石化閥門(mén)的微泄漏型式試驗
介紹了石化閥門(mén)微泄漏型式試驗方法、試驗程序、結果評價(jià)和評定范圍，論述了閥體端部和閥桿密封部位試驗測量工裝的結構設計，為采用真空法檢測閥門(mén)微泄漏的型式試驗提供了有效方法。
1、概述
隨著(zhù)人們對環(huán)保要求的日益嚴格，石化管道用閥門(mén)從滿(mǎn)足基本的限制內漏、外漏和操控靈活的條件，發(fā)展到需滿(mǎn)足閥門(mén)對外界環(huán)境的微小排放要求。從環(huán)境要求與行業(yè)發(fā)展分析，微泄漏閥門(mén)代表了未來(lái)閥門(mén)的發(fā)展趨勢，但是微泄漏用常規的水壓和氣壓試驗無(wú)法判定。隨著(zhù)閥門(mén)微泄漏檢測技術(shù)的發(fā)展，國際和國內均制定了閥門(mén)微泄漏出廠(chǎng)檢驗標準，這些標準成為鑒定石化和危害性氣體介質(zhì)等工況閥門(mén)的主要規范。
2、型式試驗
ISO 15848 將微泄漏定義為任何物理形態(tài)的任意化學(xué)品或化學(xué)品的混合物，其從工業(yè)場(chǎng)所的設備中發(fā)生的非預期的或隱蔽的泄漏現象。其主要是采用氦質(zhì)譜檢漏儀對閥門(mén)的外部泄漏( 閥體連接密封處和閥桿密封部位) 進(jìn)行檢測。按檢測類(lèi)型主要分為出廠(chǎng)檢驗和型式試驗，由于型式試驗具有較長(cháng)的評定周期和一定的評定范圍，且試驗要求更苛刻(如熱循環(huán)和機械循環(huán)) ，對于批量生產(chǎn)的微泄漏閥門(mén)，真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為其檢測成本低、質(zhì)量可靠性高，因而逐漸得到廣泛采用。
2.1、試驗方法
根據檢測漏率范圍不同，閥門(mén)微泄漏常用檢測方法一般分為吸槍法、真空法( 包括包覆法或真空罩法)和噴吹法。吸槍法( 圖1) 一般適用于10-3 ～ 10-7 Pa·m3 /s 之間的微漏率檢測，其針對局部漏率檢測，主要用于ISO 15848 規定的B 級和C 級微泄漏閥門(mén)的漏率檢測。真空法( 圖2) 和噴吹法( 已從ISO 15848中刪除) 一般適用于10-5 ～ 10-13 Pa·m3/s 的微漏率檢測，其針對總漏率檢測，主要用于ISO 15848 規定的A 級和B 級微泄漏閥門(mén)的漏率檢測。
2.2、試驗程序
目前，常用的微泄漏型式試驗的標準主要有ISO 15848 - 1: 2006、MESC SPE 77 /300 - 2008( 殼牌標準) 、API 624 - 2014 和TA LUFT VDI 2440 -2000( 德國標準) ，各標準中均規定了閥門(mén)微泄漏型式試驗的主要參數，如溫度等級、熱循環(huán)與機械循環(huán)次數、檢測時(shí)機、試驗壓力、試驗介質(zhì)和閥桿密封調整次數等( 圖3) 。
圖1 吸槍法檢測微泄漏
圖2 真空法檢測微泄漏
