国外船用阀门应用现状及技术特点

胡 巍，汪晓菲，马维良

（上海船舶设备研究所，上海 200031）

0 引言

阀门是用于控制船舶管路内流体压力、流量和流动方向的重要设备，在船舶应用中具有种类多、用量大、要求高等特点[1]。随着船舶性能总体要求的提升，船用阀门的技术要求也不断提升。以一体化、集约化、信息化、智能化等技术为特征的新产品逐渐被广泛应用，推动着船用阀门产业的不断进步。

本文主要研究了国外船用阀门在军船、民船、极地环境和深海环境的应用情况，分析阀门产品技术特点，总结得出了国外阀门产品的技术发展重点。

1 军船应用

目前，国外船用阀门类型较多，均需满足相 关军用标准和质量认证。以美军为例，其船用阀门产品主要来自于通过资质审核的一级阀门供应商，见表1[2]。

表1 所述公司中，美国Velan 公司为950 余艘的美国海军舰艇提供阀门产品；美国Leslie Control 公司为10 艘“弗吉尼亚”级潜艇提供阀门；美国Curtiss Wright Flow Control 公司除了为美国海军提供潜艇用船体、压载系统、空气系统阀门或电磁截止阀（Target Rock 品牌）外，还提供智能阀以支持海军全电动船自动化计划，用于升级的损伤控制和冷却水冷却系统。该公司带有嵌入式传感器的自动无泄漏阀门技术能够为高级集成设计师提供高水平的部件健康监测方法，以进行预测性维护管理，并提供网络通信协议上的系统诊断，以便在紧急情况下重新配置无人系统。

表1 美国海军舰用阀门主要供应商

续表1：

2 民船应用

在民船应用领域，国外知名船用阀门企业主要角逐LNG 等高端市场和普通阀门智能化产品的更新换代，市场竞争激烈，大型集团通过并购方式进一步增强其竞争优势。

德国KSB公司是世界上3家最大的泵阀制造公司之一。2011 年KSB 公司收购了韩国阀门专业公司Seres 有限公司，拓展了东亚船用阀门市场[3]。从种类繁多的AMRI 蝶阀到SISTO 隔膜阀，KSB 公司的船用阀已广泛应用于货船、客船及LNG 油轮。AMRI 蝶阀可提供各种电动、气动和液压执行器、齿轮箱以及各种控制附件。目前，所提供的阀门主要用于船上海水淡化、暖通空调、压载水等领域。

美国CIRCOR International 公司于2017 年收购了Colfax Fluid Handling 公司，使得其智能技术CM-1000 系列海水冷却系统控制器新增了主动阀门控制技术，有效提高了海水冷却系统的泵能效，潜在的能源节约最高可达85%。CM-1000系列配备主动阀门控制后，使用声纳可实时监测淡水冷却温度、泵吸和排水压力等运营状况。

德国Rexroth 公司为船用各类系统提供阀门，主要包括耐海水船用阀门、绞车阀门、比例阀、负载保持阀及发动机用阀门等。

除此之外，美国McDermott 公司推出了全球最大的特种阀门专门用于INPEX 运营的Ichthys液化天然气项目。每个阀门长约9 m，高约7 m，重达100 多吨。首个阀门已经成功建造并通过测试。

3 海工领域应用

水下阀门是海工领域水下生产系统不可或缺的关键设备之一，具有技术要求高、可靠性要求高和寿命要求高的“三高”特点，其设计、材料、制造、焊接、检验、测试和标识等均具有严格的技术规范。目前，提供水下阀门的公司主要是美国Parker Hannifin 公司和德国Böhmer GmbH 公司。

其中，美国Parker Hannifin 公司的高压海底球阀能够在137.9 MPa 的压力下工作，工作深度为3 810 m，尺寸为3/16''、1/4''、3/8''和1/2''（1''=2.54 cm）。其标准球阀在316 SS 中配有特殊材料，适用于用于遥控无人潜航器（ROV）操作（见图1）。

图1 美国Parker Hannifin 公司高压海底球阀

德国Böhmer GmbH 公司的全焊接海底球阀具有高负荷、无泄漏、免维护等特点，能承受极端压力，且内置材料使它们不易腐蚀，可广泛应用于海底管道、海上平台、浮式生产储油船储罐等系统（见图2）。基于这些特点，德国Böhmer GmbH公司的球阀是少数通过API6D和API6DSS认证的阀门之一。

