阀门国际标准比较及选用浅析

导读 
      介绍了国际主要阀门标准制定机构(API、ISO、ASME和ANSI)的历史与现状, 探讨了阀门标准的发展, 并对国际标准的选择进行了初步的对比与分析。
1、概述
      阀门产品广泛应用于石油、化工、核电、冶金、电力、水力和大型煤化工等行业, 阀门产品总量的不断增加, 阀门技术的不断发展, 阀门应用领域的不断拓宽, 与之对应的阀门标准越来越彰显出其重要性。各国标准化机构在阀门的生产制造过程中都制定了相关的标准, 目前应用较多的标准有 BS(英国 )、DIN(德国 )、JIS(日本 ) 和 ISO(国际标准化组织 )等。尽管美国标准机构一直在努力将美国标准与其他国家标准合作出版以满足国际化的要求, 但几乎没有任何一个标准能够完好的跨越国界。选用标准时, 如传统的美国标准和 ISO阀门标准之间就存在着或多或少的冲突。本文通过介绍美国主要的阀门标准机构, 分析其冲突产生的原因。
2、美国阀门标准
      美国阀门标准可追溯到1915年。最初阀门制造参照的标准是1915年 ASME出版的“锅炉和压力容器规范”。虽然该标准没有对设计要求做出详细的规定,但涉及到了安全排放阀。1924年MSS的建立开始了多项阀门相关标准的制定。该机构的第一个标准是1925年出版的散热器阀门标准。事实上,MSS在1920年至二次世界大战期间制定了很多阀门相关标准。
      1939年,美国标准协会(ASA)出版了第一部标准B16e,后来该标准变形为ASME B16.34, 法兰端、螺纹端和焊接端阀门标准。1949年, API出版了API 600(第一版)精炼厂用阀门标准。尽管该标准的题目已经改为石油和天然气工业用栓接阀盖钢制闸阀, 但该标准至今已经修订多次并依然被广泛使用。
      自1940年以来, 美国阀门标准化工作随着几家主要标准制定机构制订的和其他阀门相关标准机构(美国仪器学会(ISA) 和美国水务学会(AWWA) )制订出版的几十部标准之后, 进入了兴盛时期。
      但是1990年以后, 远东地区巨大新兴市场的出现, 全球新的制造厂的兴起, 导致了对于阀门标准更加国际化要求的呼声, 这种呼声主要指的是ISO制定的标准。
3、主要阀门标准机构
3.1、美国石油学会 
      美国石油学会(API- American Petroleum Instr tute)建于1919年, 是美国第一家国家级的商业协会。API的一项重要任务, 就是负责石油和天然气工业用设备的标准化工作, 以确保该工业界所用设备的安全、可靠和互换性。由于API在美国国内及国外都享有很高的声望, 它所制定的石油化工和采油机械技术标准被许多国家采用, 它是美国商业部和美国贸易委员会承认的石油机械认证机构。目前, 在包括勘探和生产、运输、精炼及市场营销等各个方面拥有来自全世界的会员。今天, API已发展成为不仅在美国, 而且越来越多地成为世界石油工业活动的有机组成部分。
      API出版物共分十几大类, 包括57个规范、550个标准、上千种推荐规则和法令等。其规范标准主要为石油设备设计及制造、石油设备使用及维护、钻井及采油作业等。
3.2、国际标准化组织 
      国际标准化组织(ISO-International Organiza-tion for Standardization) 是一个全球性的非政府组织, 是国际标准化领域中一个十分重要的组织。国际标准化活动最早开始于电子领域, 于1906年成立了世界上最早的国际标准化机构——国际电工委员会(EC)。其他技术领域的工作原先由成立于1926年的国家标准化协会的国际联盟(ISA-Internation-al Federation of the National Standardizing Associa tions)承担, 重点在于机械工程方面。ISA的工作由于二次大战在1942年终止。1946年, 来自25个国家的代表在伦敦召开会议, 决定成立一个新的国际组织, 其目的是促进国际间的合作和工业标准的统一。于是, ISO这一新组织于1947年2月23日正式成立, 总部设在瑞士的日内瓦。ISO于1951年发布了第一个标准——工业长度测量用标准参考温度。
      如今ISO由91个成员国和173个学术委员会组成。其成员由来自世界上117个国家和地区的国家标准化团体组成。ISO和IEC作为一个整体担负着制订全球协商一致的国际标准的任务。ISO和IEC有约1000个专业技术委员会和分委员会, 还有约3000个工作组。各会员国以国家为单位参加这些技术委员会和分委员会的活动。ISO和IEC每年制修订约1000个国际标准。
3.3、美国国家标准 
      美国国家标准学会(ANSI- American National Standards Institute)成立于1918年。当时, 美国的许多企业和专业技术团体, 已开始了标准化工作, 但因彼此间没有协调, 存在不少矛盾和问题。为了进一步提高效率, 数百个科技学会、协会组织和团体, 均认为有必要成立一个专门的标准化机构, 并制订统一的通用标准。1918年, 美国材料试验协会(ASTM )、与美国机械工程师协会(ASME)、美国矿业与冶金工程师协会(ASMME)、美国土木工程师协会(ASCE)和美国电气工程师协会(AIEE)等组织,共同成立了美国工程标准委员会(AESC)。美国政府的商务部、陆军部和海军部也参与了该委员会的筹备工作。1928年, 美国工程标准委员会改组为美国标准协会(ASA)。为致力于国际标准化事业和消费品方面的标准化, 于1966年8月, 又改组为美利坚合众国标准学会(USASI)。1969年10月6日改成美国国家标准学会(ANSI)。
