首页《唐游娱乐挂机?2012年第40卷第7期 流 体 机 械 文章编号: 1005—0329(2012)07—0o11一o4 球阀的低温试验 朱绍源 ,郭怀舟,郝伟沙,吴怀昆 (合肥通用机械研究院,安徽合肥230031) 摘 要:低温试验是对低温阀门性能验证的一个重要手段,现行标准规定的阀门低温试验方法与实际工况有一定的差 异,不当的操作容易造成试验结果的失真,甚至对受试阀门的损害。本文主要针对低温球阀的特殊结构,分析了阀门低 温试验中容易出现的问题,并结合实际操作经验 ,提出了一些应对措施。 关键词:球阀;低温试验;低温抱死 ;消耗控制 中图分类号: TK730.4 文献标识码: A doi:10.3969/j.issn.1005-0329.2012.07.003 CryogenicTestfortheBallValves ZHU Shao—yuan,GUO Huai—zhou,HAO Wei—sha,WU Huai-kun (HefeiGeneralMachineryResearchInstitute,Hefei230031,China) Abstract: Cryogenictestisthekeymehtodtoverifyhteperformanceofcryogenicvs]ves.Thecurrentstandardspecifiedhte cryogenictestproceduresforvalvesraedifferentfrom hteactualworkingconditions.Improperoperationwillcausethetestresults imprecise,inadditionitwilldamagehtetestedvalve.Accordingtothespecialstructureofthecryogenicballvalves,theproblems whathappenedeasilyduringhtecryogenictestwereanalyzed.Combinedwiththepractical operationexperiences,somecounter- measu~swereputofrwrad. Keywords: ballvalve;cryogenictest;cryogeniclocking;consumptioncontrol 1 前言 2.1 目的 阀门低温试验是检验低温阀门在低温模拟工 球阀以启闭迅速、密封可靠、结构简单、重量 况环境下的性能,可以对低温阀门整机性能作出 轻、流阻小等特点,目前在低温管道系统得到较广 评价。目前,阀门低温试验所执行的标准主要是: 泛应用。用于工业低温管道的球阀,除少量一部 GB/ 4925—2010、BS6364:1984等。低温试验 分特殊用途、非典型结构外,大都为非金属软密封 的主要内容有:检验密封件、填料、上密封等处的 阀座结构,由于其运行工况恶劣,作用关键,因此 密封情况;整机带压工况的操作性能等。检测参 密封要求高,性能考核严格,其低温性能试验是生 数有:阀体、阀盖、阀杆、阀瓣、填料函、冷媒及环境 产与使用过程 中的一道关键工序。 温度;阀门出口端的瞬间泄漏量、累积泄漏量和平 球阀的低温试验具有一定的特殊性,了解和 均泄漏量;试验介质压力极其变动情况。试验介 掌握球阀低温试验的原理、方法及特性,科学、合 质一般为氦气 ¨“j。 理地利用低温试验的手段,对促进低温球阀的研 2.2 试验装置 究、生产,持续提高产品质量,保障重点工程建设 阀门的低温试验装置如图1所示,试验装置 均有着重要的意义。 主要由低温系统、压力系统和测控系统3部分组 成。低温系统以液氮作冷媒,营造合适的低温环 2 阀门的低温试验 境,应具备浸渍和喷淋两种降温模式,其中喷淋降 温法要能实现0~一196 温度可调;压力系统控 收稿 日期:2012—04—05 修稿 日期: 2012—06—21 12 FLUID MACHINERY Vo1.40,No.7,2012 制试验介质压力,提供试验需要的压力源,对于贵 件动作困难,我们姑且称这种现象为:低温抱死。 重试验介质,应能尽可能实现回收重复利用;测控 低温抱死会使非金属阀座产生永久性变形,即所 系统负责试验过程中各物理量的采集、归纳、评 谓 “冷流”现象,并且,聚四氟乙烯等非金属材料 定,辅助参数和试验参数的管理,整个试验装置的 的热膨胀系数要大于金属材料,随着 内、外温度的 过程控制,并提供完备的人机操作界面。 