Teste Criogênico de Válvulas

O Teste Criogênico de Válvulas é um meio importante para verificar o desempenho de válvulas de baixa temperatura. O método de teste de baixa temperatura de válvulas especificado na norma atual é diferente das condições reais de trabalho. A operação inadequada pode facilmente causar distorção dos resultados do teste e até mesmo danos à válvula testada. As válvulas que produzimos passarão por testes profissionais de baixa temperatura.

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Teste Criogênico de Válvulas

O teste de baixa temperatura é um meio importante de verificar o desempenho das válvulas de baixa temperatura e, conforme declarado pela norma atual, deve ser realizado de forma diferente de acordo com as condições de trabalho. A realização inadequada do teste causaria distorção dos resultados do teste ou até mesmo danos ao tubo em teste.

Neste artigo, trataremos principalmente da estrutura especial da baixa temperatura válvula esfera, analisando os problemas que podem ocorrer facilmente no teste desta válvula e propondo algumas contramedidas com base na experiência operacional real.

Introdução

As válvulas esfera são amplamente utilizadas em sistemas de tubulação de baixa temperatura devido às suas características de abertura e fechamento rápidos, vedação confiável, estrutura simples, peso leve e pequena resistência ao fluxo. Exceto por um pequeno número de projetos especiais e atípicos, a maioria das válvulas esfera usadas em tubulações industriais de baixa temperatura são projetos de sede de válvula com vedação resiliente não metálica. Devido às condições operacionais severas e funções críticas, elas têm altos requisitos de vedação e avaliação rigorosa de desempenho. O teste de desempenho é um processo chave no processo de fabricação e uso. O teste de baixa temperatura de válvulas esfera tem algumas peculiaridades e acredita-se que a compreensão e o domínio dos princípios, métodos e suas características podem melhorar a qualidade do produto e garantir projetos seguros e eficazes.

Teste de baixa temperatura da válvula

1) Escopo

O teste de válvula de baixa temperatura é para testar o desempenho da válvula em baixa temperatura em um ambiente de trabalho simulado de baixa temperatura e pode avaliar o desempenho da válvula em baixa temperatura. Atualmente, os principais padrões implementados em testes de válvulas de baixa temperatura são: GB / T24925-2010, BS 6364: 1984, etc.

Os principais conteúdos do teste de baixa temperatura incluem:

 inspeção da condição de vedação das juntas

 gaxetas, selos superiores

 desempenho operacional da máquina inteira sob condições de pressão. Os parâmetros de teste incluem:

 corpo da válvula

 bonnet

 haste da válvula

 disco da válvula

 prensa-estopa

 refrigerante

 temperatura ambiente

 perda instantânea

 perda cumulativa e perda média na saída da válvula

 variações extremas da pressão média de teste

 O meio de teste é geralmente hélio.

2) Dispositivo de teste

O dispositivo de teste é composto principalmente por três partes: sistema de baixa temperatura, sistema de pressão e sistema de medição e controle.

O sistema de baixa temperatura utiliza nitrogênio líquido como refrigerante para criar um ambiente de baixa temperatura adequado. Deve ter dois modos de resfriamento: imersão e pulverização. Dentre estes, o método de resfriamento por pulverização deve atingir uma temperatura ajustável de 0 a -196 °C. A fonte de pressão necessária para o meio de teste valioso deve ser capaz de ser reciclada e reutilizada o máximo possível; o sistema de medição e controle é responsável pela coleta, indução e avaliação de diversas grandezas físicas durante o processo de teste, para o gerenciamento de parâmetros auxiliares

e parâmetros de teste e para o controle de processo de todo o dispositivo de teste. Fornecer uma interface homem-máquina completa.

