管道閥門耐火試驗設(shè)備研制

2014-09-11 李昱上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院

1、概述

　　閥門是壓力管道上的重要設(shè)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(yīng)用。在標(biāo)準(zhǔn)TSG D7002 - 2006、JB /T 6899 -1993 和ISO 10497 -2004 中，對閥門的耐火試驗提出了相關(guān)要求。本文對耐火試驗設(shè)備及檢測進行探討。

2、檢測要求

　　耐火試驗要求是使閥門體腔內(nèi)的液壓達到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，然后點燃氣體燃料使被測閥門被火焰包圍，在規(guī)定時間內(nèi)閥體周圍溫度達到規(guī)定要求，持續(xù)一定時間，同時檢查泄漏情況。關(guān)閉氣源后，再次檢查閥門泄漏情況。

　　TSG D7002 -2006 中規(guī)定，凡是有耐火標(biāo)志的閥門必須經(jīng)耐火試驗驗證，球閥的試驗方法按照通用閥門法蘭、對焊連接鋼制球閥和有關(guān)閥門的耐火試驗的標(biāo)準(zhǔn)進行。耐火試驗后，閥門的內(nèi)漏和外泄漏量應(yīng)當(dāng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

　　GB /T 12237-2007 中規(guī)定，被試球閥任何部分與試驗箱間的水平距離應(yīng)為15 ～ 24mm，熱電偶位置一個在閥體下方25mm 處，另一個在離填料函半徑為25mm 的范圍內(nèi)。在火焰燃燒的30min 內(nèi)，閥體溫度應(yīng)達到593℃，保溫5min。其測溫?zé)犭娕紤?yīng)安裝在閥體頂部，并與閥體中心線成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(nèi)，如有條件可焊在閥體表面上。球閥應(yīng)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(guī)定，火源至少距離閥門或任何量熱塊150mm，裝有閥門的試驗箱體與試驗閥門各部分間應(yīng)留有至少150mm 的水平間隙，箱體距試驗閥門頂部的最小高度為150mm。從燃燒器點燃算起的2min 內(nèi)熱電偶溫度達到750℃，在隨后的30min 燃燒期內(nèi)，平均溫度應(yīng)保持在750 ～1 000℃，且不出現(xiàn)低于700℃的讀數(shù)。

　　JB /T 6899 -1993 中規(guī)定，試驗閥與試驗箱壁之間應(yīng)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，對于公稱通徑≤150mm 的試驗閥需要2 個測溫塊，對于公稱通徑大于150mm 的試驗閥，要設(shè)3 個測溫塊，測溫塊應(yīng)在離閥體25mm 處。從燃燒器點燃算起的2min 內(nèi)熱電偶溫度達到760℃，在隨后的30min 燃燒期內(nèi)，平均溫度應(yīng)保持在760 ～ 980℃之間，且熱電偶讀數(shù)不得低于705℃。各標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了各泄漏量的規(guī)定值。

3、檢測設(shè)備

　　根據(jù)閥門耐火試驗標(biāo)準(zhǔn)的要求，設(shè)計了遠程控制的安全可靠的測量準(zhǔn)確的檢測設(shè)備( 圖1) 。閥門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://www.mp99x.cn/)認為應(yīng)該由遠程控制系統(tǒng)發(fā)送信號至計算機并實現(xiàn)遠程控制調(diào)整火焰和調(diào)節(jié)試驗溫度。閥門的耐火試驗過程中需要采集圖像、溫度、壓力和泄漏量等數(shù)據(jù)，通過將攝像頭和熱電偶等與智能控制系統(tǒng)連接監(jiān)控試驗過程。

閥門耐火試驗設(shè)備外觀

圖1 閥門耐火試驗設(shè)備外觀

　　在檢測設(shè)備的控制面板上，顯示了進水口端溫度、出水口端溫度、閥門第1 個測試點和第2 個測試點溫度、中心測試點溫度及冷卻時間( 試樣由800℃降至80℃所需要的時間) ，還可以通過控制面板設(shè)定加熱時間( 設(shè)定的試樣加熱所需要的時間) 、加熱計時( 打開加熱時間) 、測試點選擇( 選擇試樣的測試點) 、排氣( 排除試驗室管道中的廢氣) 、燃氣流量調(diào)節(jié)( 調(diào)節(jié)噴燈火焰大小) 和空氣流量調(diào)節(jié)( 調(diào)節(jié)試驗所需空氣流量) 。

