管道閥門(mén)耐火試驗設備研制

1、概述

　　閥門(mén)是壓力管道上的重要設備，在石油化工、鋼鐵冶煉、火力發(fā)電、核電及水利水電等各行業(yè)都有廣泛的應用。在標準TSG D7002 - 2006、JB /T 6899 -1993 和ISO 10497 -2004 中，對閥門(mén)的耐火試驗提出了相關(guān)要求。本文對耐火試驗設備及檢測進(jìn)行探討。

2、檢測要求

　　耐火試驗要求是使閥門(mén)體腔內的液壓達到標準規定值，然后點(diǎn)燃氣體燃料使被測閥門(mén)被火焰包圍，在規定時(shí)間內閥體周?chē)鷾囟冗_到規定要求，持續一定時(shí)間，同時(shí)檢查泄漏情況。關(guān)閉氣源后，再次檢查閥門(mén)泄漏情況。

　　TSG D7002 -2006 中規定，凡是有耐火標志的閥門(mén)必須經(jīng)耐火試驗驗證，球閥的試驗方法按照通用閥門(mén)法蘭、對焊連接鋼制球閥和有關(guān)閥門(mén)的耐火試驗的標準進(jìn)行。耐火試驗后，閥門(mén)的內漏和外泄漏量應當符合相應標準的規定。

　　GB /T 12237-2007 中規定，被試球閥任何部分與試驗箱間的水平距離應為15 ～ 24mm，熱電偶位置一個(gè)在閥體下方25mm 處，另一個(gè)在離填料函半徑為25mm 的范圍內。在火焰燃燒的30min 內，閥體溫度應達到593℃，保溫5min。其測溫熱電偶應安裝在閥體頂部，并與閥體中心線(xiàn)成60°夾角的不受火焰影響的位置上。熱電偶可插入離閥體表面上小于1. 6mm 的深處，也可裝在體腔內，如有條件可焊在閥體表面上。球閥應在760 ～ 870℃的火焰中燒30min，溫度為熱電偶所測的平均值。

　　ISO 10497 - 2004 中規定，火源至少距離閥門(mén)或任何量熱塊150mm，裝有閥門(mén)的試驗箱體與試驗閥門(mén)各部分間應留有至少150mm 的水平間隙，箱體距試驗閥門(mén)頂部的最小高度為150mm。從燃燒器點(diǎn)燃算起的2min 內熱電偶溫度達到750℃，在隨后的30min 燃燒期內，平均溫度應保持在750 ～1 000℃，且不出現低于700℃的讀數。

　　JB /T 6899 -1993 中規定，試驗閥與試驗箱壁之間應至少留150mm 的水平間隙，試驗箱頂部至少比試驗閥頂部高150mm。測溫塊中心放置熱電偶，對于公稱(chēng)通徑≤150mm 的試驗閥需要2 個(gè)測溫塊，對于公稱(chēng)通徑大于150mm 的試驗閥，要設3 個(gè)測溫塊，測溫塊應在離閥體25mm 處。從燃燒器點(diǎn)燃算起的2min 內熱電偶溫度達到760℃，在隨后的30min 燃燒期內，平均溫度應保持在760 ～ 980℃之間，且熱電偶讀數不得低于705℃。各標準都規定了各泄漏量的規定值。

3、檢測設備

　　根據閥門(mén)耐火試驗標準的要求，設計了遠程控制的安全可靠的測量準確的檢測設備( 圖1) 。閥門(mén)耐火試驗的熱源采用液化天然氣。為了保證試驗安全研制了遠程控制器，真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為應該由遠程控制系統發(fā)送信號至計算機并實(shí)現遠程控制調整火焰和調節試驗溫度。閥門(mén)的耐火試驗過(guò)程中需要采集圖像、溫度、壓力和泄漏量等數據，通過(guò)將攝像頭和熱電偶等與智能控制系統連接監控試驗過(guò)程。

圖1 閥門(mén)耐火試驗設備外觀(guān)

　　在檢測設備的控制面板上，顯示了進(jìn)水口端溫度、出水口端溫度、閥門(mén)第1 個(gè)測試點(diǎn)和第2 個(gè)測試點(diǎn)溫度、中心測試點(diǎn)溫度及冷卻時(shí)間( 試樣由800℃降至80℃所需要的時(shí)間) ，還可以通過(guò)控制面板設定加熱時(shí)間( 設定的試樣加熱所需要的時(shí)間) 、加熱計時(shí)( 打開(kāi)加熱時(shí)間) 、測試點(diǎn)選擇( 選擇試樣的測試點(diǎn)) 、排氣( 排除試驗室管道中的廢氣) 、燃氣流量調節( 調節噴燈火焰大小) 和空氣流量調節( 調節試驗所需空氣流量) 。

