Ventil-Tieftemperaturprüfung

Die Ventil-Tieftemperaturprüfung ist ein wichtiges Mittel zur Überprüfung der Leistung von Tieftemperaturventilen. Die in der aktuellen Norm festgelegte Prüfmethode für Tieftemperaturventile unterscheidet sich von den tatsächlichen Arbeitsbedingungen. Unsachgemäße Bedienung kann leicht zu Verzerrungen der Prüfergebnisse und sogar zu Beschädigungen des geprüften Ventils führen. Die von uns produzierten Ventile werden einer professionellen Tieftemperaturprüfung unterzogen.

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Was Sie über Ventil-Tieftemperaturprüfungen wissen müssen!

Ventil-Tieftemperaturprüfung

Die Tieftemperaturprüfung ist ein wichtiges Mittel zur Überprüfung der Leistung von Tieftemperaturventilen und muss, wie in der aktuellen Norm angegeben, je nach Arbeitsbedingungen unterschiedlich durchgeführt werden. Eine unsachgemäße Durchführung der Prüfung kann zu Verzerrungen der Prüfergebnisse oder sogar zu Beschädigungen des geprüften Rohrs führen.

In diesem Papier werden wir uns hauptsächlich mit der speziellen Struktur des Tieftemperaturventils befassen Kugelhahn, die Probleme analysieren, die bei der Prüfung dieses Ventils leicht auftreten können, und einige Gegenmaßnahmen auf der Grundlage von Erfahrungen aus dem tatsächlichen Betrieb vorschlagen.

Einleitung

Kugelhähne werden aufgrund ihrer schnellen Öffnungs- und Schließcharakteristik, ihrer zuverlässigen Abdichtung, ihrer einfachen Struktur, ihres geringen Gewichts und ihres geringen Strömungswiderstands in Tieftemperatur-Rohrleitungssystemen weit verbreitet eingesetzt. Mit Ausnahme einer kleinen Anzahl spezieller und untypischer Konstruktionen handelt es sich bei den meisten in industriellen Tieftemperaturleitungen verwendeten Kugelhähnen um nichtmetallische Weichdichtungs-Ventilsitzkonstruktionen. Aufgrund rauer Betriebsbedingungen und kritischer Funktionen haben sie hohe Dichtungsanforderungen und eine strenge Leistungsbewertung. Die Leistungprüfung ist ein Schlüsselprozess bei der Herstellung und Verwendung. Die Tieftemperaturprüfung von Kugelhähnen hat einige Besonderheiten, und es wird davon ausgegangen, dass das Verständnis und die Beherrschung der Prinzipien, Methoden und Merkmale die Produktqualität verbessern und sichere und effektive Konstruktionen gewährleisten können.

Tieftemperaturprüfung des Ventils

1) Geltungsbereich

Die Tieftemperaturprüfung von Ventilen dient zur Prüfung der Leistung des Ventils bei niedrigen Temperaturen in einer simulierten Tieftemperatur-Arbeitsumgebung und kann die Leistung des Ventils bei niedrigen Temperaturen bewerten. Derzeit sind die wichtigsten Normen für Tieftemperaturventilprüfungen: GB/T24925-2010, BS 6364:1984 usw.

Die Hauptinhalte des Tieftemperaturtests umfassen:

 Prüfung des Dichtzustands von Dichtungen

 Packungen, obere Dichtungen

 Betriebsleistung der gesamten Maschine unter Druckbedingungen Testparameter umfassen:

 Ventilkörper

 Deckel

 Ventilspindel

 Ventilteller

 Stopfbuchspackung

 Kältemittel

 Umgebungstemperatur

 momentaner Verlust

 kumulativer Verlust und mittlerer Verlust am Ventilauslass

 extreme Schwankungen des mittleren Prüfdrucks

 Das Prüfmedium ist im Allgemeinen Helium.

2) Prüfgerät

Das Prüfgerät besteht hauptsächlich aus drei Teilen: Tieftemperatursystem, Drucksystem sowie Mess- und Regelsystem.