3.4、美国机械工程师协会 
      美国机械工程师协会(ASME- Am erican Society ofMechanical Engineers) 成立于1880年, 在世界各地建有分部, 是一个有很大权威和影响的国际性学术组织。ASME主要从事发展机械工程及其有关领域的科学技术, 鼓励基础研究, 促进学术交流, 发展与其他工程学会和协会的合作, 开展标准化活动, 制定机械规范和标准。
3.5、美国材料与试验协会 
      美国材料与试验协会(ASTM-American Society for Testing and Materials)成立于1898年。ASTM 前身是国际材料试验协会(IATM-International Association for Testing Materials)。19世纪80年代, 为解决采购商与供货商在购销工业材料过程中产生的意见和分歧, 有人提出建立技术委员会制度, 讨论解决有关材料规范、试验程序等方面的争议问题。IATM首次会议于1882年在欧洲召开, 会上组成了工作委员会。当时, 主要是研究解决钢铁和其他材料的试验方法问题。1902年在国际材料试验协会分会第五届年会上, 宣告美国分会正式独立, 取名为美国材料试验学会(American Society for Testing Materials)。随着其业务范围的不断扩大和发展,学会的工作中心不仅仅是研究和制定材料规范和试验方法标准, 还包括各种材料、产品、系统、服务项目的特点和性能及试验方法和程序等标准。1961年该组织将其名称改为延用至今的美国材料与试验协会。
4、标准制定的非等同性 
      人们会认为, 似乎所有的标准都是以相同方式制定。但事实并非如此。
      API阀门标准是由一组终端用户、制造商、工程师 /合同商和政府机构代表共同制定的。标准内容在分组委员会和委员会会议上进行讨论。其他对此相关的各个小组对此内容进行投票。这一程序的结果是, 十几位精炼厂代表, 20位制造商和 /或少数工程师 /合同商可以决定该标准的内容。
      ISO标准制定过程中也有委员会和分委员会,但一个重大的区别在于每个国家仅持有一份投票权。这一体制造成了普通制造厂与终端用户之间矛盾的复杂性。也导致各个制造公司所持意见得以发表的难度。
      在20世纪90年代, API开始允许主要的阀门标准由 ISO联名出版, 希望国际参加投票者会同意接受不做改动的API标准。但是, 在许多情况下, 最终联名的标准被做出根本性的改变, 以至于 API精炼委员会制定这些基本标准的成员们无法认可。结果在联名标准的末尾增加了累赘的附录以满足美国API成员和该标准使用者的要求。由于ISO的更新周期与API 5年换版周期的不匹配, 又会发生其他问题。这样对 API标准很难提供及时的技术更新。
      在API内部,制定和保留许多用于精炼和石化工业的主要阀门标准的管道和阀门分委员会(SCOPV), 负责保留了12个标准, 其中有3个标准是联名的。2009年初, API 600, API 602, 和 API 607标准中, 仅 API 607《软阀座密封的 1/4转阀门的防火试验》与 ISO版本一致。依照近期的 API管道和阀门分委员会声明, 当前 API政策允许验收 ISO标准, 仅当其满足 API修订版本的要求并无 ISO标准要求的技术变更时, 才可以接受 ISO标准。这样, 全体 API管道阀门分委员会才会对联名标准投票。
      当API特别工作组确定预期的联名标准将要求进行大量技术更改时,该标准将不进行联名出版。然而,更改将提交给相关的ISO工作组做将来更改的考虑。希望将这些更改成功的合并到今后的 ISO标准修订本中, 会允许在下一个 API标准更新周期再重新考虑联名出版。
      不同标准制定机构制定完全相同的阀门标准的现存体制在近期是不可能结束的。事实上, 2个先期联名出版的 API 600和 API 602正在修订中, 将不会联名出版。对于阀门工业来说, 这就意味着各个公司必须灵活并准备采用所规定的标准。这意味着同一产品有着二种不同的设计标准。、在阀门进口端的问题上, ISO已与API 6D管道阀门标准联名出版, 称为ISO 14313。这是一个被选用的实际上无更改或大量附录的一部美国阀门标准。
      在防腐蚀方面, ISO已经与 NACE(美国腐蚀工程师学会 )MR01- 75联名。NACE和 ISO共同销售新版的扩展大量内容的 ISO 15156《石油和天然气工业-在石油和天然气生产中, 用于含有H2S环境的材料》。但是这个标准很繁琐, 不便于用户的使用, 因为该标准有 8个勘误表。目前, 当阀门用于规定的H2S工况时, MR0175常被使用。
      有些国际阀门标准已成功的跨越国界。例如,英国标准学会(BSI)的BS 6364《阀门低温试验》已经成为低温试验的主要标准。尽管其他标准制定机构已经制定了低温试验标准, 英国标准依然是目前最常采用的标准。
      也许在美国阀门技术规范中最清晰可见的国际性影响是几乎全球性趋向采用米制测定单位。在大多数情况下, 英制单位仍被列出。但次于米制单位。
      有时英制单位出版在正文的附录或正文后面。这种处理的目的是要帮助制造业施行公制度量衡制度。

