Test criogenico delle valvole

Il test criogenico delle valvole è un mezzo importante per verificare le prestazioni delle valvole per basse temperature. Il metodo di prova per basse temperature delle valvole specificato nello standard attuale è diverso dalle condizioni operative reali. Un'operazione impropria può facilmente causare distorsioni dei risultati del test e persino danni alla valvola testata. Le valvole che produciamo saranno sottoposte a test professionali a bassa temperatura.

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Cosa devi sapere sul test criogenico delle valvole!

Test criogenico delle valvole

Il test a bassa temperatura è un mezzo importante per verificare le prestazioni delle valvole per basse temperature e, come indicato dallo standard attuale, deve essere eseguito in modo diverso in base alle condizioni operative. L'esecuzione impropria del test causerebbe distorsioni dei risultati del test o persino danni al componente sotto test.

In questo articolo tratteremo principalmente la struttura speciale delle basse temperature valvola a sfera, analizzando i problemi che possono facilmente verificarsi durante il test di questa valvola e proponendo alcune contromisure basate sull'esperienza operativa effettiva.

Introduzione

Le valvole a sfera sono ampiamente utilizzate nei sistemi di tubazioni a bassa temperatura grazie alle loro caratteristiche di apertura e chiusura rapide, tenuta affidabile, struttura semplice, peso ridotto e bassa resistenza al flusso. Ad eccezione di un piccolo numero di design speciali e atipici, la maggior parte delle valvole a sfera utilizzate nelle tubazioni industriali a bassa temperatura sono progettate con sedi valvola a sede morbida non metallica. A causa delle condizioni operative gravose e delle funzioni critiche, hanno elevati requisiti di tenuta e rigorose valutazioni delle prestazioni. Il test delle prestazioni è un processo chiave nel processo di produzione e utilizzo. Il test a bassa temperatura delle valvole a sfera presenta alcune peculiarità e si ritiene che la comprensione e la padronanza dei principi, dei metodi e delle sue caratteristiche possano migliorare la qualità del prodotto e garantire design sicuri ed efficaci.

Test a bassa temperatura della valvola

1) Ambito di applicazione

Il test delle valvole a bassa temperatura serve a testare le prestazioni della valvola a bassa temperatura in un ambiente operativo simulato a bassa temperatura e può valutarne le prestazioni. Attualmente, gli standard principali implementati nei test delle valvole a bassa temperatura sono: GB/T24925-2010, BS 6364:1984, ecc.

Il contenuto principale del test a bassa temperatura include:

 ispezione delle condizioni di tenuta delle guarnizioni

 guarnizioni, tenute superiori

 prestazioni operative dell'intera macchina in condizioni di pressione I parametri di prova includono:

 corpo valvola

 passerella

 stelo valvola

 disco valvola

 pressacavo

 refrigerante

 temperatura ambiente

 perdita istantanea

 perdita cumulativa e perdita media all'uscita della valvola

 variazioni estreme della pressione media di prova

 Il mezzo di prova è generalmente elio.

2) Dispositivo di prova

Il dispositivo di prova è composto principalmente da tre parti: sistema a bassa temperatura, sistema di pressione e sistema di misurazione e controllo.

Il sistema a bassa temperatura utilizza azoto liquido come refrigerante per creare un ambiente a bassa temperatura adatto. Deve disporre di due modalità di raffreddamento: immersione e spruzzo. Tra queste, il metodo di raffreddamento a spruzzo deve essere in grado di raggiungere una temperatura regolabile da 0 a -196 °C. La fonte di pressione richiesta per il prezioso mezzo di prova deve essere riciclabile e riutilizzabile il più possibile; il sistema di misurazione e controllo è responsabile della raccolta, induzione e valutazione di varie grandezze fisiche durante il processo di prova, della gestione dei parametri ausiliari

e dei parametri di prova e del controllo di processo dell'intero dispositivo di prova. Fornire un'interfaccia uomo-macchina completa.