Das Tieftemperatursystem verwendet flüssigen Stickstoff als Kältemittel, um eine geeignete Tieftemperaturumgebung zu schaffen. Es sollte zwei Kühlmodi haben: Tauchen und Sprühen. Davon sollte die Sprühkühlmethode eine einstellbare Temperatur von 0 bis -196 °C erreichen können. Die für das wertvolle Prüfmedium benötigte Druckquelle sollte so weit wie möglich recycelt und wiederverwendet werden können; das Mess- und Regelsystem ist für die Erfassung, Induktion und Auswertung verschiedener physikalischer Größen während des Prüfprozesses sowie für die Verwaltung von Hilfsparametern zuständig.

und Testparameter sowie für die Prozesssteuerung der gesamten Prüfeinrichtung. Bereitstellung einer vollständigen Mensch-Maschine-Schnittstelle.

3) Prüfprozess

Vor der Tieftemperaturprüfung muss das zu prüfende Ventil vollständig getrocknet werden, um Fett und Ablagerungen im Ventil zu entfernen. Installieren Sie das Tieftemperaturventil im Tieftemperatur-Prüfbehälter, verbinden Sie alle Verbindungen, stellen Sie sicher, dass der Packungsteil des Ventils über der Isolierhaube liegt und die Temperatur über 0 °C gehalten wird. Tauchen Sie das Ventil in die Tieftemperaturflüssigkeit, bedecken Sie das obere Ende der Verbindung zwischen dem Ventilkörper und der Haube oder verwenden Sie eine Düse, um die Tieftemperaturflüssigkeit gleichmäßig unter den Ventilhaubenhals zu sprühen, um das Ventil auf die entsprechende Testtemperatur abzukühlen. Halten Sie es einige Zeit, bis die Temperatur überall stabil ist und die Temperaturänderung innerhalb von ± 5 °C liegt. Öffnen und schließen Sie das Ventil mehrmals, um seine Betriebsleistung bei niedriger Temperatur zu überprüfen; schließen Sie das Ventil, drücken Sie es in der normalen Durchflussrichtung unter Druck und führen Sie einen Dichtheitstest durch. Stellen Sie das Ventil dann in den halb geöffneten Zustand, schließen Sie das Nadelventil am Auslassende und prüfen Sie die Dichtheit der Ventildichtung und die Verbindung zwischen Ventilkörper und Haube. Vergleichen Sie die Testergebnisse mit den entsprechenden Normen, beurteilen Sie die Ergebnisse und ziehen Sie eine Schlussfolgerung.

Worauf bei Tieftemperatur-Kugelhahn-Tests zu achten ist

1) Unterschiede zu tatsächlichen Betriebsbedingungen

Die von aktuellen Normen und Daten empfohlenen Tieftemperatur-Prüfmethoden verwenden fast alle die externe Kühlmethode, d. h. die Verwendung von Kältemittel zur Wärmeabfuhr von außen des zu prüfenden Ventils, um die Temperatur des Ventils zu senken. Die tatsächlichen Betriebsbedingungen des Tieftemperaturventils sind: das Tieftemperaturfluid strömt von innen in das Ventil und die Außenseite kommt mit normaler oder relativ hoher Umgebungstemperatur in Kontakt.

Das Problem, das sich aus der externen Kühlmethode ergibt, ist, dass das Tieftemperaturventil in der Anfangsphase des Tests einen Temperaturgradienten aufweist, der entgegengesetzt zu den realen Arbeitsbedingungen ist. Bei Tieftemperatur-Kugelhähnen werden Körper und Deckel schnell gekühlt, was zu einer Volumenkontraktion führt.

Zu diesem Zeitpunkt sind die Kugel und der Ventilsitz noch nicht vollständig kalt, hauptsächlich aufgrund der isolierenden Wirkung des nichtmetallischen Ventilsitzes, was den Wärmeübertragungsprozess weiter verzögert. Zu diesem Zeitpunkt ist die ursprüngliche Kopplung verändert und der nichtmetallische Ventilsitz oder der nichtmetallische Dichtring des kombinierten Ventilsitzes kann übermäßig extrudiert werden, was die Bewegung jeder Komponente erschwert.

Dieses Phänomen nennen wir:

Tieftemperatur-Blockierung.

