超低溫閥門(mén)試驗(yàn)裝置的探討分析

葉凱強(qiáng)，葉顯斌，許海束，劉智，曹甲亮

（歐維克集團(tuán)有限公司，浙江 溫州 325000）

0 引言

常見(jiàn)的超低溫閥門(mén)包括超低溫球閥、超低溫閘閥、超低溫截止閥、超低溫止回閥，超低溫蝶閥以及超低溫調(diào)節(jié)閥等，主要用于乙烯、液化天然氣裝置、空分設(shè)備、石油化工尾氣分離設(shè)備、液氧、液氮、液氬、二氧化碳超低溫貯槽及槽車、變壓吸附制氧等裝置上。輸出的液態(tài)超低溫介質(zhì)如乙烯、液氧、液氫、液化天然氣、液化石油產(chǎn)品等，不但易燃易爆，而且在升溫時(shí)要?dú)饣?，體積膨脹數(shù)百倍，容易導(dǎo)致泄漏和爆炸?；诮橘|(zhì)特點(diǎn)及適應(yīng)閥門(mén)在超低溫下使用的要求，超低溫閥門(mén)的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和安裝方法等均與普通閥門(mén)有不同之處[1]。而市面上缺乏性能好的超低溫閥門(mén)試驗(yàn)裝置用來(lái)檢測(cè)該類型閥門(mén)的性能。而且超低溫試驗(yàn)介質(zhì)和氣體價(jià)格昂貴，試驗(yàn)成本高。而常規(guī)的閥門(mén)試驗(yàn)裝置采用水等廉價(jià)液體介質(zhì)和氣體試驗(yàn)，其不需要考慮成本、外泄安全等問(wèn)題，因此采用常規(guī)的閥門(mén)試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)，成本極高且無(wú)法保障生產(chǎn)安全[2-3]。

1 現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置

1.1 常溫試驗(yàn)裝置

現(xiàn)有的常溫試驗(yàn)裝置，主要是通過(guò)液壓原理，以液體為工作介質(zhì)，根據(jù)帕斯卡原理制成的用于傳遞能量以實(shí)現(xiàn)將液壓形成的力變成抓手的力，將閥門(mén)固定在壓力試驗(yàn)機(jī)上，然后同樣是通過(guò)該原理，將試驗(yàn)介質(zhì)（常用的為水）通過(guò)高壓管通入閥腔，進(jìn)行所需要的各種試驗(yàn)[4]。

1.2 現(xiàn)有低溫試驗(yàn)裝置

現(xiàn)有常見(jiàn)低溫閥門(mén)試驗(yàn)裝置如圖1所示，主要有氦氣瓶、壓力表、管路、試驗(yàn)槽及附屬保溫箱蓋、溫度記錄系統(tǒng)及儀表、氣泡檢漏等末端檢測(cè)部分共同組成。試驗(yàn)步驟如下：閥門(mén)安裝在容器內(nèi)并連接好所有接頭，確保閥門(mén)填料壓套安裝在容器上部沒(méi)有汽化氣體的位置。閥門(mén)在放入液氮箱體前需要將測(cè)溫?zé)犭娕挤胖迷陂y門(mén)以下位置：閥體（外部）、球體或閥門(mén)內(nèi)腔、閥蓋（填料函、填料區(qū)域）；閥門(mén)連同試驗(yàn)用夾具固定好后，一起放入低溫槽浸入液氮中，液氮蓋住閥體與閥蓋連接部位上端，待液面沸騰結(jié)束趨于平靜、閥門(mén)冷卻至-196℃時(shí)，用熱電偶檢測(cè)閥體、球體、閥蓋的溫度并記錄。確認(rèn)溫度達(dá)到試驗(yàn)要求時(shí)，閥門(mén)一端按相關(guān)規(guī)范階梯段通入氦氣，出口端對(duì)應(yīng)在規(guī)定時(shí)間穩(wěn)壓后檢測(cè)相應(yīng)的泄漏率，直至合格取出閥門(mén)，自然恢復(fù)室溫[5-6]。

圖1 現(xiàn)有低溫試驗(yàn)裝置

其缺點(diǎn)如下：

（1）被測(cè)閥門(mén)在試驗(yàn)槽內(nèi)沒(méi)有合理固定位置，開(kāi)關(guān)閥門(mén)時(shí)，被測(cè)閥門(mén)會(huì)晃動(dòng)，導(dǎo)致施加外力困難；（2）末端檢漏裝置采用最原始排水法，時(shí)間和排水的起點(diǎn)和終點(diǎn)均為人為控制，精度不高，導(dǎo)致最終測(cè)試結(jié)果誤差較大。（3）測(cè)試完成后，氦氣自然排放到大氣中，資源浪費(fèi)較大。

2 新型超低溫閥門(mén)試驗(yàn)裝置

該裝置如圖2（單路測(cè)試）和圖3（多路并聯(lián)測(cè)試）所示。主要組成部分為：液氮儲(chǔ)罐、氦氣瓶組、氦氣管路、多功能操作裝置、移動(dòng)便攜式控制臺(tái)、測(cè)試槽箱及附屬裝置、液氮回收和氦氣回收裝置。