逐渐平衡,内件收缩,密封比压降低或消失,密封 副失效 ’。 即使低温试验合格的产品,由于低温管道实 际工况的温度梯度可能始终存在,阀门壳体的温 度水平高于内件,装配时预加的密封比压会有所 降低,仍可能会造成密封效果下降。 3.2 低 温抱死 低温抱死带来的损害有时会很严重,除了对 图1 阀门低温试验原理 阀座的挤压外,连接壳体的紧固件和密封元件也 2.3 试验过程 会受到应力异常升高带来的损害,壳体和 内件相 低温试验前,应使受试阀门充分干燥 ,去除阀 互抱紧后,受力情况复杂,严重时也可能会造成结 内的油脂及杂物。将低温阀门安装在低温试验槽 构上的永久改变。 内,连接好所有接头,保证阀门填料部分位于保温 低温球 阀产生低温抱死后最忌立即进行开、 盖以上,且温度保持在0~C以上。将阀门浸入低 关操作,此时的开、关操作在极大的应力作用下很 温介质中,低温介质盖住 阀体与阀盖连接部分上 容易在阀座的密封面上产生一系列压痕,甚至会 端,或使用喷嘴向阀门的阀盖颈部以下均匀喷淋 造成球体端 口对阀座的 “啃切”现象,使阀座完全 低温介质,使阀门冷却至相应的试验温度。保持 失效。 一 定的时间,直到各处的温度稳定为止,温度变化 防止低温抱死损害的有效手段是控制好降温 应在 ±5℃以内。开关阀门若干次,检验其低温操 速率,降温过程中保持阀门处于全开或全关位置, 作性能;关闭阀门,按正常流向加压,进行密封试 设法进行阀内温度的测定,维持一定的温度稳定 验。再将阀门处于半开状态,关闭出口端的针型 时间,开、关操作前要尽可能保持阀门内、外温度 阀,检验阀门填料、阀体和阀盖连接处的密封性。 平衡。 将试验结果与相应标准对照,判定结果,形成结 3.3 材料低温特性的影响 论 一,。 目前低温阀门,特别是LNG等介质用超低温 阀门的金属用材主要以304、340L、316、316L等 3 球阀低温试验中应该注意的问题 Ni—Cr奥氏体不锈钢为主,这类材料在低温下仍 能保持较好的强度和韧性,但这类材料也存在着 3.1 与实际工况 的差异 某些不足,这些材料都属于亚稳定型不锈钢 ,在低 目前的标准、资料所推荐的低温试验方法几 温下会发生向马氏体的金相转变,由于体心立方 乎都是采用外冷法,即利用冷媒从受试阀门外部 晶格的马氏体致密度低于面心立方晶格的奥氏 提取热量,降低阀门温度。而低温阀门的实际工 体,低温相变后会引起体积膨胀而导致零件变形。 况条件是:低温介质从阀门内部流过,外部接触常 此外,温度降低还会造成金属结构的收缩,由于零 温或相对较高温度环境。 件各部分收缩不均匀,就产生了温度应力,当温度 外冷法带来的问题是使低温阀门在试验初期 应力超出了材料的屈服极限时,零件将产生不可 产生一个与实际工况相反的温度梯度,对低温球 逆的永久变形。因此,低温阀门零部件的深冷处 阀而言,阀体和阀盖快速冷却,产生体积收缩,而 理工艺是很关键的,深冷处理的目的就是使这些 此时球体、阀座尚未完全冷透,特别是由于非金属 相变和变形在精加工之前充分发生 ,以保证成品 阀座的隔热作用,进一步延缓了热量传递过程。 零、部件的结构稳定 ]。零部件没有经过深冷处 此时,原有的配合被改变,非金属阀座或组合阀座 理的低温阀门在进入低温环境后可能会造成整机 的非金属密封圈可能会受到过度挤压,造成各部 性能全面失效 。 2012年第40卷第7期 流 体 机 械 13 低温球阀的非金属阀座一般 以聚四氟乙烯 塞多余空间;(3)对于需要温度调节的试验,尽量 ( FE)、聚三氟氯乙烯 (PCTFE)等构成,PTFE和 采用喷淋方式调温,避免使用酒精稀释冷媒后的 PCTFE 的 理 论 脆 化 温 度 均 为 一 180 ~ 浸渍;(4)集 中安排试验 ,同规格的产品可以进行 一 195~C l “]但实际上,商业化采购的产品远达 , 连续试验,以合理利用残液;(5)加强保温措施, 不到这样的温度 ,阀座的低温脆性带来的损害有 减少冷量的额外损耗。 时是严重的,脆化后的阀座已失去了弹性补偿能 4.2 试验介质消耗及其控制 力,如果球体精度没有足够高,很难达到密封要 低温试验的介质一般规定为氦气,氦气是一 求 ,特别对于中国标准规定的软密封阀座的零泄 种惰性气体 ,标准大气压下 的液化温度为 一 漏要求。