試驗溫度等級一般根據閥門(mén)材料、結構和使用工況而定( 如API 624 規定高溫為260℃) ，一般低溫高于- 29℃時(shí)不需進(jìn)行低溫試驗( MESC SPE 77 /300 規定為- 20℃) ，小于80℃ 時(shí)一般不需高溫試驗。熱循環(huán)與機械循環(huán)類(lèi)型各標準規定不同。如API 624 和VDI 2440 要求一般選擇圖3 中的A1進(jìn)行( 一定的機械循環(huán)次數，含2 次熱循環(huán)) 。ISO15848 和MESC SPE 77 /300 要求根據閥門(mén)類(lèi)型和閥門(mén)尺寸等確定( 如MESC SPE 77 /300 規定，≤DN200，為100 次機械循環(huán)，80℃ ～ 200℃高溫試驗含1 個(gè)熱循環(huán)，而> 200℃ 高溫試驗需含2 個(gè)熱循環(huán)) 。試驗壓力為閥門(mén)對應溫度下的最大允許工作壓力，試驗介質(zhì)為純度≥97%的氦氣或甲烷氣，微泄漏檢測時(shí)機為機械循環(huán)與熱循環(huán)曲線(xiàn)的折線(xiàn)交叉點(diǎn)處。
2.3、評價(jià)與評定范圍
閥門(mén)的微泄漏等級及檢測結果，與閥門(mén)的密封材料、結構、配合精度( 如閥桿與填料、填料箱) 、緊固件裝配與預緊力矩等密切相關(guān)( 表1) 。
表1 閥門(mén)微泄漏型式試驗評定范圍
3、試驗工裝
閥體端部測量工裝采用凸面或凹凸面盲板法蘭、螺栓與纏繞式墊片連接方式，在法蘭上設置氣源輸入與壓力監測接口、氣體泄放口、閥體流道測溫塊等。機加工過(guò)程確保配合面的精度，優(yōu)化盲板法蘭氣源輸入口與介質(zhì)排放管路等布置與通用性設計，確保滿(mǎn)足試驗與安全要求( 圖4) �？紤]閥門(mén)微泄漏型式試驗的高溫、低溫、機械循環(huán)及揮發(fā)性、有毒、易燃或易爆介質(zhì)的腐蝕性等苛刻工況，盲板法蘭材料選擇經(jīng)固溶處理的304 或316 不銹鋼鑄( 或鍛) 件。壁厚按ASME B16. 34 和ASME B16. 5 選取，考慮工藝性、介質(zhì)腐蝕和試驗等影響因素增加附加裕量5mm，并參照GB 150 規定進(jìn)行應力與強度校核。
圖3 微泄漏型式試驗類(lèi)型
圖4 閥體端部連接測量附件
閥門(mén)微泄漏型式試驗過(guò)程中，當閥門(mén)處于高溫或低溫階段時(shí)，主要進(jìn)行微泄漏測量的是閥桿密封部位，且應采用真空法。根據閥桿密封結構(如單填料和雙填料) 設計的附件可以建立閥桿微泄漏測量真空室，方法簡(jiǎn)便，結構可靠，成本低( 圖5 和圖6) 。單填料閥桿通過(guò)雙道O形圈、填料和填料壓蓋在閥桿密封部位建立微泄漏檢測真空室，并在填料壓蓋上開(kāi)設泄漏介質(zhì)檢漏通道和檢漏口。雙填料閥桿密封部位通過(guò)上填料、下填料、填料壓蓋、隔環(huán)等在閥桿密封部位建立微泄漏檢測真空室，并在閥蓋上開(kāi)設泄漏介質(zhì)檢漏通道和檢漏口，隔環(huán)上需有與閥桿直通的通孔。
圖5 單填料閥桿密封部位測量附件
圖6 雙填料閥桿密封部位測量附件
4、結語(yǔ)
閥門(mén)微泄漏檢測技術(shù)的進(jìn)步有利于閥門(mén)的制造和進(jìn)出口貿易。閥門(mén)微泄漏型式試驗真空法檢測為閥體端部和閥桿密封部位的微泄漏測量提供了可靠手段，試驗附件為檢測試驗的完善和實(shí)施提供了保證，拓展了閥門(mén)在不同壓力、溫度( 高溫、低溫) 和機械循環(huán)等條件下閥桿( 靜、動(dòng)) 密封機理與閥桿密封結構失效的研究基礎，為閥門(mén)微泄漏密封結構設計優(yōu)化與密封材料的選擇提供了科學(xué)依據。
