管道阀门耐火试验设备研制

2014-09-11 李昱上海市特种设备监督检验技术研究院

1、概述

　　阀门是压力管道上的重要设备，在石油化工、钢铁冶炼、火力发电、核电及水利水电等各行业都有广泛的应用。在标准TSG D7002 - 2006、JB /T 6899 -1993 和ISO 10497 -2004 中，对阀门的耐火试验提出了相关要求。本文对耐火试验设备及检测进行探讨。

2、检测要求

　　耐火试验要求是使阀门体腔内的液压达到标准规定值，然后点燃气体燃料使被测阀门被火焰包围，在规定时间内阀体周围温度达到规定要求，持续一定时间，同时检查泄漏情况。关闭气源后，再次检查阀门泄漏情况。

　　TSG D7002 -2006 中规定，凡是有耐火标志的阀门必须经耐火试验验证，球阀的试验方法按照通用阀门法兰、对焊连接钢制球阀和有关阀门的耐火试验的标准进行。耐火试验后，阀门的内漏和外泄漏量应当符合相应标准的规定。

　　GB /T 12237-2007 中规定，被试球阀任何部分与试验箱间的水平距离应为15 ～ 24mm，热电偶位置一个在阀体下方25mm 处，另一个在离填料函半径为25mm 的范围内。在火焰燃烧的30min 内，阀体温度应达到593℃，保温5min。其测温热电偶应安装在阀体顶部，并与阀体中心线成60°夹角的不受火焰影响的位置上。热电偶可插入离阀体表面上小于1. 6mm 的深处，也可装在体腔内，如有条件可焊在阀体表面上。球阀应在760 ～ 870℃的火焰中烧30min，温度为热电偶所测的平均值。

　　ISO 10497 - 2004 中规定，火源至少距离阀门或任何量热块150mm，装有阀门的试验箱体与试验阀门各部分间应留有至少150mm 的水平间隙，箱体距试验阀门顶部的最小高度为150mm。从燃烧器点燃算起的2min 内热电偶温度达到750℃，在随后的30min 燃烧期内，平均温度应保持在750 ～1 000℃，且不出现低于700℃的读数。

　　JB /T 6899 -1993 中规定，试验阀与试验箱壁之间应至少留150mm 的水平间隙，试验箱顶部至少比试验阀顶部高150mm。测温块中心放置热电偶，对于公称通径≤150mm 的试验阀需要2 个测温块，对于公称通径大于150mm 的试验阀，要设3 个测温块，测温块应在离阀体25mm 处。从燃烧器点燃算起的2min 内热电偶温度达到760℃，在随后的30min 燃烧期内，平均温度应保持在760 ～ 980℃之间，且热电偶读数不得低于705℃。各标准都规定了各泄漏量的规定值。

3、检测设备

　　根据阀门耐火试验标准的要求，设计了远程控制的安全可靠的测量准确的检测设备( 图1) 。阀门耐火试验的热源采用液化天然气。为了保证试验安全研制了远程控制器，真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为应该由远程控制系统发送信号至计算机并实现远程控制调整火焰和调节试验温度。阀门的耐火试验过程中需要采集图像、温度、压力和泄漏量等数据，通过将摄像头和热电偶等与智能控制系统连接监控试验过程。

阀门耐火试验设备外观

图1 阀门耐火试验设备外观

　　在检测设备的控制面板上，显示了进水口端温度、出水口端温度、阀门第1 个测试点和第2 个测试点温度、中心测试点温度及冷却时间( 试样由800℃降至80℃所需要的时间) ，还可以通过控制面板设定加热时间( 设定的试样加热所需要的时间) 、加热计时( 打开加热时间) 、测试点选择( 选择试样的测试点) 、排气( 排除试验室管道中的废气) 、燃气流量调节( 调节喷灯火焰大小) 和空气流量调节( 调节试验所需空气流量) 。

　　耐火试验检测设备的燃气流量采用流量计控制( 图2) 。喷灯直径35mm，采用3 组单独控制单元，每组数量4 个，可以选择使用。试验箱一侧横向设置3 个喷灯，另一侧横向设置3 个喷灯，底部设置6个与水平面呈45°的喷灯。所有喷灯通过平台安装在试验箱内，平台上设有燃烧角度任意调节装置。喷灯喷出的火焰中蓝色火焰高度为55mm，火焰总高度为175mm，火焰大小可进行调节。喷灯与自动点火装置相连，内部接管与试验阀门采用法兰连接，安装和拆卸方便。燃烧时间可随意设定，通过精度为0.1s 的计时器控制。

　　试样的温度测试点共有6 组，其中2 组为量热块，位置可调，温度显示采用切换显示方式。试验箱内部管道中的试验进水温度和出水温度可实时监控。试验箱内设有试样制冷装置，试验到达设定燃烧时间将自动停燃，并进入试样冷却时间。冷却方式分自然冷却和水淋冷却两种，并实时监控温度从800℃降至80℃时所需要的时间。试验箱、抽风系统以及试验箱的内部管道均采用不锈钢材料制作。试验箱内部箱体均加固处理和防水处理，保证在燃烧试验和加压过程中设备性能稳定。设备的试验台样品架、接头及其他附件配件均为不锈钢或铜材料制作。

耐火试验设备结构

图2 耐火试验设备结构

　　阀门耐火试验要求，在火烧试验过程中、火烧试验停止后及被测阀门温度降到100℃以下时，都能够进行压力的调节及保压动作，且在这三个过程中都能够进行温度的采集。通过压力传感器，能够将被检测阀门的试验压力在加压站上的数显表上显示出来。通过热电偶能实时监控被检测阀门的火烧温度并显示在加压站上的数显表上。

　　当火烧温度达到760℃时，手动逐渐减小进气流量，开始进行余火保温烧燃，并手动控制最高烧燃温度至980℃，此时压力传感器将被检测阀门的火烧压力在加压站上的数显表上显示出来。火烧期间每隔2min，系统会自动记录各压力仪表、温度仪表的试验数据。

　　当火烧加热过程中发现放气截止阀有水蒸汽冒出时，关闭放气截止阀。此时从被测阀中泄漏的水蒸汽经冷凝水箱凝结成水流至量杯中，当整个火烧时间达到设定时间30min 时，停止火烧试验，读取量杯中所收集的水量，可获得被测阀在火烧过程中的泄漏量。

　　延时一段时间后打开火烧炉门，用通风机对火烧腔进行强制冷却直至阀门的温度降至100℃，此时继续收集泄漏水量。当阀门温度降至100℃，关停高压水泵电机的按纽，关闭截止阀和减压阀，打开卸荷阀，将阀门管路中的高压气液卸至回水管路中。同时记录量杯的泄漏水量与标准所规定的值进行对比，以此判定经过火烧试验的阀门是否能达到标准规定的耐火试验要求。

　　火烧完毕后，将阀门完全冷却至20℃时的检测原理和上面所述相同，也是通过压力传感器将被检测阀门的水压测试压力显示在数显表上，同时通过量杯收集的泄漏水量和标准所规定的值进行对比，以此来判定试验过的阀门是否合格。

　　当装置的疲劳次数达到设定值时，系统会自动停止工作，当系统压力超过设定压力时，系统会自动卸压，以此来确保试验过程的安全性。