Tests cryogéniques des vannes

Les tests cryogéniques des vannes sont un moyen important de vérifier les performances des vannes à basse température. La méthode de test des vannes à basse température spécifiée dans la norme actuelle diffère des conditions de travail réelles. Une mauvaise manipulation peut facilement entraîner une distorsion des résultats des tests et même endommager la vanne testée. Les vannes que nous produisons subiront des tests professionnels à basse température.

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Ce qu'il faut savoir sur les tests cryogéniques des vannes !

Tests cryogéniques des vannes

Le test à basse température est un moyen important de vérifier les performances des vannes à basse température et, comme indiqué par la norme actuelle, doit être effectué différemment selon les conditions de travail. Une mauvaise exécution du test pourrait entraîner une distorsion des résultats des tests, voire endommager le composant testé. Dans cet article, nous traiterons principalement de la structure spéciale des vannes à basse température, en analysant les problèmes qui peuvent facilement survenir lors du test de ces vannes et en proposant certaines contre-mesures basées sur l'expérience d'exploitation réelle.

Dans cet article, nous traiterons principalement de la structure spéciale des vannes à basse température vanne à boisseau sphérique, en analysant les problèmes qui peuvent facilement survenir lors du test de ces vannes et en proposant certaines contre-mesures basées sur l'expérience d'exploitation réelle.

Introduction

Les vannes à boisseau sphérique sont largement utilisées dans les systèmes de tuyauterie à basse température en raison de leurs caractéristiques d'ouverture et de fermeture rapides, de leur étanchéité fiable, de leur structure simple, de leur légèreté et de leur faible résistance d'écoulement. À l'exception d'un petit nombre de conceptions spéciales et atypiques, la plupart des vannes à boisseau sphérique utilisées dans la tuyauterie industrielle à basse température sont des conceptions à siège souple non métallique. En raison des conditions d'exploitation difficiles et des fonctions critiques, elles ont des exigences d'étanchéité élevées et une évaluation rigoureuse des performances. Les tests de performance sont un processus clé dans le processus de fabrication et d'utilisation. Le test à basse température des vannes à boisseau sphérique présente certaines particularités et on pense que la compréhension et la maîtrise des principes, des méthodes et de ses caractéristiques peuvent améliorer la qualité des produits et garantir des conceptions sûres et efficaces.

Test à basse température de la vanne

1) Portée

Le test de vanne à basse température consiste à tester les performances de la vanne à basse température dans l'environnement de travail simulé à basse température et peut évaluer les performances de la vanne à basse température. Actuellement, les principales normes mises en œuvre dans les tests de vannes à basse température sont : GB/T24925-2010, BS 6364:1984, etc.

Le contenu principal du test à basse température comprend :

 l'inspection de l'état d'étanchéité des joints

 le garnissage, les joints de tige

 les performances de fonctionnement de la machine entière dans des conditions de pression. Les paramètres de test comprennent :

 Corps de vanne

 le chapeau

 tige de vanne

 le disque de vanne

 presse-étoupe

 le réfrigérant

 la température ambiante

 la perte instantanée

 la perte cumulée et la perte moyenne à la sortie de la vanne

 les variations extrêmes de la pression de test moyenne

 Le fluide de test est généralement de l'hélium.

2) Dispositif de test

Le dispositif de test est principalement composé de trois parties : le système basse température, le système de pression et le système de mesure et de contrôle.

Le système basse température utilise de l'azote liquide comme réfrigérant pour créer un environnement à basse température approprié. Il doit avoir deux modes de refroidissement : par immersion et par pulvérisation. Parmi ceux-ci, la méthode de refroidissement par pulvérisation doit pouvoir atteindre une température réglable de 0 à -196 °C. La source de pression requise pour le précieux milieu de test doit pouvoir être recyclée et réutilisée autant que possible ; le système de mesure et de contrôle est responsable de la collecte, de l'induction et de l'évaluation des différentes grandeurs physiques pendant le processus de test, ainsi que de la gestion des paramètres auxiliaires.

et les paramètres de test et pour le contrôle du processus de l'ensemble du dispositif de test. Fournir une interface homme-machine complète.

