管線球閥作為緊急切斷閥，除了將流體切斷之外，還有很多其他的功能需求，這些功能性的需求經過幾十年的發展和改進，已具備較為統一的結構形式，這些結構形式和功能性設計是：固定球浮動閥座；組合密封功能的閥座；閥座單活塞效應設計——自排放功能；閥座雙活塞效應設計——雙重密封功能；雙截止-排放（DBB）功能；雙隔離-排放（DIB）功能；腔體壓力安全泄放；失火安全（fire-safe）；防靜電；閥桿與密封座緊急狀態下密封脂注射；驅動軸的安全設計與閥桿延伸；閥門的限位。

1、固定球浮動閥座結構

　　所有管線球閥都是固定球浮動閥座（圖1）的設計，球體繞球體的幾何中心做開關90°角回轉，保持回轉中心不變，兩個各自獨立的浮動閥座，保證閥門在兩個流體方向壓差作用下的密封（bi-direction），浮動閥座在彈簧加載下，即使在低的壓差情況下，仍使閥門獲得可靠的密封。

圖1 同定球浮動閥座

2、組合密封功能的閥座

　　由于長輸管線輸送的原油和天然氣不可能是潔凈的，管道需要定期清管，而又要求在30年的服役期內確保密封的可靠性，這樣就設計一個組合密封座來滿足這一功能要求。其結構如圖2所示。它是由金屬閥座、塑料密封環、背彈簧、閥座與閥體之間的橡膠密封環以及注脂噴嘴及其密封脂注入通道組成的，這一功能被描述為：金屬閥座與球面金屬對金屬的硬密封，防止固體顆粒落入次級軟密封；塑料或橡膠的軟密封，滿足30年服役期密封可靠性要求；緊急情況下，例如軟密封或球面出現劃痕，通過注脂噴嘴注入密封脂，滿足緊急狀態下臨時密封的需要。

圖2 組合密封閥座結構

3、閥座單活塞效應設計——自排放功能

　　作為一種樣本設計，閥座設計具有自泄放功能，并稱之為“單活塞效應”（single piston effect）設計。這是一種截止型的閥座設計。對于這種情況，當進口端管道壓力高于腔體壓力時，作用在閥座上的介質作用力，其合力是將閥座推向球體，如圖3所示：A-C>B-C。腔體壓力高于出口端管道壓力，作用在閥座上的介質力，其合力是將閥座推離球體，如圖3所示：D-E>D-F。這一種功能性設計最終截止了上游端介質流動，而腔體壓力大于出口端管線的壓力時，并能克服下游端閥座的彈簧力，可自動泄放（self-relieving）至出口端管道，這一功能稱之為腔體壓力異常升高時的自泄放功能。

圖3 腔體壓力自泄放閥座

4、閥座雙活塞效應設計——雙重密封功能

　　如果客戶需要，閥座可以被設計成雙活塞效應（double piston effect），這種設計不管管線壓力高于腔體壓力，或者腔體壓力高于管道壓力，均使介質對閥座產生的力使閥座推向球體，如圖4所示：A-C>B-C和D-E>D-F。即閥座不管兩端壓差如何，均能隔斷閥門兩端的介質流動，是一種隔離型閥座設計，對整個閥門而言，具有雙重密封的效果，對于這一情況，當腔體壓力升高時，閥體應具有外部壓力泄放閥，防止其腔體超壓。

圖4 雙活塞效應閥座

5、雙截止排放（DBB）功能和雙隔離排放（DIB）功能

　　雙截止排放與雙隔離排放的功能是指對于一個具有兩個密封座的閥門，無論閥門處于開啟狀態或者關閉狀態，腔體中充滿壓力，如底部的排污閥需要排放，進口端和出口端的閥座應該切斷進口和出口的流體，以保證排放時的安全。如果設計的閥座是單向的，截止型閥座就是“雙截止-排放”功能，英文名稱為double brock and bleed，簡稱DBB功能。如果設計的閥座是隔離型閥座，即流體被隔離型閥座離隔，既不能從上下游流入腔體，也不能從腔體流向上下游，對于這一隔離型閥座的設計，這一功能稱為“雙隔離排放”（double isolating and bleed），簡稱DIB功能，如圖5所示，這一功能是保證操作工人打開底部排污閥排放時操作的安全。