图2 德国Böhmer GmbH 公司海底球阀

4 极地环境应用

随着极地航线的兴起，极地船舶配套设备的研制也成为了当前船舶设备发展的重要方向。DNV GL 发布的"Part 6 Additional class notations Chapter 6 Cold climate"对极地船通海阀、截止阀等都作了规定[4]。英国Parker Bestobell Marine 公司生产的冰级液化天然气船用截止阀和单向低温阀系列产品于2015 年获得四大机构的全型认证—DNV GL、必维国际检验集团（Bureau Veritas）认证，美国船级社（ABS）和国际船级社协会（IACS），可用于船舶的低温应用，包括用于LNG船和燃料船的货物系统、LNG 燃气系统、LNG再气化系统和LNG 再液化系统的阀门。2016 年，该公司获得了北极液化天然气运输船的订单，这些运输船是专门为俄罗斯西伯利亚的LNG Yamal项目设计的，可在温度低至-54°C 的北极条件下运行[5]。

5 国外船用阀的技术特点

5.1 阀门工艺/制造质量控制

国外船用阀门生产企业在工艺、制造等方面都遵循相关技术标准，以确保所有产品的设计和制造的安全性与可靠性。军用领域以美国为例，其阀门产品主要依据表2 所列的军用标准规范。

表2 美国舰船用阀门主要相关标准

续表2：

在民用领域，主要的阀门标准化组织包括美国石油学会（API）、美国机械工程师学会（ASME）及各国国家标准学会等，例如美国国家标准学会（ANSI）、日本国家标准（JIS）。其中，美国机械工程师学会（ASME）发布了约20 多项船用阀门标准。

1 ） 船用管道盲阀标准规范：ASTM F1020-86(2018)StandardSpecificationfor Line-Blind Valves for Marine Applications；

2）阀门锁紧装置标准规范：ASTM F993-17 Standard Specification for Valve Locking Devices；

3）船用管路截流阀标准规范：ASME F1020-Standard Specification for Line-Blind Valves for Marine Applications；

4）船用水系统减压阀标准规范：ASME F1370-StandardSpecificationforPressure Reducing valves for Water Systems, Shipboard；

5）E1 气动球形控制阀标准规范：ASTMF1985-99(2019)e1 Standard Specification for Pneumatic-Operated, Globe-Style, Control Valves。

日本工业标准调查会（JISC）发布了77 项船舶行业用阀门，例如造船-甲板用于控制阀门JIS F 3024：1996Shipbuilding-Deck stands for controlling valves、造船-油箱紧急关闭阀IS F 7399：2002Shipbuilding-Fuel Oil Tank Emergency Shut-off Valves。

5.2 船用阀门发展的重点

当前，美国船用阀门类型较为广泛，包括紧急切断阀、减温减压阀、蝶型止回阀、泄压阀、安全截止阀等多种新式阀门[6]。通过分析发现，高性能/低泄露、静音、智能阀门技术逐渐成为重点研发对象。其中，静音阀门（电动、液压、气动）可满足特种船舶对低噪声的要求。例如，美国VACCO Industries 公司开发的流体控制阀，可应用于“海狼”（SSN-21）、“弗吉尼亚”（SSN-774）等各型潜艇；美国Sargent Aerospace & Defense 公司采用专有的静音技术及紧配合公差（tight tolerance matched）技术可为潜艇及航空领域提供可靠性高、寿命长的阀门（压力补偿控制阀、液压换向阀、检查阀门、安全阀、高压球阀、调压阀）。在智能阀门技术方面，美国Curtiss Wright Flow Control 公司的嵌入式传感器自动无泄漏阀门技术以及美国CIRCOR International 公司的CM-1000 智能阀门产品均可实现对阀门运行状态的实时监测、故障诊断和健康管理，可有效提升产品使用的可靠性。

5.3 产品研制重视“三化”设计工作

为了以最小的投入和有限的品种、规格单元研制出满足多样化需求的通用基础机电产品，达到缩短研制周期、降低成本、提高质量和可靠性的目的，国外阀门厂商十分重视产品“三化”工作，并将通用化、系列化、模块化设计列为其产品开发的重点发展方向之一。例如美国Parker Hannifin 公司高压海底球阀的3/16''、1/4''、3/8''和1/2''等系列规格，大幅提升了产品的适用范围。