3) Processo de teste

Antes do teste de baixa temperatura, a válvula em teste deve ser completamente seca para remover graxa e detritos. Instale a válvula de baixa temperatura no tanque de teste de baixa temperatura, conecte todas as juntas, certifique-se de que a parte de gaxeta da válvula esteja acima da tampa isolante e que a temperatura seja mantida acima de 0 °C. Mergulhe a válvula no fluido de baixa temperatura, cubra a extremidade superior da parte de conexão entre o corpo da válvula e o castelo, ou use um bico para pulverizar o fluido de baixa temperatura uniformemente sob o pescoço do castelo da válvula para resfriar a válvula até a temperatura de teste correspondente. Mantenha-a por algum tempo até que a temperatura esteja estável em todos os pontos e a variação de temperatura deve estar dentro de ± 5 ℃. Abra e feche a válvula várias vezes para verificar seu desempenho operacional em baixa temperatura; feche a válvula, pressurize na direção normal de fluxo e realize um teste de estanqueidade. Em seguida, coloque a válvula em estado semiaberto, feche a válvula agulha na extremidade de saída e verifique a estanqueidade da gaxeta da válvula, a conexão entre o corpo da válvula e o castelo. Compare os resultados do teste com os padrões correspondentes, julgue os resultados e tire uma conclusão.

Problemas a serem observados no teste de válvulas esfera criogênicas

1) Diferenças das condições reais de trabalho

Os métodos de teste criogênico recomendados pelas normas e dados atuais utilizam quase todos o método de resfriamento externo, ou seja, o uso de refrigerante para extrair calor da parte externa da válvula em teste para reduzir a temperatura da válvula. As condições reais de trabalho da válvula criogênica são: o fluido criogênico flui de dentro da válvula e o exterior entra em contato com o ambiente de temperatura normal ou relativamente alta.

O problema gerado pelo método de resfriamento externo é que a válvula criogênica produz um gradiente de temperatura oposto à condição real de trabalho na fase inicial do teste. Para a válvula esfera criogênica, o corpo e a tampa da válvula são resfriados rapidamente, resultando em contração de volume.

Neste momento, a esfera e a sede da válvula ainda não estão completamente frias, principalmente devido ao efeito isolante da sede não metálica, que atrasa ainda mais o processo de transferência de calor. Neste ponto, o acoplamento original é alterado e a sede não metálica ou o anel de vedação não metálico da sede combinada podem ser extrudados em excesso, dificultando o movimento de cada componente.

Chamamos esse fenômeno de:

bloqueio por baixa temperatura.

O bloqueio por baixa temperatura causará deformação permanente da sede não metálica da válvula, que é o chamado fenômeno de “escoamento a frio”, e o coeficiente de expansão térmica de materiais não metálicos como PTFE é maior que o de materiais metálicos. As partes internas encolhem, a pressão específica da gaxeta diminui ou desaparece, e o par de gaxetas falha. Mesmo que o produto seja qualificado no teste de baixa temperatura, o gradiente de temperatura das condições de trabalho reais da tubulação de baixa temperatura pode sempre existir, e o nível de temperatura da carcaça da válvula é maior que o das partes internas, a pressão de vedação específica pré-adicionada durante a montagem será reduzida e o efeito de vedação ainda poderá ser causado.

2) Bloqueio por baixa temperatura

Os danos causados pelo travamento em baixa temperatura são, por vezes, graves. Além da extrusão da sede da válvula, os elementos de fixação e vedação que conectam o corpo também serão danificados pelo aumento anormal de tensão, e o corpo e os internos se abraçarão. Após o aperto, a situação de tensão é complexa e, em casos graves, pode causar alterações estruturais permanentes. Quando a válvula esfera de baixa temperatura trava em baixa temperatura, é melhor não realizar as operações de abertura e fechamento imediatamente. As operações de abertura e fechamento neste momento produzirão facilmente uma série de reentrâncias na superfície de vedação da válvula sede sob a ação de grande tensão, e até mesmo causarão a porta da esfera. O fenômeno de “roer e cortar” na sede da válvula torna a sede completamente inoperante.

O meio eficaz para prevenir danos por travamento em baixa temperatura é controlar a taxa de resfriamento, manter a válvula na posição totalmente aberta ou totalmente fechada durante o processo de resfriamento, tentar medir a temperatura dentro da válvula, manter um certo tempo de estabilização da temperatura e tentar fazer o máximo possível antes das operações de abertura e fechamento.