Die Tieftemperatur-Blockierung führt zu einer permanenten Verformung des nichtmetallischen Ventilsitzes, dem sogenannten “Kaltfluss”-Phänomen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von nichtmetallischen Materialien wie PTFE ist größer als der von metallischen Materialien. Die Innenteile ziehen sich zusammen, der spezifische Druck der Dichtung nimmt ab oder verschwindet, und das Dichtungspaar versagt. Selbst wenn das Produkt den Tieftemperaturtest besteht, kann immer ein Temperaturgradient der tatsächlichen Arbeitsbedingungen der Tieftemperaturleitung bestehen. Wenn die Temperatur des Ventilkörpers höher ist als die der Innenteile, wird der während der Montage aufgebrachte spezifische Dichtungsdruck reduziert und es kann dennoch zu einem Dichtungsausfall kommen.

2) Tieftemperatur-Blockierung

Die Schäden durch Tieftemperatur-Lockout sind manchmal schwerwiegend. Neben der Extrusion des Ventilsitzes werden auch die Befestigungselemente und Dichtungselemente, die das Gehäuse verbinden, durch abnormal erhöhte Spannungen beschädigt, und das Gehäuse und die Innenteile umarmen sich. Nach dem Anziehen ist die Spannungsituation komplex und kann in schweren Fällen zu permanenten strukturellen Veränderungen führen. Wenn das Tieftemperatur-Kugelhahn bei niedriger Temperatur blockiert, ist es am besten, die Öffnungs- und Schließvorgänge nicht sofort durchzuführen. Die Öffnungs- und Schließvorgänge zu diesem Zeitpunkt erzeugen leicht eine Reihe von Eindrücken auf dem Dichtfläche des Ventils Sitz unter der Einwirkung großer Spannungen und verursachen sogar die Kugelöffnung. Das Phänomen des “Nagens und Schneidens” am Ventilsitz macht den Ventilsitz vollständig ungültig.

Das wirksame Mittel zur Verhinderung von Tieftemperatur-Lockout-Schäden ist die Kontrolle der Kühlrate, das Halten des Ventils in der vollständig geöffneten oder vollständig geschlossenen Position während des Kühlvorgangs, das Messen der Temperatur im Ventil, das Aufrechterhalten einer bestimmten Temperaturstabilisierungszeit und das Bemühen, so viel wie möglich vor den Öffnungs- und Schließvorgängen zu tun.

3) Einfluss von Tieftemperatureigenschaften von Werkstoffen

Derzeit bestehen die metallischen Werkstoffe von Tieftemperaturventilen, insbesondere von Tieftemperaturventilen für LNG und andere Flüssigkeiten, hauptsächlich aus Ni-Cr-austenitischen Edelstählen wie 304, 304L, 316, 316L, die auch bei niedrigen Temperaturen eine gute Festigkeit und Zähigkeit aufweisen. Diese Werkstoffe haben jedoch auch einige Nachteile, da es sich um metastabile Edelstähle handelt, die bei niedrigen Temperaturen eine metallographische Umwandlung in Martensit durchlaufen. Die Dichte des Martensits mit kubischer Gitterstruktur ist geringer als die des oberflächlichen Austenits mit kubischer Gitterstruktur, was nach der Umwandlung bei niedriger Temperatur zu einer Volumenausdehnung und Verformung der Teile führt.

Darüber hinaus führt die Absenkung der Temperatur auch zu einer Schrumpfung der Metallstruktur, die wiederum eine thermische Spannung erzeugt. Wenn diese Spannung den Streckpunkt des Werkstoffs überschreitet, führt dies zu einer irreversiblen bleibenden Verformung. Daher ist der Tieftemperaturbehandlungsprozess für niedrige Temperaturen Ventilteile ist sehr kritisch. Der Zweck der kryogenen Behandlung ist es sicherzustellen, dass diese Phasenübergänge und Verformungen vor der Fertigstellung vollständig erfolgen, um die strukturelle Stabilität der fertigen Teile und Komponenten zu gewährleisten.

