阀门用抗爆O形圈快速泄压检测技术研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)浙江省泵阀产品质量检验中心 作者:缪克在

  探讨了阀门用抗爆O 形圈快速泄压检测技术的基本原理、试验方法与步骤、结果评价及检测装置的设计,提出并解决了检测模具的设计、加热与温度准确控制方式等技术关键。

1、概述

  目前,国内石化及天然气高压阀门采用的抗爆O 形圈基本由国外进口,其价格是国内同类产品的数十倍。其主要原因是我国缺乏抗爆O 形圈产品质量失效评价检测技术,即国际通用的快速泄压( Rapid Gas Decompression - RGD) 检测技术,以及相应的检测标准技术规范体系。通过对阀门用抗爆O 形圈RGD 检测技术的研究,及RGD 检测装置的研制,完善了O 形圈失效分析与检测手段。

2、检测原理

  美国石油协会标准API 6D 中规定,压力在CL600( 10MPa) 及以上用于碳氢化合物气体介质的阀门,其O 形圈应选择抗爆O 形圈。美国TOTAL 公司通用技术规范“管道阀门”规定,除Class A 级( 即介质为水、空气、氮气、液态油,温度为室温~ 75℃,用于灌水等工况) 外的其他等级用O 形圈必须通过RGD 或AED ( Anti - explosion Decompression) 测试。NORSOK M710 标准给出的RGD 定义是承压设备内部快速压力降低导致渗入弹性材料( 如O 形圈) 的介质膨胀以致爆破的检验方法。其前提是承压设备内部的压力降低速率必须大于渗入弹性材料内部的介质的扩散速率。目前,RGD 或AED 检测技术在国外逐步得到认可和推广。

  所有弹性材料都有一定的渗透性,当渗入密封圈内的气体压力被释放时,进入密封件内的气体膨胀并试图向低压方向逸散,如果突然泄压,密封圈就会像气球那样爆破。在某些含氧的情况下,密封圈会由于急剧泄压而烧毁。Park 公司对密封圈快速泄压进行了大量的研究,并推荐采用N380 - 80 橡胶材料。挪威标准M710 将抵抗RGD 爆破性能列为密封件材料选择的重要指标之一,并制定了RGD检测技术规范。

3、RGD 试验与分析

  3.1、试验条件

  各标准对O 形圈RGD 试验的规定见表1。

表1 抗爆O 形圈RGD 试验条件

抗爆O 形圈RGD 试验条件

续表1

抗爆O 形圈RGD 试验条件

  3.2、试验步骤

  目前,国内外针对O 形圈的RGD 试验均采用NORSOK M710 或美国TOTAL 公司的技术规范( 表2) 。

表2 RGD 试验步骤

RGD 试验步骤

  3.3、结果评价

  当抗爆O 形圈试样经过RGD 带压热循环试验后,将试样按径向等分切成四段( 图1) ,用显微镜或至少可放大10 倍的放大镜观察试样横截面上内裂纹情况,进行等级评定( 表3) 。一般情况下,RGD试验后,被测抗爆O 形圈的结果评价等级超过3 级即可以拒收。图2 为RGD 试验后O 形圈试样截面典型示意图,由于该试样横截面上出现超过8 条的内裂纹,且有1 条以上的内裂纹长度超过横截面直径的80%,但无贯穿性裂纹,故而评为4 级。

  4.2、温度控制

  针对O 形圈RGD 检测过程的温度要求( t≤200℃,误差± 2℃) ,采用特制箱体气体加热方式,利用模糊自适应PID 控制与可控硅调压及计算机采集与反馈技术相结合,实现RGD 检测过程温度快速、准确控制。

  加热箱中,根据材料质量、体积、传热面积、传热系数和材料性质等因素,确定加热片的总功率,同时为保证传热均匀,温度控制准确,在试验箱体内壁四周均布安装功率相同的加热片。箱体底部安装不锈钢支撑架,以支撑试验模具。温度控制是利用模糊自适应PID 算法和可控硅调压控制加热片实现( 图5) 。

RGD 检测温度控制流程

图5 RGD 检测温度控制流程

  首先,可控硅调压器接收4 ~ 20mA 的信号,调整输出电压。输出电压改变,加热片的功率随之改变,进而控制加热温度。温度控制过程中,选取2 个测温点,分别监测加热箱体内部环境气体和模具内部试验介质温度。通过此对工艺过程进行温度监视,并将采集到的温度信号反馈到控制器,进行整体的温度控制,从而达到控制要求。RGD 检测时,首先将加热箱体内部环境气体温度加热并稳定在规定值,然后将模具内部试验介质温度稳定在检测规定值及误差± 2℃范围内。

5、结语

  RGD 检测抗爆O 形圈高压的气体渗透、扩散、膨胀、爆破等过程及横截面裂纹等失效分析与结果评价,弥补了弹性材料拉伸、硬度等常规测试的不足,有助于指导高温高压碳氢化合物工况弹性材料( O 形圈) 的选择与产品质量改进,解决出口石油化工管道阀门密封件的技术问题,提高抗爆O 形圈产品的国产化率。

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