3) Processo di prova

Prima del test a bassa temperatura, la valvola in prova deve essere completamente asciugata per rimuovere grasso e detriti dalla valvola. Installare la valvola a bassa temperatura nel serbatoio di prova a bassa temperatura, collegare tutte le giunzioni, assicurarsi che la parte di tenuta della valvola sia sopra il coperchio isolante e che la temperatura sia mantenuta sopra 0 °C. Immergere la valvola nel fluido a bassa temperatura, coprire l'estremità superiore della parte di connessione tra il corpo valvola e il coperchio, o utilizzare un ugello per spruzzare uniformemente il fluido a bassa temperatura sotto il collo del coperchio valvola per raffreddare la valvola alla temperatura di prova corrispondente. Mantenerla per un certo periodo finché la temperatura non è stabile ovunque e la variazione di temperatura non supera ± 5 ℃. Aprire e chiudere la valvola più volte per verificarne le prestazioni operative a bassa temperatura; chiudere la valvola, pressurizzare nella normale direzione del flusso ed eseguire un test di tenuta. Quindi posizionare la valvola in stato semiaperto, chiudere l'ago valvola all'estremità di uscita e verificare la tenuta della guarnizione della valvola, la connessione tra il corpo valvola e il coperchio. Confrontare i risultati del test con gli standard corrispondenti, giudicare i risultati e trarre una conclusione.

Problematiche da considerare nei test delle valvole a sfera per basse temperature

1) Differenze dalle condizioni operative reali

I metodi di prova per basse temperature raccomandati dagli standard attuali e dai dati utilizzano quasi tutti il metodo di raffreddamento esterno, ovvero l'uso di un refrigerante per estrarre calore dall'esterno della valvola in prova per ridurne la temperatura. Le condizioni operative reali della valvola per basse temperature sono: il fluido a bassa temperatura scorre dall'interno della valvola e l'esterno entra in contatto con un ambiente a temperatura ambiente o relativamente alta.

Il problema introdotto dal metodo di raffreddamento esterno è che la valvola per basse temperature presenta un gradiente di temperatura opposto alla condizione operativa reale nella fase iniziale del test. Per la valvola a sfera per basse temperature, il corpo valvola e il coperchio valvola vengono raffreddati rapidamente, provocando una contrazione volumetrica.

In questo momento, la sfera e la sede valvola non sono ancora completamente fredde, principalmente a causa dell'effetto isolante della sede valvola non metallica, che ritarda ulteriormente il processo di trasferimento del calore. A questo punto, l'accoppiamento originale viene modificato e la sede valvola non metallica o l'anello di tenuta non metallico della sede valvola combinata potrebbero essere sovra-estrusi, rendendo difficile il movimento di ogni componente.

Chiamiamo questo fenomeno:

blocco a bassa temperatura.

Il blocco a bassa temperatura causerà deformazioni permanenti della sede valvola non metallica, quello che è noto come fenomeno di “cold flow” (scorrimento a freddo). Il coefficiente di dilatazione termica dei materiali non metallici come il PTFE è maggiore di quello dei materiali metallici. Le parti interne si restringono, la pressione specifica della guarnizione diminuisce o scompare, e la coppia di guarnizioni fallisce. Anche se il prodotto è qualificato nel test a bassa temperatura, il gradiente termico delle condizioni operative reali della tubazione a bassa temperatura può sempre esistere. Se il livello di temperatura del corpo valvola è superiore a quello delle parti interne, la pressione di tenuta specifica pre-aggiunta durante l'assemblaggio verrà ridotta e l'effetto di tenuta potrebbe comunque essere compromesso.

2) Blocco a bassa temperatura

I danni causati dal blocco a bassa temperatura sono talvolta gravi. Oltre all'estrusione della sede valvola, i fissaggi e gli elementi di tenuta che collegano il corpo valvola verranno danneggiati da sollecitazioni aumentate in modo anomalo, e il corpo valvola e i componenti interni si stringeranno reciprocamente. Dopo il serraggio, la situazione delle sollecitazioni è complessa e, nei casi più gravi, può causare modifiche strutturali permanenti. Quando la valvola a sfera criogenica è bloccata a bassa temperatura, è meglio non eseguire immediatamente le operazioni di apertura e chiusura. Le operazioni di apertura e chiusura in questo momento produrranno facilmente una serie di indentazioni sulla superficie di tenuta della valvola sede sotto l'azione di una grande sollecitazione, causando persino la porta della sfera. Il fenomeno del “mordere e tagliare” sulla sede valvola rende la sede completamente inefficace.

Il mezzo efficace per prevenire i danni da blocco a bassa temperatura è controllare la velocità di raffreddamento, mantenere la valvola in posizione completamente aperta o completamente chiusa durante il processo di raffreddamento, cercare di misurare la temperatura all'interno della valvola, mantenere un certo tempo di stabilizzazione della temperatura e cercare di fare il più possibile prima delle operazioni di apertura e chiusura.