　　耐火試驗檢測設備的燃氣流量采用流量計控制( 圖2) 。噴燈直徑35mm，采用3 組單獨控制單元，每組數量4 個(gè)，可以選擇使用。試驗箱一側橫向設置3 個(gè)噴燈，另一側橫向設置3 個(gè)噴燈，底部設置6個(gè)與水平面呈45°的噴燈。所有噴燈通過(guò)平臺安裝在試驗箱內，平臺上設有燃燒角度任意調節裝置。噴燈噴出的火焰中藍色火焰高度為55mm，火焰總高度為175mm，火焰大小可進(jìn)行調節。噴燈與自動(dòng)點(diǎn)火裝置相連，內部接管與試驗閥門(mén)采用法蘭連接，安裝和拆卸方便。燃燒時(shí)間可隨意設定，通過(guò)精度為0.1s 的計時(shí)器控制。

　　試樣的溫度測試點(diǎn)共有6 組，其中2 組為量熱塊，位置可調，溫度顯示采用切換顯示方式。試驗箱內部管道中的試驗進(jìn)水溫度和出水溫度可實(shí)時(shí)監控。試驗箱內設有試樣制冷裝置，試驗到達設定燃燒時(shí)間將自動(dòng)停燃，并進(jìn)入試樣冷卻時(shí)間。冷卻方式分自然冷卻和水淋冷卻兩種，并實(shí)時(shí)監控溫度從800℃降至80℃時(shí)所需要的時(shí)間。試驗箱、抽風(fēng)系統以及試驗箱的內部管道均采用不銹鋼材料制作。試驗箱內部箱體均加固處理和防水處理，保證在燃燒試驗和加壓過(guò)程中設備性能穩定。設備的試驗臺樣品架、接頭及其他附件配件均為不銹鋼或銅材料制作。

圖2 耐火試驗設備結構

　　閥門(mén)耐火試驗要求，在火燒試驗過(guò)程中、火燒試驗停止后及被測閥門(mén)溫度降到100℃以下時(shí)，都能夠進(jìn)行壓力的調節及保壓動(dòng)作，且在這三個(gè)過(guò)程中都能夠進(jìn)行溫度的采集。通過(guò)壓力傳感器，能夠將被檢測閥門(mén)的試驗壓力在加壓站上的數顯表上顯示出來(lái)。通過(guò)熱電偶能實(shí)時(shí)監控被檢測閥門(mén)的火燒溫度并顯示在加壓站上的數顯表上。

　　當火燒溫度達到760℃時(shí)，手動(dòng)逐漸減小進(jìn)氣流量，開(kāi)始進(jìn)行余火保溫燒燃，并手動(dòng)控制最高燒燃溫度至980℃，此時(shí)壓力傳感器將被檢測閥門(mén)的火燒壓力在加壓站上的數顯表上顯示出來(lái)�；馃�期間每隔2min，系統會(huì )自動(dòng)記錄各壓力儀表、溫度儀表的試驗數據。

　　當火燒加熱過(guò)程中發(fā)現放氣截止閥有水蒸汽冒出時(shí)，關(guān)閉放氣截止閥。此時(shí)從被測閥中泄漏的水蒸汽經(jīng)冷凝水箱凝結成水流至量杯中，當整個(gè)火燒時(shí)間達到設定時(shí)間30min 時(shí)，停止火燒試驗，讀取量杯中所收集的水量，可獲得被測閥在火燒過(guò)程中的泄漏量。

　　延時(shí)一段時(shí)間后打開(kāi)火燒爐門(mén)，用通風(fēng)機對火燒腔進(jìn)行強制冷卻直至閥門(mén)的溫度降至100℃，此時(shí)繼續收集泄漏水量。當閥門(mén)溫度降至100℃，關(guān)停高壓水泵電機的按紐，關(guān)閉截止閥和減壓閥，打開(kāi)卸荷閥，將閥門(mén)管路中的高壓氣液卸至回水管路中。同時(shí)記錄量杯的泄漏水量與標準所規定的值進(jìn)行對比，以此判定經(jīng)過(guò)火燒試驗的閥門(mén)是否能達到標準規定的耐火試驗要求。

　　火燒完畢后，將閥門(mén)完全冷卻至20℃時(shí)的檢測原理和上面所述相同，也是通過(guò)壓力傳感器將被檢測閥門(mén)的水壓測試壓力顯示在數顯表上，同時(shí)通過(guò)量杯收集的泄漏水量和標準所規定的值進(jìn)行對比，以此來(lái)判定試驗過(guò)的閥門(mén)是否合格。

　　當裝置的疲勞次數達到設定值時(shí)，系統會(huì )自動(dòng)停止工作，當系統壓力超過(guò)設定壓力時(shí)，系統會(huì )自動(dòng)卸壓，以此來(lái)確保試驗過(guò)程的安全性。

4、結語(yǔ)

　　根據閥門(mén)耐火試驗標準要求設計的檢測設備，實(shí)現了智能化遠程控制，檢測數據準確，可以實(shí)時(shí)監控，性能穩定，操作安全，提高了閥門(mén)質(zhì)量檢測的水平和能力。