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5、试验标准
       阀门标准中显现重要性的领域就是压力试验用标准。目前API 598《阀门检验和试验》, 是该领域中广泛使用的标准。然而, ISO 5208《工业阀门- 金属阀门的压力试验》正在全球阀门行业推广使用。
       ISO 5208于2008年进行了修订。在许多方面, 与API 598一致。对于管道阀门, API 6D《管道阀门》有详细的管道工况用阀门的试验要求, 包括保压时间也大大高于API598和ISO 5208。MSS SP- 61提供了对 API和 ISO试验标准的另一选择, 该标准用于不适用于API 6D、API 598或ISO 5208所制造和使用产品的试验。
       另一特殊的试验标准ANSI/FCI 70-2《控制阀阀座泄漏试验规范》是由流体控制学会(FCI)出版,由ANSI核准。该标准最初为ASME B16.104。尽管该标准的主要目的在于控制阀的关闭件,但70-2是要求精确泄漏量时的试验标准。FCI/ANSI对于泄漏的要求有6个等级, 从无试验要求(1级)至非常严格的金属密封(V级)和软密封(VI级)。
       英国标准BS 6364规定了低温试验程序。其他相关标准也存在并在应用中。MSS于2006年制定了低温阀门标准SP 134-2006a《低温工况用阀门》, 其中包括了对阀体 /阀盖加长的要求。SP 134所规定的低温试验规范稍不同于英国标准的低温试验要求, 尤其在允许泄漏量方面的要求不尽相同。
       在工业阀门领域, 尤其在精炼厂和石化行业, 瞬时排放控制已经成为一个重要的课题。最初时, 仅有一个标准称为 EPA方法 21, 用于挥发性有机化合物泄漏的测定, 作为参照标准使用。方法 21是用于化工领域泄漏量测定的规范, 不适用于阀门安装前鉴定或生产试验。目前有 ISO 15848《工业用阀门- 瞬时排放的测定、试验和鉴定程序, 第1部分和第2部分》、API 622《瞬时排放的工艺阀门填料类型试验 》、ISA 93.00.01《手动和自动化开关阀门外部泄漏评定的标准方法》、FCI/ISA 91.1《控制阀阀杆密封的鉴定标准》以及 TALuft德国 《标准空气质量控制的技术说明》5个标准正在应用于阀门鉴定和瞬时排放试验。
6、常用阀门标准
      目前常用阀门标准见表1和表2

表1 现行阀门产品标准(按阀门类型)

表2 通用标准

7、结语
       世界已进入了经济全球化的发展时期, 经济全球化的必然趋势是标准国际化。通过对国际标准的关联度研究, 可以发现这些标准相互补充, 相互借鉴, 如ASME在材料方面采 用的 标准 均来自ASTM, 在阀门方面的标准多借鉴API, 而管件方面的标准则来自ANSI 。区别在于所处的行业侧重点不同, 所以采纳的标准也不尽相同。相关人员在实际工作中应依据不同类型的产品选择与之相适应的标准。
参考文献
[1] API 600, 石油和天然气工业用螺栓连接阀盖钢制闸阀[S].
[2] API602, 石油和天然气工业用公称尺寸小于和等于DN100的钢制闸阀、截止阀和止回阀 [S].
[3] API6D, 石油和天然气工业管线输送系统管道阀门 [S].
[4] API598, 阀门检查和试验 [S].
[5] ISO 5208, 工业阀门-阀门的压力试验 [S].
[6] ASMEB 16.34, 法兰端、螺纹端和焊接端阀门 [S].
[7] MSSSP 42, 150磅级, 法兰端和对焊端耐腐蚀的闸阀、截止阀、角阀和止回阀 [S].