3) Influenza delle proprietà a bassa temperatura dei materiali

Attualmente, i materiali metallici delle valvole criogeniche, in particolare quelle per temperature ultra basse per GNL e altri fluidi, sono principalmente acciai inossidabili austenitici Ni-Cr come 304, 304L, 316, 316L, che possono ancora mantenere buona resistenza e tenacità a basse temperature. Ma questi materiali presentano anche alcuni inconvenienti: sono acciai inossidabili metastabili, che subiscono una trasformazione metallografica in martensite a basse temperature. La densità della martensite con reticolo cubico centrato sul corpo è inferiore a quella dell'austenite superficiale con reticolo cubico centrato, il che comporta, dopo la trasformazione a bassa temperatura, un'espansione del volume e una deformazione delle parti.

Inoltre, la riduzione della temperatura provoca anche il restringimento della struttura metallica, che a sua volta genera uno stress termico che, quando supera il limite di snervamento del materiale, produce una deformazione permanente irreversibile. Pertanto, il processo di trattamento criogenico a bassa temperatura delle parti della valvola è molto critico. Lo scopo del trattamento criogenico è garantire che queste transizioni di fase e deformazioni avvengano completamente prima della finitura, al fine di garantire la stabilità strutturale delle parti e dei componenti finiti.

La valvola per basse temperature, le cui parti non sono state sottoposte a trattamento criogenico, può causare un deterioramento delle prestazioni complessive dell'intera macchina dopo l'ingresso nell'ambiente a bassa temperatura. La sede valvola non metallica della valvola a sfera per basse temperature è generalmente realizzata in politetrafluoroetilene (PTFE) o policlorotrifluoroetilene (PCTFE). La temperatura teorica di infragilimento del PTFE e del PCTFE è -180 ~ -195 ℃, ma nella realtà commerciale i prodotti acquistati chimicamente non possono raggiungere tale temperatura e i danni causati dalla fragilità a bassa temperatura della sede valvola sono talvolta gravi. La sede valvola infragilita ha perso la sua capacità di compensazione elastica. Se l'accuratezza della sfera non è sufficiente, la tenuta è difficile da ottenere, soprattutto a causa dei requisiti di perdita zero delle sedi valvola a tenuta morbida specificati negli standard cinesi. Inoltre, la durezza della sede valvola infragilita aumenta significativamente, il che può causare danni alla superficie della sfera o infragilimento della sede valvola.

4) Influenza della velocità di raffreddamento

La velocità di raffreddamento per immersione è in realtà molto difficile da controllare, a seconda della condizione superficiale della valvola e della conducibilità termica del materiale. Ma il metodo a spruzzo può regolare la velocità di raffreddamento controllando la quantità di spruzzo di azoto liquido. In teoria, una velocità di raffreddamento inferiore può ridurre la differenza di temperatura tra l'interno e l'esterno della valvola e ridurre il gradiente di temperatura, il che è vantaggioso per il processo di prova, ma aumenterà il consumo di azoto liquido.

La velocità di raffreddamento dovrebbe essere determinata in base ai parametri specifici della valvola testata, come il diametro, spessore di parete, le condizioni strutturali, i componenti interni e così via. Una velocità di raffreddamento eccessivamente rapida aggraverà il fenomeno del blocco a bassa temperatura, e un gradiente di temperatura eccessivamente grande causerà elevate sollecitazioni interne, con conseguenti danni ai componenti.

Controllo del consumo di refrigerante e del mezzo di prova

1) Consumo di refrigerante e suo controllo

Il consumo ideale del refrigerante nel test a bassa temperatura dovrebbe essere:

Calore necessario per ridurre la valvola di prova
+
Le strutture ausiliarie nel serbatoio di prova dalla temperatura ambiente a
temperatura specificata
=
Quantità totale di calore latente di vaporizzazione del refrigerante consumato

Ridurre il consumo di refrigerante è una misura importante per ridurre i costi di prova. Per ridurre il consumo di refrigerante, possiamo partire dai seguenti aspetti:

Selezionare un serbatoio di prova a bassa temperatura di volume appropriato
Minimizzare il più possibile lo spazio in eccesso nel serbatoio di prova e utilizzare la capacità termica (utilizzare materiali più piccoli per riempire lo spazio in eccesso)
Per i test che richiedono la regolazione della temperatura, provare a regolare la temperatura mediante spruzzatura per evitare l'immersione dopo aver diluito il refrigerante con alcool
Organizzare i test in modo centralizzato e i prodotti della stessa specifica possono essere testati in continuo, al fine di utilizzare razionalmente il liquido residuo
Rafforzare le misure di isolamento termico per ridurre la perdita aggiuntiva di capacità di raffreddamento

