很多阀门用户在根据材质、压力和温度进行阀门选型时，都会遵循美国机械工程师协会（ASME）的B16.34磅级标准。但如果是高压焊接接口阀门，这个标准可能会导致不必要的成本支出。本文将介绍一些知名度较低的ASME相关条款，它能让用户根据具体安全系数和无损检测的结果，重新对阀门磅级做出安全而又有较高成本效益的评估。
作者：Mark Nord，艾默生（Emerson）
在采购时会指定技术规格的阀门用户，通常都很熟悉ASMEB16.34磅级标准。很多情况下，阀门的标准磅级是根据阀门材质、最高工艺压力和温度决定的，然后用户就会直接下订单采购。这样的做法，对于较低磅级阀门（600磅级或以下）和大多数法兰接口阀门都没有任何问题。但如果是高压高温工况的焊接接口阀门，上述做法可能导致在不必要的情况下，支付显著偏高的阀门成本。因此这里要介绍一下ASMEB16.34中比较低调的一个条款，因为阀门制造商和采购商能根据其中的规定，凭借某些阀门通过设计实现的极高安全系数，以及无损检测手段（NDE），给阀门重新评定一个比原先更高的压力磅级和温度范围。如果按照常规标准评定的标准磅级阀门，实际上可以应用于更极端的工况，那么显然可以降低阀门的成本、尺寸和重量。
ASME标准磅级
ASME标准磅级如果某位工程师总是按部就班地进行阀门的选型，说明他对于ASME标准磅级的理解非常刻板（图1）。如图所示，碳钢阀门在常温条件下，能够承受远高于标定磅级的压力。然而随着工艺温度上升，最高允许工作压力不断降低。就碳钢而言，当温度超过800℉，最高工作压力的下降趋势非常明显。根据ASME协会出版的标准压力/温度等级表，如图2所示，终端用户可以根据自己的工艺条件，找出对应的最高工艺压力和温度等级，然后选出符合具体要求的ASME标准磅级阀门。由图2可知，1500磅级的WC9（碳钢）阀门在常温条件的额定压力是3750磅/平方英寸（PSI），在900℉的条件下额定压力是2245 磅/平方英寸。如果在900℉时的最高工艺压力超过了2245 PSI，那就需要采用更高磅级的阀门。
在尺寸相同的前提下，磅级不同但都属于低磅级的阀门，不会在成本和重量上有显著差别。但如果是900磅级和1500磅级相比，甚至是和2500磅级相比，成本、尺寸和重量就会有显著差别。
如图3所示，一台6″1500磅级的阀门和一台6″2500磅级的阀门进行对比。阀门的成本和重量基本上翻了一倍，而且管道弯曲段长度也从33″增加到了47″。除了阀门本身的成本以外，管道支持结构，以及让管道系统留出足够空间容纳较大阀门而产生的成本，都会使总体成本上升。随着阀门尺寸增大，或如果采用了非标合金材质，那么成本差别就会变得更大。法兰接口阀门也是ASME标准磅级的适用对象，如果某个压力磅级满足不了设计要求，用户只能改用其它阀门材质，或者如果条件允许的话，采用更高磅级的阀门。幸运的是对于焊接接口阀门，ASME另外设立了专门的条款。
除了ASME标准磅级之外，还有ASME专用磅级、ASME限定磅级和ASME专用限定磅级，下面将分别介绍这些磅级标准。
ASME专用磅级（根据专用分级规则评定的磅级）
针对焊接接口阀门，有些制造商会根据ASME专用分级规则，标示阀门的磅级（ASME专用磅级阀门）。ASME标准磅级分级规则假定阀门采用的是基础级材质和普通质量的铸件，这就导致了评定的压力磅级和温度等级相对保守。但是大多数阀门制造商可以对特定阀体进行无损检测，根据检测的结果，ASME标准允许制造商给阀门标示更高一些的磅级和温度等级，尽管阀门采用的材质和铸件质量仍然是基础级的。
为了获得直观的理解，可以将图2中CL1500标准磅级和图4中的CL1500专用磅级相比较。常温条件下，按照标准分级规则和专用分级规则的阀门具有相同的压力磅级。但是当工艺温度升高，根据专用分级规则评定的磅级，就明显高于根据标准分级规则评定的磅级。一台CL1500标准磅级WC9（碳钢）阀门在900℉温度条件下，额定压力是2245 磅/平方英寸。在同样的温度下，一台CL1500专用磅级WC9阀门的额定压力是3000磅/平方英寸。如果阀门标示的ASME专用磅级超过了工艺压力，用户可以支付相对较低的费用进行无损检测，然后就可以将上述CL1500专用磅级阀门应用于原本需要CL2500标准磅级阀门才能胜任的场合，而后者的体积和成本都远远超过前者。这样不仅能大幅节约阀门本身的采购成本，还能减轻阀门重量，减少阀门占用的空间，从而降低总体安装成本。有些情况下，根据ASME专用分级规则标示的磅级仍然不能满足工艺要求。那么用户可以考虑采用根据ASME限定分级规则标示磅级的阀门（ASME限定磅级阀门）。
ASME限定磅级（根据限定分级规则评定的磅级）