3) Influência das propriedades de materiais em baixas temperaturas

Atualmente, os materiais metálicos de válvulas criogênicas, especialmente válvulas de ultra baixa temperatura para GNL e outros fluidos, são principalmente aços inoxidáveis austeníticos Ni-Cr como 304, 304L, 316, 316L, que ainda podem manter boa resistência e tenacidade em baixas temperaturas. Mas esses materiais também têm algumas deficiências, pois são aços inoxidáveis metaestáveis, que sofrem uma transformação metalográfica em martensita em baixas temperaturas. A densidade da martensita da rede cúbica centrada no corpo é menor que a da austenita superficial com rede cúbica centrada, o que implica, após a transformação em baixa temperatura, uma expansão do volume e deformação das peças.

Além disso, a redução da temperatura também causa o encolhimento da estrutura metálica, que por sua vez gera uma tensão térmica que, por sua vez, quando excede o limite de escoamento do material, produz uma deformação permanente irreversível. Portanto, o processo de tratamento criogênico de baixa temperatura das partes da válvula é muito crítico. O objetivo do tratamento criogênico é garantir que essas transições de fase e deformações ocorram completamente antes do acabamento, a fim de garantir a estabilidade estrutural das peças e componentes acabados.

A válvula de baixa temperatura cujas peças não foram submetidas a tratamento criogênico pode causar deterioração do desempenho geral de toda a máquina após entrar no ambiente de baixa temperatura. A sede de válvula não metálica da válvula esfera de baixa temperatura é geralmente feita de politetrafluoroetileno (PTFE) ou policlorotrifluoroetileno (PCTFE). A temperatura teórica de fragilização do PTFE e PCTFE é de -180 ~ -195 ℃, mas na realidade comercial os produtos adquiridos não atingem essa temperatura e os danos causados pela fragilidade a baixa temperatura da sede da válvula são por vezes severos. A sede fragilizada perdeu sua capacidade de compensação elástica. Se a precisão da esfera não for alta o suficiente, a estanqueidade é difícil de alcançar, especialmente devido aos requisitos de vazamento zero das sedes de válvula de vedação macia especificados nas normas chinesas. Além disso, a dureza da sede fragilizada aumenta significativamente, o que pode causar danos à superfície da esfera ou fragilização da sede da válvula.

4) Influência da taxa de resfriamento

A taxa de resfriamento por imersão é, na verdade, muito difícil de controlar, dependendo da condição da superfície da válvula e da condutividade térmica do material. Mas o método de pulverização pode ajustar a taxa de resfriamento controlando a quantidade de pulverização de nitrogênio líquido. Em teoria, uma taxa de resfriamento mais baixa pode reduzir a diferença de temperatura entre o interior e o exterior da válvula e reduzir o gradiente de temperatura, o que é benéfico para o processo de teste, mas aumentará o consumo de nitrogênio líquido.

A taxa de resfriamento deve ser determinada de acordo com os parâmetros específicos da válvula testada, como diâmetro, espessura de parede, condições estruturais, componentes internos e assim por diante. Uma taxa de resfriamento excessivamente rápida agravará o fenômeno de travamento em baixa temperatura, e um gradiente de temperatura excessivamente grande causará alta tensão interna, resultando em danos aos componentes.

Controle de consumo do refrigerante de teste e do meio

1) Consumo de refrigerante e seu controle

O consumo ideal do refrigerante no teste de baixa temperatura deve ser:

Calor necessário para reduzir a válvula de teste
+
Instalações auxiliares no tanque de teste da temperatura ambiente para
temperatura especificada
=
Quantidade total de calor latente de vaporização do refrigerante consumido

Reduzir o consumo de refrigerante é uma medida importante para reduzir o custo do teste. Para reduzir o consumo de refrigerante, podemos começar pelos seguintes aspectos:

Selecione um tanque de teste de baixa temperatura com volume apropriado
Minimize o espaço em excesso no tanque de teste o máximo possível e utilize a capacidade térmica (use materiais menores para preencher o espaço em excesso)
Para testes que exigem ajuste de temperatura, tente ajustar a temperatura por pulverização para evitar imersão após diluir o refrigerante com álcool
Organize os testes de forma centralizada e produtos da mesma especificação podem ser testados continuamente, a fim de utilizar racionalmente o líquido residual
Fortaleça as medidas de isolamento térmico para reduzir a perda adicional de capacidade de refrigeração

