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

常見的超低溫閥門包括超低溫球閥、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)閥門在超低溫下使用的要求，超低溫閥門的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和安裝方法等均與普通閥門有不同之處[1]。而市面上缺乏性能好的超低溫閥門試驗(yàn)裝置用來檢測該類型閥門的性能。而且超低溫試驗(yàn)介質(zhì)和氣體價格昂貴，試驗(yàn)成本高。而常規(guī)的閥門試驗(yàn)裝置采用水等廉價液體介質(zhì)和氣體試驗(yàn)，其不需要考慮成本、外泄安全等問題，因此采用常規(guī)的閥門試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)，成本極高且無法保障生產(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，將閥門固定在壓力試驗(yàn)機(jī)上，然后同樣是通過該原理，將試驗(yàn)介質(zhì)（常用的為水）通過高壓管通入閥腔，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)有常見低溫閥門試驗(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部分共同組成。試驗(yàn)步驟如下：閥門安裝在容器內(nèi)并連接好所有接頭，確保閥門填料壓套安裝在容器上部沒有汽化氣體的位置。閥門在放入液氮箱體前需要將測溫?zé)犭娕挤胖迷陂y門以下位置：閥體（外部）、球體或閥門內(nèi)腔、閥蓋（填料函、填料區(qū)域）；閥門連同試驗(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、閥門冷卻至-196℃時，用熱電偶檢測閥體、球體、閥蓋的溫度并記錄。確認(rèn)溫度達(dá)到試驗(yàn)要求時，閥門一端按相關(guān)規(guī)范階梯段通入氦氣，出口端對應(yīng)在規(guī)定時間穩(wěn)壓后檢測相應(yīng)的泄漏率，直至合格取出閥門，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）被測閥門在試驗(yàn)槽內(nèi)沒有合理固定位置，開關(guān)閥門時，被測閥門會晃動，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)致最終測試結(jié)果誤差較大。（3）測試完成后，氦氣自然排放到大氣中，資源浪費(fèi)較大。

2 新型超低溫閥門試驗(yàn)裝置

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

圖2 （單路測試）

圖3 （多路并聯(lián)測試）

在該套設(shè)備中，液氮儲罐作為冷媒介質(zhì)主要儲存在立罐中，儲罐的加液口為標(biāo)準(zhǔn)快接口，方便槽車加液。為避免測試過程中因氦氣壓力不足，我們設(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施壓。測試前，與現(xiàn)有低溫試驗(yàn)裝置一樣，先將被測閥用專用工裝固定在對應(yīng)的槽箱內(nèi)，此處為了避免閥門在開關(guān)時晃動，定制一個多用固定工裝，閥門裝在工裝內(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)需要開關(guān)被測閥門時，工裝因四周限位就不會晃動，閥門就能輕易在外力作用下實(shí)現(xiàn)開關(guān)[7]。

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

為了避免測試后昂貴的氦氣浪費(fèi)，我們在該套測試系統(tǒng)中增設(shè)了氦氣回收裝置，該裝置具有雙重作用。在閥門測試過程中，如果因壓力源壓力不足，我們可以啟動增壓系統(tǒng)，將被測閥試驗(yàn)壓力增壓至所需規(guī)定值，而不必增加新的氦氣瓶組；測試完成后，我們可以先采用壓力平衡法，先讓被測閥和壓力源氣瓶內(nèi)的壓力自然平衡，然后啟動增壓泵，通過換向閥，將閥內(nèi)氣體壓回氦氣瓶中，在該過程中，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)是增壓回收對泵的要求較高，如果二者之間壓差較大，增壓回收的時間會相對較長，所以合理選擇對應(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)超低溫閥門實(shí)際情況，改進(jìn)了原有的專用工裝；在原來的系統(tǒng)中，對于被測焊接端閥門，一堆盲板對應(yīng)一種壓力規(guī)格的閥門，造成的結(jié)果就是工裝盲板越來越多！在該系統(tǒng)中，我們設(shè)置了多用盲板，針對不同坡口尺寸，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]。

該裝置最后一個大的優(yōu)點(diǎn)就是可以多路并聯(lián)測試，為了適應(yīng)生產(chǎn)實(shí)際需求，在超低溫閥門測試時，往往都是大批量需要在短期內(nèi)測試完成，所以過去單獨(dú)通過一個槽箱逐臺測試的方法已經(jīng)不能滿足實(shí)際需要了，該套新的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)多臺并聯(lián)測試，各路之間相互獨(dú)立，互不干涉，直接提高了測試效率[10]。

3 結(jié)語

新型超低溫閥門試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在多個方面，尤其是現(xiàn)在快速發(fā)展的現(xiàn)在工業(yè)社會，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有的測試系統(tǒng)。其中氦氣作為目前昂貴的測試媒介，過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。