某些焊接接口阀体的壁厚超过了相关标准的要求。在此情况下，制造商可以对阀门进行认证，然后提高阀门的额定磅级，使其高于根据ASME标准磅级标准评定的磅级。限定磅级的评定取决于阀门本身和结构材质。
以费希尔（Fisher）HP系列WC9 CL1500阀门为例，根据限定分级规则，它可以被标定为CL2017限定磅级，如图5所示。在较高温度条件下，它根据限定分级规则标定的磅级，不比CL1500专用磅级阀门高出多少——900℉温度条件下，CL1500限定磅级阀门的额定压力是3020磅/平方英寸，而CL1500专用磅级阀门的额定压力是3000磅/平方英寸。然而在常温条件下，上述两者的额定压力就会有明显差别。如表中所示，CL2017限定磅级阀门的常温额定压力是5045磅/平方英寸，而CL1500标准磅级和专用磅级的额定压力是3750磅/平方英寸。
限定磅级阀门不要求进行额外的无损检测，但这种分级标准仅适用于有限的几种焊接接口阀体。原先标示的标准磅级需要被消除，并替换成新评定的磅级。这需要花费一些成本，但是和专用磅级阀门需要进行的无损检测及认证成本相比，显然较低一些。和专用磅级阀门一样，按照限定分级规则评定的阀门，如果能使用户免于选择更高的磅级，那将能节省很大一笔开支。
ASME限定专用磅级（根据限定专用分级规则评定的磅级）
ASME批准的第三种压力分级规则是限定专用磅级。本质上，这种分级规则就是专用分级规则和限定分级规则的结合体。有些焊接接口阀门可以根据限定分级规则重新评定限定磅级，下一步还可以进行无损检测，然后再根据专用分级规则评定专用磅级。如此一来，阀门的额定磅级和温度等级可能超过根据标准规则、专用规则和限定规则评定的级别。限定专用磅级的阀门可能成本高于专用磅级或限定磅级阀门，但是它能替代更高磅级的阀门，因此一旦投入使用就意味着大幅节省开支，阀门尺寸较大的情况下尤其如此。
节省成本
以下是几个利用特殊、限定和限定专用分级规则削减成本的案例。这里提到的只是阀门本身的成本，未提及采用更小、更轻的阀门所节省的其它综合成本。
• 某场合需要一台2″ WC9碳钢阀门，1000 °F，1428磅/平方英寸，表压（PSIG）
° 通常此应用需要选择CL2500标准磅级阀门，价格约为20,000美元。
° CL1694限定磅级的阀门也能胜任，价格约为14,000美元。
° 因此采用限定磅级阀门大约能节省6000美元。
• 某场合需要一台6″ WC9碳钢阀门，1000 °F，1570 磅/平方英寸，表压（PSIG）
° 通常此应用需要选择CL2500标准磅级阀门，价格约为93,000美元。
° CL1876限定磅级的阀门也能胜任，价格约为59,000美元。
° 每台限定磅级阀门大约能节省34,000美元。
• 某场合需要一台6″ WC9碳钢阀门，1000 °F，2030 磅/平方英寸，表压（PSIG）
° 通常此应用需要选择CL2500标准磅级阀门，价格约为93,000美元。
° CL1876专用限定磅级的阀门也能胜任，价格约为59,000美元，另外再加上约16,000美元无损检测费用和认证费用。
° 每台专用限定磅级阀门大约能节省18,000美元。
• 如上文所述，随着阀门尺寸变大或者采用特种合金材质，节省的幅度会急剧上升。
某场合需要16″ x 12″ C12A马氏体不锈钢材质的阀门，工况是1085 °F和655 磅/平方英寸，表压 （PSIG）。
° 费希尔（Fisher）给出了三种选择：选择现有的16″ x 12″ 2500磅级阀门；重新设计一台900磅级且符合具体要求的阀门；查看现有的600磅级阀门的最小壁厚是否留有冗余，以便评定阀门的限用磅级。事实是该阀门符合这一条件。
• 现有的2500标准磅级阀门，成本约为510,000美元。
• 没有足够的时间设计一台新的900磅级阀门。
• CL688限定磅级阀门也能胜任，成本约为217,000美元。
上述大尺寸的阀门，通常能在阀门制造商的产品目录中找到，本案例中就是如此。但不一定所有尺寸都有现货供应。
° 通过采用限定磅级阀门，节省成本约293,000美元。
总结
如果希望重新评定并提高焊接接口阀门的压力磅级和温度等级，明智的做法是向阀门卖家咨询ASME核准的专用磅级、限制磅级和专用限制磅级。如上文案例所示，有些情况下可能若干种磅级选择，都能稳妥地满足工艺要求，而且能大幅节省阀门的采购成本。并且由于可以选择更轻更小的阀门，还能节省综合成本。
图片皆由艾默生（Emerson）提供。
作者简介：
Mark Nord在 艾默生公司位于爱荷华州马歇尔镇的流体控制产品部就职，是控制阀解决方案设计师。在工厂运行、控制阀和蒸汽调节应用领域，拥有长达35年的实用经验，并藉此负责解决最有挑战性的控制阀问题。Nord拥有北达科他大学机械工程理学士学位。