3) Processus de test

Avant le test à basse température, la vanne testée doit être complètement séchée pour éliminer la graisse et les débris dans la vanne. Installer la vanne basse température dans le réservoir de test basse température, connecter tous les joints, s'assurer que la partie garniture de la vanne est au-dessus du couvercle isolant et que la température est maintenue au-dessus de 0 °C. Immerger la vanne dans le fluide à basse température, couvrir l'extrémité supérieure de la partie de connexion entre le corps de vanne et le chapeau, ou utiliser une buse pour pulvériser uniformément le fluide à basse température sous le col du chapeau de la vanne pour refroidir la vanne à la température d'essai correspondante. La maintenir pendant un certain temps jusqu'à ce que la température soit stable partout et que la variation de température soit comprise dans ± 5 ℃. Ouvrir et fermer la vanne plusieurs fois pour vérifier ses performances de fonctionnement à basse température ; fermer la vanne, mettre sous pression dans le sens d'écoulement normal et effectuer un test d'étanchéité. Ensuite, placer la vanne en position semi-ouverte, fermer le pointeau à l'extrémité de sortie et vérifier l'étanchéité de la garniture de la vanne, la connexion entre le corps de vanne et le chapeau. Comparer les résultats des tests avec les normes correspondantes, juger les résultats et tirer une conclusion.

Problèmes à surveiller lors des tests de vannes à boisseau sphérique basse température

1) Différences par rapport aux conditions de travail réelles

Les méthodes de test à basse température recommandées par les normes actuelles et les données utilisent presque toutes la méthode de refroidissement externe, c'est-à-dire l'utilisation d'un réfrigérant pour extraire la chaleur de l'extérieur de la vanne testée afin de réduire la température de la vanne. Les conditions de travail réelles de la vanne basse température sont : le fluide à basse température circule de l'intérieur de la vanne et l'extérieur entre en contact avec un environnement à température normale ou relativement élevée.

Le problème apporté par la méthode de refroidissement externe est que la vanne basse température produit un gradient de température opposé à la condition de travail réelle dans la phase initiale du test. Pour la vanne à boisseau sphérique basse température, le corps de vanne et le chapeau de vanne sont rapidement refroidis, entraînant une contraction volumique.

À ce moment, la sphère et le siège de vanne ne sont pas encore complètement refroidis, principalement en raison de l'effet isolant du siège de vanne non métallique, qui retarde davantage le processus de transfert de chaleur. À ce stade, le couplage d'origine est modifié et le siège de vanne non métallique ou la bague d'étanchéité non métallique du siège de vanne combiné peuvent être sur-extrudés, rendant difficile le mouvement de chaque composant.

Nous appelons ce phénomène :

bloc basse température.

Le blocage par basse température provoquera une déformation permanente du siège de vanne non métallique, ce qui constitue le phénomène de “ fluage à froid ” dit, et le coefficient de dilatation thermique des matériaux non métalliques tels que le PTFE est supérieur à celui des matériaux métalliques. Les pièces internes se contractent, la pression spécifique du joint diminue ou disparaît, et la paire de joints échoue. Même si le produit est qualifié lors du test à basse température, le gradient de température des conditions de travail réelles du pipeline basse température peut toujours exister, et le niveau de température de la coque de la vanne est supérieur à celui des pièces internes, la pression d'étanchéité spécifique pré-ajoutée lors de l'assemblage sera réduite et l'effet d'étanchéité peut toujours être affecté.

2) Blocage basse température

Les dommages causés par le blocage à basse température sont parfois graves. Outre l'extrusion du siège de vanne, les fixations et les éléments d'étanchéité reliant le corps seront également endommagés par une contrainte anormalement accrue, et le corps et les internes se serreront mutuellement. Après le serrage, la situation de contrainte est complexe et, dans les cas graves, peut entraîner des modifications structurelles permanentes. Lorsque la vanne à boisseau sphérique basse température est bloquée à basse température, il est préférable de ne pas effectuer immédiatement les opérations d'ouverture et de fermeture. Les opérations d'ouverture et de fermeture à ce moment-là produiront facilement une série d'indentations sur le surface d'étanchéité de la vanne siège sous l'action d'une grande contrainte, et causeront même le passage de la bille. Le phénomène de “ rongement et de coupe ” sur le siège de vanne rend le siège complètement invalide.

Le moyen efficace de prévenir les dommages dus au blocage à basse température est de contrôler la vitesse de refroidissement, de maintenir la vanne en position complètement ouverte ou complètement fermée pendant le processus de refroidissement, d'essayer de mesurer la température dans la vanne, de maintenir un certain temps de stabilisation de la température et d'essayer de faire le maximum avant les opérations d'ouverture et de fermeture.