　　耐火試驗檢測設(shè)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(shù)量4 個，可以選擇使用。試驗箱一側(cè)橫向設(shè)置3 個噴燈，另一側(cè)橫向設(shè)置3 個噴燈，底部設(shè)置6個與水平面呈45°的噴燈。所有噴燈通過平臺安裝在試驗箱內(nèi)，平臺上設(shè)有燃燒角度任意調(diào)節(jié)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，火焰大小可進行調(diào)節(jié)。噴燈與自動點火裝置相連，內(nèi)部接管與試驗閥門采用法蘭連接，安裝和拆卸方便。燃燒時間可隨意設(shè)定，通過精度為0.1s 的計時器控制。

　　試樣的溫度測試點共有6 組，其中2 組為量熱塊，位置可調(diào)，溫度顯示采用切換顯示方式。試驗箱內(nèi)部管道中的試驗進水溫度和出水溫度可實時監(jiān)控。試驗箱內(nèi)設(shè)有試樣制冷裝置，試驗到達設(shè)定燃燒時間將自動停燃，并進入試樣冷卻時間。冷卻方式分自然冷卻和水淋冷卻兩種，并實時監(jiān)控溫度從800℃降至80℃時所需要的時間。試驗箱、抽風(fēng)系統(tǒng)以及試驗箱的內(nèi)部管道均采用不銹鋼材料制作。試驗箱內(nèi)部箱體均加固處理和防水處理，保證在燃燒試驗和加壓過程中設(shè)備性能穩(wěn)定。設(shè)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。

耐火試驗設(shè)備結(jié)構(gòu)

圖2 耐火試驗設(shè)備結(jié)構(gòu)

　　閥門耐火試驗要求，在火燒試驗過程中、火燒試驗停止后及被測閥門溫度降到100℃以下時，都能夠進行壓力的調(diào)節(jié)及保壓動作，且在這三個過程中都能夠進行溫度的采集。通過壓力傳感器，能夠?qū)⒈粰z測閥門的試驗壓力在加壓站上的數(shù)顯表上顯示出來。通過熱電偶能實時監(jiān)控被檢測閥門的火燒溫度并顯示在加壓站上的數(shù)顯表上。

　　當(dāng)火燒溫度達到760℃時，手動逐漸減小進氣流量，開始進行余火保溫?zé)迹⑹謩涌刂谱罡邿紲囟戎?80℃，此時壓力傳感器將被檢測閥門的火燒壓力在加壓站上的數(shù)顯表上顯示出來�；馃陂g每隔2min，系統(tǒng)會自動記錄各壓力儀表、溫度儀表的試驗數(shù)據(jù)。

　　當(dāng)火燒加熱過程中發(fā)現(xiàn)放氣截止閥有水蒸汽冒出時，關(guān)閉放氣截止閥。此時從被測閥中泄漏的水蒸汽經(jīng)冷凝水箱凝結(jié)成水流至量杯中，當(dāng)整個火燒時間達到設(shè)定時間30min 時，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程中的泄漏量。

　　延時一段時間后打開火燒爐門，用通風(fēng)機對火燒腔進行強制冷卻直至閥門的溫度降至100℃，此時繼續(xù)收集泄漏水量。當(dāng)閥門溫度降至100℃，關(guān)停高壓水泵電機的按紐，關(guān)閉截止閥和減壓閥，打開卸荷閥，將閥門管路中的高壓氣液卸至回水管路中。同時記錄量杯的泄漏水量與標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的值進行對比，以此判定經(jīng)過火燒試驗的閥門是否能達到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的耐火試驗要求。

　　火燒完畢后，將閥門完全冷卻至20℃時的檢測原理和上面所述相同，也是通過壓力傳感器將被檢測閥門的水壓測試壓力顯示在數(shù)顯表上，同時通過量杯收集的泄漏水量和標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的值進行對比，以此來判定試驗過的閥門是否合格。

　　當(dāng)裝置的疲勞次數(shù)達到設(shè)定值時，系統(tǒng)會自動停止工作，當(dāng)系統(tǒng)壓力超過設(shè)定壓力時，系統(tǒng)會自動卸壓，以此來確保試驗過程的安全性。