圖2 （單路測(cè)試）

圖3 （多路并聯(lián)測(cè)試）

在該套設(shè)備中，液氮儲(chǔ)罐作為冷媒介質(zhì)主要儲(chǔ)存在立罐中，儲(chǔ)罐的加液口為標(biāo)準(zhǔn)快接口，方便槽車加液。為避免測(cè)試過(guò)程中因氦氣壓力不足，我們?cè)O(shè)置獨(dú)立的氦氣組路，可以根據(jù)實(shí)際需要多路氦氣瓶同時(shí)施壓。測(cè)試前，與現(xiàn)有低溫試驗(yàn)裝置一樣，先將被測(cè)閥用專用工裝固定在對(duì)應(yīng)的槽箱內(nèi)，此處為了避免閥門(mén)在開(kāi)關(guān)時(shí)晃動(dòng)，定制一個(gè)多用固定工裝，閥門(mén)裝在工裝內(nèi)，再將工裝調(diào)入槽箱中，在工裝的上表面四角位置設(shè)有定位螺釘，將螺釘旋出，與槽箱的四周內(nèi)壁貼緊，當(dāng)需要開(kāi)關(guān)被測(cè)閥門(mén)時(shí)，工裝因四周限位就不會(huì)晃動(dòng)，閥門(mén)就能輕易在外力作用下實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)[7]。

其次，為提高測(cè)試的精度，我們?cè)诤鈾z漏裝置中嵌入兩套測(cè)試方法，保留并升級(jí)過(guò)去的排水測(cè)試方法，將PLC計(jì)時(shí)器融入排水系統(tǒng)，在壓力源達(dá)到量筒開(kāi)始排水時(shí)，計(jì)時(shí)器同步開(kāi)始計(jì)時(shí)，同樣在結(jié)束時(shí)，壓力源移除同步計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，簡(jiǎn)單計(jì)算即可獲得瞬時(shí)泄漏率；其次我們將檢漏出口接入壓力傳感器，連接到操作控制臺(tái)，直接在顯示屏上顯示出瞬時(shí)泄漏率，徹底解放雙手。

為了避免測(cè)試后昂貴的氦氣浪費(fèi)，我們?cè)谠撎诇y(cè)試系統(tǒng)中增設(shè)了氦氣回收裝置，該裝置具有雙重作用。在閥門(mén)測(cè)試過(guò)程中，如果因壓力源壓力不足，我們可以啟動(dòng)增壓系統(tǒng)，將被測(cè)閥試驗(yàn)壓力增壓至所需規(guī)定值，而不必增加新的氦氣瓶組；測(cè)試完成后，我們可以先采用壓力平衡法，先讓被測(cè)閥和壓力源氣瓶?jī)?nèi)的壓力自然平衡，然后啟動(dòng)增壓泵，通過(guò)換向閥，將閥內(nèi)氣體壓回氦氣瓶中，在該過(guò)程中，為了確保安全，防止氦氣瓶超載，我們可以設(shè)定氦氣回收最高限定值，達(dá)到設(shè)定壓力后，增壓泵停止工作；其缺點(diǎn)是增壓回收對(duì)泵的要求較高，如果二者之間壓差較大，增壓回收的時(shí)間會(huì)相對(duì)較長(zhǎng)，所以合理選擇對(duì)應(yīng)的氦氣瓶在該系統(tǒng)中就尤為重要[8]。

在該套裝置中，我們?yōu)榱诉m應(yīng)超低溫閥門(mén)實(shí)際情況，改進(jìn)了原有的專用工裝；在原來(lái)的系統(tǒng)中，對(duì)于被測(cè)焊接端閥門(mén)，一堆盲板對(duì)應(yīng)一種壓力規(guī)格的閥門(mén)，造成的結(jié)果就是工裝盲板越來(lái)越多！在該系統(tǒng)中，我們?cè)O(shè)置了多用盲板，針對(duì)不同坡口尺寸，合理配用，實(shí)現(xiàn)一板雙用甚至是一板多用，節(jié)約了成本也節(jié)約了空間[9]。

該裝置最后一個(gè)大的優(yōu)點(diǎn)就是可以多路并聯(lián)測(cè)試，為了適應(yīng)生產(chǎn)實(shí)際需求，在超低溫閥門(mén)測(cè)試時(shí)，往往都是大批量需要在短期內(nèi)測(cè)試完成，所以過(guò)去單獨(dú)通過(guò)一個(gè)槽箱逐臺(tái)測(cè)試的方法已經(jīng)不能滿足實(shí)際需要了，該套新的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)并聯(lián)測(cè)試，各路之間相互獨(dú)立，互不干涉，直接提高了測(cè)試效率[10]。

3 結(jié)語(yǔ)

新型超低溫閥門(mén)試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在多個(gè)方面，尤其是現(xiàn)在快速發(fā)展的現(xiàn)在工業(yè)社會(huì)，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有的測(cè)試系統(tǒng)。其中氦氣作為目前昂貴的測(cè)試媒介，過(guò)去直接排放至大氣中就顯得格外浪費(fèi)，該裝置中增加的氦氣回收系統(tǒng)，使氦氣的利用率提高了數(shù)倍，直接經(jīng)濟(jì)效益得到很大的提升；其次多路測(cè)試以及專用工裝一板多用的改進(jìn)也使生產(chǎn)效率得到了顯著提升，所以該裝置性能的推廣已經(jīng)是超低溫領(lǐng)域的一種趨勢(shì)。