2) Consumo del mezzo di prova e suo controllo

Il mezzo del test a bassa temperatura è generalmente specificato come elio, che è un gas inerte, e la temperatura di liquefazione a pressione atmosferica standard è -269 ℃, che è un mezzo più adatto per il test a bassa temperatura della valvola. Tuttavia, il prezzo di mercato dell'elio è elevato e il consumo di elio nel test a bassa temperatura di valvole di grande diametro e alta pressione è enorme. Pertanto, il controllo del consumo e il recupero e riutilizzo dell'elio sono di grande significato. In linea di principio, la tecnologia di recupero dell'elio non è complicata, l'importante è l'operabilità del

suo processo e la progettazione di sicurezza dell'operazione. Alcuni si sono preoccupati della purezza dell'elio dopo il recupero. Infatti, il test a bassa temperatura della valvola non richiede un'elevata purezza dell'elio. Inoltre, durante il test a bassa temperatura della valvola, la cavità della valvola viene prima spurgata con elio per rimuovere

l'aria dalla cavità interna. . L'ambiente criogenico ad alta pressione durante il test a bassa temperatura della valvola ha superato il punto di liquefazione e condensazione della maggior parte delle sostanze, e la purezza dell'elio recuperato ha poca variazione e ha scarso effetto sull'uso ripetuto del test a bassa temperatura.

Precauzioni di sicurezza

Il test a bassa temperatura della valvola è un lavoro pericoloso e le precauzioni di sicurezza sono molto importanti. I suoi pericoli hanno conseguenze molto importanti soprattutto in:

ipossia locale causata da una grande quantità di vaporizzazione di azoto liquido (che causerà soffocamento del personale)
possibili “ustioni” da bassa temperatura al personale
schizzi di refrigerante causati da una grande quantità di perdita del fluido di prova
bassa temperatura di strumenti e misuratori. Danni

Pertanto, il luogo di lavoro del test a bassa temperatura deve mantenere una buona ventilazione e, se necessario, deve essere effettuata una ventilazione forzata artificiale. È necessario formulare in modo scientifico e ragionevole le procedure operative per il test delle valvole a bassa temperatura dell'azienda sulla base degli standard pertinenti. Gli operatori devono essere in possesso di certificati e dotati delle necessarie attrezzature di protezione individuale. Particolare attenzione deve essere prestata alla protezione delle parti del corpo esposte come viso e mani. Durante le operazioni a bassa temperatura, è severamente vietato a una sola persona lavorare sul sito.

La funzione di arresto di emergenza deve essere impostata sull'attrezzatura di prova e le sue parti operative devono essere posizionate nella posizione più visibile e facile da usare. Per test ad alta pressione, di grande diametro e altri parametri elevati, le operazioni remote devono essere eseguite per quanto possibile. La valvola in prova deve essere dotata di misure di fissaggio e bloccaggio nel serbatoio di prova a bassa temperatura. La selezione di strumenti e misuratori deve prestare attenzione alle loro caratteristiche di resistenza alle basse temperature e alla stabilità delle prestazioni a bassa temperatura, in modo da evitare che le loro parti non resistenti alle basse temperature entrino in contatto con l'ambiente a bassa temperatura. Per le apparecchiature esposte a bassa temperatura o le parti a bassa temperatura dell'apparecchiatura, devono essere predisposti segnali di avvertimento e isolate per evitare lesioni accidentali a personale non correlato.

Conclusione

Esiste una differenza tra il metodo di prova delle valvole a bassa temperatura richiesto dallo standard attuale e le condizioni operative effettive della valvola a bassa temperatura. La velocità di raffreddamento, il metodo di raffreddamento e il tempo di mantenimento devono essere controllati in modo ragionevole per rendere le condizioni di prova il più vicine possibile alle condizioni di lavoro effettive. Per il test a bassa temperatura della valvola a sfera, è necessario prestare attenzione alle caratteristiche delle basse temperature dei materiali che la compongono per evitare danni alla valvola testata come blocco a bassa temperatura e scorrimento a freddo. Il refrigerante e il fluido di prova nel test delle valvole a bassa temperatura sono costosi e ad alto consumo, quindi è necessario prestare attenzione al controllo dei consumi, o devono essere riciclati e riutilizzati. Inoltre, le precauzioni di sicurezza devono essere rafforzate e monitorate attentamente in ogni momento per prevenire danni al personale e alle attrezzature.

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