Das Tieftemperaturventil, dessen Teile keiner kryogenen Behandlung unterzogen wurden, kann nach dem Eintritt in die Tieftemperaturumgebung zu einer Verschlechterung der Gesamtleistung der gesamten Maschine führen. Der nichtmetallische Ventilsitz des Tieftemperatur-Kugelhahns besteht im Allgemeinen aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Polychlortrifluorethylen (PCTFE). Die theoretische Versprödungstemperatur von PTFE und PCTFE liegt bei -180 ~ -195 ℃, aber in der kommerziellen Realität können die chemisch eingekauften Produkte diese Temperatur nicht erreichen, und die durch die Tieftemperaturversprödung des Ventilsitzes verursachten Schäden sind manchmal schwerwiegend. Der versprödete Ventilsitz hat seine elastische Kompensationsfähigkeit verloren. Wenn die Kugelgenauigkeit nicht hoch genug ist, ist die Dichtheit schwer zu erreichen, insbesondere aufgrund der Null-Leckage-Anforderungen von weichdichtenden Ventilsitzen, die in chinesischen Normen festgelegt sind. Darüber hinaus erhöht sich die Härte des versprödeten Ventilsitzes erheblich, was zu Beschädigungen der Kugeloberfläche oder zur Versprödung des Ventilsitzes führen kann.

4) Einfluss der Abkühlrate

Die Kühlrate beim Eintauchen ist tatsächlich sehr schwer zu kontrollieren und hängt vom Oberflächenzustand des Ventils und der Wärmeleitfähigkeit des Materials ab. Die Sprühmethode kann jedoch die Kühlrate durch Steuerung der Menge des flüssigen Stickstoffsprays anpassen. Theoretisch kann eine niedrigere Kühlrate die Temperaturdifferenz zwischen der Innen- und Außenseite des Ventils reduzieren und den Temperaturgradienten verringern, was dem Prüfprozess zugutekommt, aber den Verbrauch an flüssigem Stickstoff erhöht.

Die Kühlrate sollte entsprechend den spezifischen Parametern des geprüften Ventils bestimmt werden, wie z. B. Durchmesser, Wandstärke, strukturelle Bedingungen, interne Komponenten und so weiter. Eine übermäßig schnelle Kühlrate verschlimmert das Tieftemperatur-Locking-Phänomen, und ein übermäßig großer Temperaturgradient verursacht hohe innere Spannungen, die zu Bauteilschäden führen.

Verbrauchssteuerung von Prüfkältemittel und Medium

1) Kältemittelverbrauch und dessen Steuerung

Der ideale Verbrauch des Kältemittels bei der Tieftemperaturprüfung sollte betragen:

Benötigte Wärme zur Reduzierung des Prüfventils
+
Hilfseinrichtungen im Prüfbehälter von Raumtemperatur auf die
vorgegebene Temperatur
=
Gesamtmenge an Verdampfungswärme des verbrauchten Kältemittels

Die Reduzierung des Kältemittelverbrauchs ist eine wichtige Maßnahme zur Senkung der Prüfkosten. Um den Kältemittelverbrauch zu reduzieren, können wir von folgenden Aspekten ausgehen:

Wählen Sie einen Tieftemperatur-Prüfbehälter mit angemessenem Volumen
Minimieren Sie den überschüssigen Platz im Prüfbehälter so weit wie möglich und nutzen Sie die Wärmekapazität (verwenden Sie kleinere Materialien, um den überschüssigen Platz zu füllen).
Für Prüfungen, die eine Temperatureinstellung erfordern, versuchen Sie, die Temperatur durch Besprühen einzustellen, um ein Eintauchen nach dem Verdünnen des Kältemittels mit Alkohol zu vermeiden.
Ordnen Sie die Prüfungen zentralisiert an, und Produkte gleicher Spezifikation können kontinuierlich geprüft werden, um die Restflüssigkeit rationell zu nutzen.
Verstärken Sie die Wärmedämmungsmaßnahmen, um den zusätzlichen Verlust an Kühlleistung zu reduzieren.

2) Verbrauch des Prüfmediums und dessen Kontrolle

Das Medium für Tieftemperaturprüfungen ist im Allgemeinen Helium, ein Inertgas, dessen Verflüssigungstemperatur unter Normaldruck -269 °C beträgt. Es ist ein geeignetes Medium für Tieftemperaturprüfungen von Ventilen. Der Marktpreis für Helium ist jedoch hoch, und der Verbrauch von Helium bei Tieftemperaturprüfungen von großflanschigen und Hochdruckventilen ist enorm. Daher sind die Verbrauchssteuerung sowie die Rückgewinnung und Wiederverwendung von Helium von großer Bedeutung. Grundsätzlich ist die Rückgewinnungstechnologie für Helium nicht kompliziert, wichtig ist die Bedienbarkeit.

seinen Prozess und die Auslegung der Betriebssicherheit. Einige Personen haben sich Sorgen über die Reinheit von Helium nach der Rückgewinnung gemacht. Tatsächlich erfordert der Tieftemperaturtest des Ventils keine hohe Reinheit von Helium. Darüber hinaus wird während des Tieftemperaturtests des Ventils der Ventilhohlraum zuerst mit Helium gespült, um die Luft im Innenraum zu entfernen.