3) Influence des propriétés des matériaux à basse température

Actuellement, les matériaux métalliques des vannes cryogéniques, en particulier les vannes à très basse température pour le GNL et d'autres fluides, sont principalement des aciers inoxydables austénitiques Ni-Cr tels que 304, 304L, 316, 316L, qui peuvent encore conserver une bonne résistance et ténacité à basse température. Mais ces matériaux présentent également certains inconvénients : ce sont des aciers inoxydables métastables, qui subissent une transformation métallographique en martensite à basse température. La densité de la martensite du réseau cubique centré sur le corps est inférieure à celle de l'austénite superficielle à réseau cubique centré, ce qui entraîne, après transformation à basse température, une dilatation du volume et une déformation des pièces.

De plus, la réduction de la température provoque également le retrait de la structure métallique, ce qui génère à son tour une contrainte thermique qui, à son tour, lorsque celle-ci dépasse le point d'élasticité du matériau, produit une déformation permanente irréversible. Par conséquent, le processus de traitement cryogénique à basse température pièces de vanne est très critique. Le but du traitement cryogénique est de s'assurer que ces transitions de phase et déformations se produisent complètement avant la finition, afin d'assurer la stabilité structurelle des pièces et composants finis.

La vanne basse température dont les pièces n'ont pas subi de traitement cryogénique peut entraîner une détérioration des performances globales de la machine après son entrée dans l'environnement à basse température. Le siège de vanne non métallique de la vanne à boisseau sphérique basse température est généralement en polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou en polychlorotrifluoroéthylène (PCTFE). La température théorique de fragilisation du PTFE et du PCTFE est de -180 ~ -195 ℃, mais en réalité commerciale, les produits achetés ne peuvent pas atteindre cette température et les dommages causés par la fragilité à basse température du siège de vanne sont parfois graves. Le siège de vanne fragilisé a perdu sa capacité de compensation élastique. Si la précision de la sphère n'est pas suffisante, l'étanchéité est difficile à obtenir, surtout en raison des exigences de fuite nulle des sièges de vannes à joint souple spécifiées dans les normes chinoises. De plus, la dureté du siège de vanne fragilisé augmente considérablement, ce qui peut endommager la surface de la sphère ou fragiliser le siège de vanne.

4) Influence de la vitesse de refroidissement

La vitesse de refroidissement par immersion est en réalité très difficile à contrôler, dépendant de l'état de surface de la vanne et de la conductivité thermique du matériau. Mais la méthode par pulvérisation permet d'ajuster la vitesse de refroidissement en contrôlant la quantité de pulvérisation d'azote liquide. En théorie, une vitesse de refroidissement plus faible peut réduire la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur de la vanne et réduire le gradient de température, ce qui est bénéfique pour le processus de test, mais augmentera la consommation d'azote liquide.

La vitesse de refroidissement doit être déterminée en fonction des paramètres spécifiques de la vanne testée, tels que le diamètre, épaisseur de paroi, les conditions structurelles, les composants internes, etc. Une vitesse de refroidissement excessivement rapide aggravera le phénomène de blocage à basse température, et un gradient de température trop important provoquera des contraintes internes élevées, entraînant des dommages aux composants.

Contrôle de la consommation du réfrigérant et du milieu de test

1) Consommation du réfrigérant et son contrôle

La consommation idéale du réfrigérant dans le test à basse température devrait être :

Chaleur nécessaire pour réduire la vanne de test
+
Les installations auxiliaires dans le réservoir de test de la température ambiante à la
température spécifiée
=
Quantité totale de chaleur latente de vaporisation du réfrigérant consommé

La réduction de la consommation de réfrigérant est une mesure importante pour réduire le coût du test. Pour réduire la consommation de réfrigérant, nous pouvons agir sur les aspects suivants :

Sélectionner un réservoir de test à basse température de volume approprié
Minimiser autant que possible l'espace excédentaire dans le réservoir d'essai et utiliser la capacité thermique (utiliser des matériaux plus petits pour combler l'espace excédentaire)
Pour les tests nécessitant un ajustement de température, essayez d'ajuster la température par pulvérisation pour éviter l'immersion après dilution du réfrigérant avec de l'alcool
Organiser les tests de manière centralisée, et les produits de même spécification peuvent être testés en continu, afin d'utiliser rationnellement le liquide résiduel
Renforcer les mesures d'isolation thermique pour réduire la perte supplémentaire de capacité de refroidissement