2) Consumo do meio de teste e seu controle

O meio do teste de baixa temperatura é geralmente especificado como hélio, que é um gás inerte, e a temperatura de liquefação sob pressão atmosférica padrão é -269 ℃, que é um meio mais adequado para o teste de baixa temperatura da válvula. No entanto, o preço de mercado do hélio é caro e o consumo de hélio no teste de baixa temperatura de válvulas de grande diâmetro e alta pressão é enorme. Portanto, o controle de consumo e a recuperação e reutilização do hélio são de grande importância. Em princípio, a tecnologia de recuperação de hélio não é complicada, o importante é a operabilidade do

seu processo e o projeto de segurança da operação. Algumas pessoas se preocuparam com a pureza do hélio após a recuperação. Na verdade, o teste de baixa temperatura da válvula não requer alta pureza de hélio. Além disso, durante o teste de baixa temperatura da válvula, a cavidade da válvula é primeiro purgada com hélio para remover

o ar na cavidade interna. . O ambiente criogênico de alta pressão durante o teste de baixa temperatura da válvula excedeu o ponto de liquefação e condensação da maioria das substâncias, e a pureza do hélio recuperado tem pouca alteração e tem pouco efeito no uso repetido do teste de baixa temperatura.

Precauções de segurança

O teste de baixa temperatura da válvula é um trabalho perigoso e as precauções de segurança são muito importantes. Seus perigos têm consequências muito importantes especialmente em:

hipóxia local causada pela grande quantidade de volatilização de nitrogênio líquido (que causará asfixia do pessoal)
possíveis “queimaduras” por baixa temperatura no pessoal
respingo de refrigerante causado por grande vazamento de meio de teste
baixa temperatura de instrumentos e medidores. Dano

Portanto, o local de trabalho do teste de baixa temperatura deve manter boa ventilação e, se necessário, ventilação forçada artificial deve ser realizada. É necessário formular científica e razoavelmente os procedimentos operacionais para o teste de válvulas de baixa temperatura da empresa com base nas normas relevantes. Os operadores devem possuir certificados e estar equipados com os equipamentos de proteção de segurança necessários. Atenção especial deve ser dada à proteção de partes expostas do corpo, como rosto e mãos. Durante a operação em baixa temperatura, é estritamente proibido que uma única pessoa trabalhe no local.

A função de parada de emergência deve ser configurada no equipamento de teste, e suas partes operacionais devem ser colocadas na posição mais visível e de fácil operação. Para testes de alta pressão, grande diâmetro e outros parâmetros elevados, operações remotas devem ser realizadas o máximo possível. A válvula em teste deve ter medidas de fixação e travamento no tanque de teste de baixa temperatura. A seleção de instrumentos e medidores deve prestar atenção às suas características de resistência a baixas temperaturas e estabilidade de desempenho em baixa temperatura, a fim de evitar que suas partes não resistentes a baixas temperaturas entrem em contato com o ambiente de baixa temperatura. Para equipamentos expostos a baixas temperaturas ou partes de equipamentos em baixa temperatura, sinais de aviso devem ser instalados e isolados para evitar ferimentos acidentais a pessoal não relacionado.

Conclusão

Existe uma diferença entre o método de teste de válvulas de baixa temperatura exigido pela norma atual e as condições operacionais reais da válvula de baixa temperatura. A taxa de resfriamento, o método de resfriamento e o tempo de manutenção devem ser controlados razoavelmente para tornar as condições de teste o mais próximas possível das condições de trabalho reais. Para o teste de baixa temperatura da válvula esfera, atenção deve ser dada às características de baixa temperatura dos materiais que a compõem para evitar danos à válvula testada, como bloqueio em baixa temperatura e fluxo a frio. O refrigerante e o meio de teste no teste de válvulas de baixa temperatura são caros e de alto consumo, portanto, atenção deve ser dada ao controle do consumo, ou eles devem ser reciclados e reutilizados. Além disso, as precauções de segurança devem ser reforçadas e monitoradas de perto o tempo todo para evitar danos ao pessoal e ao equipamento.

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