保护措施，以防止由于阀杆或压盖的泄漏而造成机构内部蓄压。
三、标准引用
       球阀应满足或高于规范和标准的最新版本的要求。如果几种规范和标准的相关要求适用于同一情况，则应遵循相关要求最为严格的条款。
       API 6D 管线阀门
       API 6FA 阀门耐火试验规范
       API 607 转1/4周软阀座阀门的耐火试验
       ASME B1。20。1 管螺纹ASME B16。25对焊接头
       ASME B16。34 法兰、螺纹和焊接端球阀
       ASME B31。8 输气及配气管线系统
       ASME 第V卷 无损检验
       ASME 第VⅢ卷 压力容器建造规则
       ASME 第IX卷 焊接和纤焊评定
       SSPS SP10 金属表面处理
       ISO 5208 工业用阀门—阀门的压力试验
       ISO 17292 石油、石油化工和相关工业用金属球阀
       NACE MR0175 防硫化氢应力裂纹的油田设备金属材料
四、设计制造
1、阀体结构
       全焊接阀体设计有筒状结构和球状结构，筒状结构是双焊缝，焊接过程热量输入大，残余应力复杂，轴向和径向变形大。阀体重量重，运输困难，成本高，市场竞争没有优势。
       球状结构一般采用是四条焊缝或一条焊缝焊接而成，为上下阀杆支撑结构或枢轴支撑式结构两种。由于热锻压工艺技术的进步，阀体可采用两个球状组合焊缝而成，即阀体中间单焊缝焊接，焊接输入线能量小，降低了轴向和径向变形。阀体重量轻（比筒状结构轻3/1），起吊方便，成本低，市场竞争有明显优势。
2、球体与支撑
       球体为实心球，球体的加工采用高精度镜面磨削专机加工，保证球体的圆度、同轴度、重心度的设计要求，控制圆度大小0。02㎜，粗糙度Ra0。2～0。10ūm。
       检测采用设备自带雷电尼绍电子探头（测量精度为0。001㎜）对球体一次性检查完成，有效保证了检测数据与三维坐标仪测量结果的一致性。
       球体支撑有两种方式：一种是上/下阀杆支撑式，即设计是球体车削成内孔，上下由二个支承轴支承在阀体上，支承轴承长度L与轴d之比一般考虑L/d=1。2～2；另一种是枢轴式支撑，即是要球体上车削上/下轴颈，并用二个上/下支撑板支承，由于结构的限制，支承轴长度L与轴颈d之比一般考虑L/d=0。4～0。8为宜，这两种结构，前者的上支承轴，同时又是传动扭矩的阀杆，所以是处于复合的受力状态，支承轴（阀杆）的设计要求较高；后者结构轴颈粗而短，所以球阀的阻力矩较大。
       滑动轴的比压必须进行计算，其许用比压不能超过供货商提供的滑动轴套许用比压。轴承可采用不锈钢作为基体，内衬PTFE塑料，这种轴承套承载比压可达200～400MPa，许用比压值为100～200MPa，且摩擦系数低。可降低球阀的操作扭矩。
3、阀座密封
       阀座采用组合密封结构，即金属对金属的初始主密封，以阻挡固体颗粒的进入；采用橡胶、PTFE、NYLOPEEK等非金属材料作为次级密封，以保证“零” 级泄漏。
       密封用的橡胶圈有圆形，三角形或其他特殊形状，每个公司都有自己的设计结构和工艺保证措施，主要是应考虑球体在开关过程中橡胶密封圈不被吹出或切坏。按压力级情况，还应考虑密封圈密封的支撑问题，防止金属与金属接触，启闭卡阻现象。对于CIass900以上的工况，应选用防爆降压（AED）特性的材料作密封圈材料。
       PTFE、NYLION、PEEK的密封圈，一般采用筒状镶嵌式结构，应考虑做成倒状组合式结构，保证密封圈不被吹出而导致密封失效。
4、阀座功能结构
          阀座设计应实现阀门处于开启或关闭状态时，上游端阀座和下游端阀座同时自动切断来自两端的介质（DBB功能），进行阀座密封性能测试，而不影响管线运行。
          阀座应为双隔断和泄放阀座（DIB-1双向双密封阀座），每一侧都能承受全压差每一侧都能承受15MPa（CIsss900）的全压差，阀腔设置外部泄放阀，泄放压力不超过阀压力额定值的1。33倍。
5、紧急密封注入
        阀座和阀杆应有密封脂注入口，紧急密封系统由注脂阀和止回阀组成，分别安装在阀体上阀座处的外侧和阀杆填料处外侧，保证可以在线更换注脂阀。并且要确保注脂通道的畅通，每种结构都应进行密封脂注入试验。
       紧急密封系统可以用来阻止或减少管线中阀门密封座的泄漏，密封剂注射前要进行清洁和冲洗，有专门生产的清洁剂和密封脂，用手动或电动的工具将清洗剂或密封脂从注射器口注入，并按供货商所提供的使用说明进行清洁和紧急密封操作。
6、阀杆防吹出
       阀杆要求采用防飞出设计。阀门应装配可以供操作人员方便观察阀球开关位置的装置，以保证安装执行机构出现故障时，对阀位重新定位。