圖5 DBB功能與DIB功能

6、腔體壓力安全泄放

　　對于一個有兩個密封座的閥門，腔體中可能有介質積聚，如果這種介質隨溫度升高而膨脹或相變，從而可能引起腔體壓力升高，那么對于上下游閥座設計成隔離型閥座的，就是腔體壓力不可能自身泄放至上下游管道的，應設置一個安全閥來泄放腔體內異常升高的壓力，以保證壓力邊界的完整。如圖6所示，安全泄放閥的泄放壓力不超過最高工作溫度其壓力額定值的1.33倍。

圖6 腔體壓力安全泄放

7、失火安全

　　fire-safe一詞的翻譯為“失火安全”，并非“防火”。其意義是要求閥門在遇到火災時是安全的。安全是指其內，外泄漏量不超過API 607所規定允許值，在結構上為保證這一安全，在四個泄漏點上就有失火安全的設計。閥座的錐面與球面之間，一旦軟密封被燒毀應使錐面和球面金屬對金屬接觸；閥座與閥體之間，除橡膠O形圈軟密封之外，應有一個石墨密封圈；主副閥體之間，除橡膠O形圈之外，應設置一個金屬纏繞式墊片或者石墨墊；軸的填料處，應設置一個石墨密封環，這就是管線球閥的失火安全結構。

8、防靜電結構設計

　　防靜電結構是指具有兩個非金屬材料制造的密封座的球閥，球體轉動可能產生靜電的集聚，應及時與閥體導通。其方法是在軸的頭部有一小孔，內置一個彈簧和鋼球，使其與球體相接觸，在軸桿的徑向部位也有一小孔，內置一個彈簧和鋼球，使其與填料函內壁相接觸，這樣球體上可能產生的靜電導入閥體，而閥是接地的，如圖7所示。

圖7 防靜電結構

9、閥桿的密封

　　閥體與球是分離的，球軸上作用著介質的推力，在軸肩處置一個平面軸承，由于介質作用在球上的力已被分離，作用在支承板上，軸只承受單一的轉矩，軸上無側向力的作用，提高軸頸處密封的可靠性，采用二級O形圈和石墨環密封結構（圖8）。

圖8 軸的密封

10、緊急情況下閥桿與閥座密封脂的注入

　　當發現閥桿填料泄漏時，在填料箱側面設置一個密封脂的注入接頭，供密封脂注入來消除閥桿處的泄漏，結構如圖9所示。

圖9 緊急情況下閥桿與閥座密封脂的注入

11、傳動鏈的安全與開關位置限位

　　按照API 6D規定，傳動鏈設計強度應按設計轉矩或者實際測定同規格閥門轉矩的2倍。而且傳動鏈最取薄弱的截面應在閥門的壓力邊界外面，閥門的開與關的位置應精確地限定。對于直埋地下的閥門，閥桿應被接長。圖10所示是Velan公司的傳動鏈——加長閥桿的設計，閥門的開關位置通過閥桿的鍵在外部連接板90°弧形凹槽中限定（圖11）。

圖10 閥桿延伸

圖11 閥桿限位

12、直埋地下

　　對于直埋地下的閥門（圖12）除了閥桿被伸長到地表之外，所有的接管：注脂管、排污管、腔體壓力泄放并引至地表，注脂閥、排污閥、壓力泄放閥亦置于地表，并在閥前增加一只隔離閥。

圖12 直埋地下的閥門

13、硫化工況設計

　　對于硫化工況，可能產生應力腐蝕，特別是對于濕的硫化氫，這種材料的選用與制造滿足NACE MR0175標準的要求，工藝與介質接觸的零件，做材料硬度試驗，符合標準要求。如果需要，供方應提供硫化物應力腐蝕SSC和氫致開裂HIC腐蝕試驗報告。