阀体设计美国标准和欧洲标准的差别

  本文采用了对比冷（常温）工作压的方法来近似推算出与ASME标准Class压力等级最邻近的EN标准PN压力等级。EN12516-1标准中列出的所有材料的冷工作压都是相同的。而ASME B16.34标准中列出的冷工作压和材料相关，故选取了其中一种较强材料（C12A）的冷工作压用于对比。 

通过对比得到每个ASME标准 Class压力等级对应的最邻近的EN标准 PN压力等级，见表1。同时，这样的对应关系也和阀门设计的通用做法一致。本文的管道内径，最小壁厚，材料承压能力的对比都是依照表1中的对应关系来进行的。

1.2  材质承压能力的对比 

无论是ASME标准还是EN标准都列出了一些ASTM标准材料的压力温度等级，即材料在不同温度下的承压能力。本文选取了常见的阀体材料：碳钢WCC，合金钢 WC9和C12A进行研究，来对比两个标准中相同材料在标准压力等级下的承压能力的差别。 

图1和图 2显示了WCC材料的温度压力曲线和Class与PN的对比，可以看出： 

（1）对于ASME的 Class 150和EN12516-1 的PN16，当温度低于150摄氏度时，EN标准规定的材料承压能力低于ASME标准规定的材料承压能力，且随着温度升高，差距逐渐缩小。当温度高于150摄氏度时，两个标准对相同材料的承压能力的规定近乎相同。 

（2）对于ASME的 Class 300和EN12516-1 的PN40，在整个温度的范围内，EN标准规定的材料承压能力均低于ASME标准规定的材料承压能力。当温度低于300摄氏度时，随着温度升高，差距逐渐缩小。当温度高于300摄氏度时，两个标准对相同材料的承压能力的规定差别趋于一致，约为-7%。

（3）对于ASME的 Class 900和EN12516-1 的PN160，

在整个温度的范围内，EN标准规定的材料承压能力均高于ASME标准规定的材料承压能力。当温度低于300摄氏度时，随着温度升高，差距越来越大。当温度高于300摄氏度时，两个标准对相同材料的承压能力的规定差别趋于一致，约为24%。 

（4）还有一点值得注意的，除了PN16，其他PN压力等级对应的工作压力在低于300摄氏度以下都是一样的，而ASME等级对应的工作压力是随着温度升高持续下降的。

1.3  对阀体设计的指导 

在实际设计过程中，无论是为了缩短新产品推向市场的时间，还是从产品标准化、成本优化的角度去考虑，尽可能多地将已有的设计或者零部件（尤其是需要开发铸造模具的阀体）应用到新的产品中，都是设计师不可避免要考虑的问题，可以采用同一个阀体铸件的设计来满足ASME 标准和EN标准的要求呢？为了解答这个问题，本文选取了三个不同压力等级-低、中、高的十二个具体实例，各项参数的对比结果如表3 所示。 

（1）低压ASME Class 300与 EN PN40

从表3中差别的百分数可以看出，在两个尺寸下，满足ASME标准和EN 标准的管道内径和最小壁厚的差别，均小于5%。就是说，用同一个阀体设计来满足两个标准的设计要求是可以接受的。同时从图2中可以看出，阀体常见材料在这两个等级的承压能力差别也较小，10%以内。因此，两个设计可以在类似的实际工况中应用。 

（2）中压ASME Class 900与 EN PN160

对于中压下尺寸为DN100和DN200的两组设计，从差别的百分数可以看出，虽然每组中要对比的两个设计的管道内径非常接近，但是所要求的最小壁厚却相差较多，超过了20%。在这种情况下，实践中也是可以用同一个阀体设计来满足两个标准的设计要求的，但是需要评估由此带来的对最小壁厚要求较小的阀体的成本的影响。另一方面，从图2中可以看出，阀体常见材料在这两个等级的承压能力差别较大，在有些温度下差别达到20%。这种材料承压能力上的差别和最小壁厚的差别是一致的。 

（3）高压ASME Class 2500与EN PN400

对于高压下尺寸为DN100和DN200，阀门的管道内径和最小壁厚存在着巨大差别，30%-50%，故采用同一个阀体设计来满足两个标准的设计要求是不合理的。 

还有另外一个因素需要在阀体设计时考虑，那就是阀体两个端口之间的长度。ASME B16.34中指出可以按照ASME B16.10来确定端口对端口尺寸。EN12516-1 并未提及端口对端口尺寸，但欧标体系中EN558规定了端口对端口的尺寸。考虑到端口对端口尺寸并非标准强制要求，故本文未提供ASME B16.10和EN558的区别。

（1）管道内径

ASME标准和EN标准在管道内径的主要差别在于管道内径是否随着压力等级的变化而变化。阀体设计时，管道内径的差异会进一步放大阀门最小壁厚的差异。

（2）最小壁厚

两个标准在阀门最小壁厚上的差异与压力等级有关,差别大致在6%到 26%之间。 

（3）材料承压能力

本文所研究的五种材料在两个标准相邻压力等级间的对比趋势类似。当温度高于一定值时，两个标准对相同材料的承压能力的规定的差别趋于一致，但不同的压力等级的差别大小不一。 

（4）通过十二个实例验算，发现对于DN100和DN200, 同类设计压力下，ASME标准和EN标准对管道内径和最小壁厚要求的差别非常接近。并解释了在实际设计工作中，需要根据具体的阀门尺寸，压力等级一一比较管道内径和最小壁厚等设计参数，并考虑到时间和成本的平衡，才能做出合理的决定。