2) Consommation du fluide d'essai et son contrôle

Le fluide du test à basse température est généralement spécifié comme étant de l'hélium, qui est un gaz inerte, et la température de liquéfaction sous pression atmosphérique standard est de -269 ℃, ce qui est un milieu plus adapté au test à basse température de la vanne. Cependant, le prix du marché de l'hélium est élevé et la consommation d'hélium dans le test à basse température des vannes de grand diamètre et haute pression est énorme. Par conséquent, le contrôle de la consommation, la récupération et la réutilisation de l'hélium revêtent une grande importance. En principe, la technologie de récupération de l'hélium n'est pas compliquée, l'important est l'opérabilité de

son processus et la conception de sécurité de l'opération. Certaines personnes se sont inquiétées de la pureté de l'hélium après récupération. En fait, le test à basse température de la vanne ne nécessite pas une grande pureté d'hélium. De plus, lors du test à basse température de la vanne, la cavité de la vanne est d'abord purgée à l'hélium pour éliminer

l'air dans la cavité interne. . L'environnement cryogénique haute pression pendant le test à basse température de la vanne a dépassé le point de liquéfaction et de condensation de la plupart des substances, et la pureté de l'hélium récupéré a peu changé et a peu d'effet sur l'utilisation répétée du test à basse température.

Précautions de sécurité

Le test à basse température de la vanne est un travail dangereux et les précautions de sécurité sont très importantes. Ses dangers ont des conséquences très importantes, en particulier dans les cas suivants :

hypoxie locale causée par une grande quantité de volatilisation d'azote liquide (qui provoquera la suffocation du personnel)
possible “brûlure” par le froid du personnel
projections de réfrigérant causées par une fuite importante du fluide de test
basse température des instruments et des appareils. dommages

Par conséquent, le lieu de travail du test à basse température doit maintenir une bonne ventilation et, si nécessaire, une ventilation forcée artificielle doit être effectuée. Il est nécessaire de formuler scientifiquement et raisonnablement les procédures d'exploitation pour le test de vannes à basse température de l'entreprise sur la base des normes pertinentes. Les opérateurs doivent détenir des certificats et être équipés du matériel de protection de sécurité nécessaire. Une attention particulière doit être accordée à la protection des parties exposées du corps telles que le visage et les mains. Pendant le fonctionnement à basse température, il est strictement interdit à une seule personne de travailler sur site.

La fonction d'arrêt d'urgence doit être intégrée à l'équipement de test, et ses pièces d'exploitation doivent être placées dans la position la plus visible et la plus facile à utiliser. Pour les tests à haute pression, grand diamètre et autres paramètres élevés, des opérations à distance doivent être effectuées autant que possible. La vanne testée doit disposer de mesures de fixation et de serrage dans le réservoir de test à basse température. La sélection des instruments et des appareils doit tenir compte de leurs caractéristiques de résistance aux basses températures et de leur stabilité de performance à basse température, afin d'éviter que leurs pièces non résistantes aux basses températures n'entrent en contact avec l'environnement à basse température. Pour les équipements exposés à basse température ou les pièces à basse température de l'équipement, des panneaux d'avertissement doivent être installés et isolés pour éviter les blessures accidentelles du personnel non concerné.

Conclusion

Il existe une différence entre la méthode de test des vannes à basse température requise par la norme actuelle et les conditions de fonctionnement réelles des vannes à basse température. La vitesse de refroidissement, la méthode de refroidissement et la durée de maintien doivent être contrôlées de manière raisonnable pour que les conditions de test soient aussi proches que possible des conditions de travail réelles. Pour le test à basse température de la vanne à boisseau sphérique, une attention particulière doit être accordée aux caractéristiques des matériaux qui la composent à basse température afin d'éviter d'endommager la vanne testée, comme le blocage à basse température et le fluage à froid. Le réfrigérant et le fluide de test dans le test de vannes à basse température sont coûteux et très consommables, il faut donc veiller à contrôler la consommation, ou ils doivent être recyclés et réutilisés. De plus, les précautions de sécurité doivent être renforcées et surveillées de près à tout moment pour éviter les dommages au personnel et à l'équipement.

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