Die Tieftemperatur-Hochdruckumgebung während des Tieftemperaturtests des Ventils hat den Verflüssigungs- und Kondensationspunkt der meisten Substanzen überschritten, und die Reinheit des zurückgewonnenen Heliums hat sich wenig geändert und hat wenig Einfluss auf die wiederholte Verwendung des Tieftemperaturtests.

Sicherheitsvorkehrungen

Der Tieftemperaturtest des Ventils ist eine gefährliche Arbeit und Sicherheitsvorkehrungen sind sehr wichtig. Seine Gefahren haben besonders wichtige Konsequenzen in:

lokale Hypoxie durch große Verdampfung von flüssigem Stickstoff (was zu Erstickung des Personals führen kann)
mögliche Tieftemperatur-“Verbrühungen” des Personals
Kältemittel-Spritzer durch große Mengen an Leckagen des Prüfmediums
Niedrige Temperatur von Instrumenten und Messgeräten. Beschädigung

Daher sollte der Arbeitsplatz für Tieftemperaturprüfungen gut belüftet sein, und bei Bedarf sollte eine künstliche Zwangsbelüftung durchgeführt werden. Es ist notwendig, die Betriebsabläufe für die Tieftemperatur-Ventilprüfung des Unternehmens auf der Grundlage relevanter Normen wissenschaftlich und vernünftig zu formulieren. Die Bediener müssen Zertifikate besitzen und mit der notwendigen Sicherheitsausrüstung ausgestattet sein. Besonderes Augenmerk sollte auf den Schutz exponierter Körperteile wie Gesicht und Hände gelegt werden. Während des Tieftemperaturbetriebs ist es strengstens untersagt, dass eine einzelne Person vor Ort arbeitet.

Die Prüfausrüstung sollte mit einer Not-Aus-Funktion ausgestattet sein, und ihre Bedienelemente sollten an der auffälligsten und am einfachsten zu bedienenden Stelle platziert werden. Für Hochdruck-, Großdurchmesser- und andere Hochparameterprüfungen sollten nach Möglichkeit Fernbedienungen eingesetzt werden. Das zu prüfende Ventil muss im Tieftemperatur-Prüfbehälter fixiert und geklemmt werden. Bei der Auswahl von Instrumenten und Messgeräten sollte auf deren Tieftemperaturbeständigkeit und Leistungsstabilität bei niedrigen Temperaturen geachtet werden, um zu verhindern, dass ihre nicht tieftemperaturbeständigen Teile mit der Tieftemperaturumgebung in Kontakt kommen. Für exponierte Tieftemperaturgeräte oder Tieftemperaturteile der Ausrüstung sollten Warnschilder angebracht und isoliert werden, um versehentliche Verletzungen von unbeteiligtem Personal zu vermeiden.

Fazit

Es gibt einen Unterschied zwischen der Tieftemperatur-Ventilprüfmethode, die von der aktuellen Norm gefordert wird, und den tatsächlichen Betriebsbedingungen des Tieftemperaturventils. Die Kühlrate, die Kühlmethode und die Haltezeit sollten vernünftig gesteuert werden, um die Prüfbedingungen so nah wie möglich an die tatsächlichen Arbeitsbedingungen anzunähern. Bei der Tieftemperaturprüfung von Kugelhähnen sollte auf die Tieftemperatureigenschaften der sie bildenden Materialien geachtet werden, um Schäden am geprüften Ventil wie Kaltverblockung und Kaltfluss zu vermeiden. Das Kältemittel und das Prüfmedium bei der Tieftemperatur-Ventilprüfung sind teuer und verbrauchsintensiv, daher sollte auf die Begrenzung des Verbrauchs geachtet oder sie sollten recycelt und wiederverwendet werden. Darüber hinaus müssen die Sicherheitsvorkehrungen verstärkt und jederzeit genau überwacht werden, um Schäden an Personal und Ausrüstung zu verhindern.

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