此外,脆化后的阀座硬度急剧升高,有可 269qC,是用于阀门低温试验比较合适的介质。但 能造成球体表面损伤或阀座脆裂。 氦气的市场价格昂贵,而大 口径、高压力阀门低温 3.4 降温速率的影响 试验的氦气消耗量巨大,因此,氦气的消耗控制及 浸渍法降温的速率其实是很难控制的,取决 回收重复利用意义重大。从原理上来说,氦气的 于阀门表面状况和材料的导热系数。但喷淋方式 回收技术并不复杂,重要的是其过程的可操作性 可以通过控制液氮喷淋量来调节降温速率。从理 和操作的安全性设计 j。曾有人担心氦气回收 论上来说,较低的降温速率可以降低阀门内、外温 后的纯度问题,其实,阀门低温试验对氦气的纯度 差,减小温度梯度,对试验过程有利,但会增加液 要求并不高,而且,阀门在低温试验过程中,首先 氮的消耗。降温速率应视受试阀门的具体参数而 对阀腔进行氦气吹扫,以排除内腔空气。阀门低 定 ,如通径、壁厚、结构情况、内件组成等。过快的 温试验时的深冷高压环境已超过了绝大部分物质 降温速率会加剧低温抱死现象,并且,过大的温度 的液化凝结点,回收后的氦气纯度变化不大,对低 梯度会引起较高的内应力,造成构件损坏。 温试验的重复使用也没多少影响。 20 5 安全防范措施 0 阀门的低温试验是一项具有一定危险性的工 一 一 作,安全防范措施十分重要。其危险性主要体现 在:液氮大量挥发造成的局部缺氧,会引起人员窒 赠 息;可能会出现的对人员的低温 “烫伤”;试验介 质大量泄漏而引起的冷媒飞溅;以及仪器、仪表的 低温损坏。因此,低温试验的工作场所要保持 良 O 3O 6O 好的通风,必要时,还需进行人工强制通风。要以 时间(min) 相关标准为依据,科学、合理地制定企业低温阀门 图2 阀门、外降温过程 试验操作规程。操作人员必须持证上岗,并配备 必要的安全防护装备,要特别注意对脸、手等暴露 4 试验用冷媒和介质的消耗控制 在外的身体部位的保护,低温操作时应严格禁止 一 个人在现场工作。试验设备上要设置紧急停车 4.1 冷媒消耗及其控制 功能,并使其操作部件处于最醒 目和便于操作位 低温试验中冷媒的理想消耗应该是:受试阀 置。对于高压、大 口径等高参数试验,应尽可能进 门连同试验槽内的附属设施从室温降低到规定温 行远距离操作。受试阀门在低温试验槽内要有固 度所需要带走的热量,等于所消耗冷媒的汽化潜 定和夹紧措施。仪器、仪表的选择要注重其抗低 热总量。减少冷媒消耗是降低试验成本的一项重 温特性,及低温下的性能稳定性,防止其非耐低温 要措施,减少冷媒消耗可以从以下方面着手:(1) 部位接触低温环境。对于暴露在外的低温设备或 选择容积合适的低温试验槽;(2)尽可能减小试 设备的低温部位要设立警示标志,并进行隔离,避 验槽内的多余空间,可以用热容量较小的材料填 免对无关人员的意外伤害。 14 FLUIDMACHINERY Vo1.40,No.7,2012 时计算与燃爆危害预测研究 [J].压力容器 ,2010, 6 结语 27(10):21-29. ]I=J 1J 1 J [5] 朱绍源,吴怀昆,郭怀舟,等.基于材料特性的工业 现行标准规定的阀门低温试验方法与低温阀 阀门压力试验技术与装置 [J].流体机械,2010,38 (9):15·18. 门的实际运行工况环境有一定的差异,应合理的 [6] 吴堂荣,唐勇.低温阀门密封性能的研究与分析 控制降温速率、降温方式、保温时间,使试验条件 [J].阀门,2009,(02):16-28. 尽可能接近实际工况。对于球阀的低温试验,要 [7] 吴堂荣,唐勇,孙晔.LNG船用超低温阀门设计研究 注意其构件材料的低温特性,防止低温抱死、冷流 [J].船舶工程 ,2010,(02):73-78. 等对受试阀门的损害。阀门低温试验中的冷媒和 [8] 朱绍源,吴怀昆,杨恒 ,等.阀门低温试验装置的节 试验介质价格昂贵且消耗较大,应注意消耗控制, 约型设计 [J].机械设计与制造 ,2011,(7):245- 或对其回收重复利用。要加强安全防范措施,防 247. 止低温对人员和设备的伤害。 [9] 郎咸东,金谟.低温用奥氏体不锈钢阀门零件的深 冷处理[J].阀门,2002,(o2):19-20. 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GB T 32610-2016_日常防护型口罩技术规范_高清版_可检索.pdf