阀门压力试验的质量控制

2014-03-25 白金亮 长庆油田公司

  论述了试验人员、采用标准、试验设备和试验方法等是影响压力试验质量的主要因素,提出了相应的质量控制措施。

1、概述

  阀门的压力试验包括壳体试验和密封试验,其目的是检验阀门承压部件的强度和严密性。在试验过程中,通过观察承压部件有无明显变形或破裂,验证阀门是否具有设计压力( 或公称压力) 下安全运行所必需的承压能力,通过观察阀体及连接处有无渗漏,检验阀门各部位的严密性。在对阀门压力试验过程中,如果试验设备选型不当,操作程序不符合要求,将会严重影响阀门的检验质量,为阀门正常使用留下安全隐患。

2、分析

  2.1、检验人员

  人员因素是试验质量形成过程中的重要因素。检验人员必须做到严格按照检验标准,确保试验压力和保压时间,遵循谁检验谁负责,谁签字谁负责的原则开展检验工作。阀门检验人员还应了解阀门设计制造的相关知识,懂得阀门的结构和原理,熟悉材料的基本特性,明确阀门容易出现缺陷的薄弱部位和应力分布状况,掌握相关标准条款的内容和内涵,积极思考,有的放矢,认真分析,做到不漏检,不误判。

  2.2、检验标准

  标准是检验工作和评定的依据,因标准规定技术参数的差异( 如试验压力和保压时间) 往往得出不同的结论。如某阀门依据GB /T 13927 - 2008 的要求,阀门壳体压力试验为2. 4MPa,保压时间为1min,未发现渗漏现象。但是,阀门按照GB 50540- 2009 的相关要求进行压力试验,壳体试验压力2. 4MPa,保压不少于5min,在保压2. 2min 后阀体出现了渗漏。

  目前,阀门压力试验使用的标准主要有GB /T13927 - 2008、GB 50540 - 2009 和SH 3518 - 2000等,其试验压力基本相同即为公称压力( 或最高工作压力) 的1. 5 倍,但保压时间相差较大( 表1) 。由于通径与安全状况存在一定关系,因此根据不同通径规定不同保压时间显得更科学合理。另外壳体压力试验是超过最高工作压力的抗拉强度试验,如果阀门内存在微裂纹等缺陷,在拉应力作用下容易出现扩展现象,随着保压时间的延长,微裂纹扩展到表面而出现渗漏现象。阀体内裂纹性缺陷应严格控制,同时采用何种检验标准应根据阀门的类型和用途科学选择。

  2.3、试验设备

  阀门压力试验一般通过阀门试验机完成。目前国内生产的阀门试验机主要有抱卡式和顶压式两种。顶压式是两个密封板将阀门对顶形成预紧力并通过O 形圈实现密封。装卡阀门前,先调整油缸压力与试验压力相匹配( 一般阀门试验机制造厂提供试验压力- 油缸压力- 公称通径关系曲线) ,然后开始升压到试验压力( 图1) ,阀门在开始升压前,阀体将受到较大压应力,容易造成阀体变形和开口缺陷的自闭,甚至损坏阀门。

表1 阀门压力试验主要标准规定的试验压力、保压时间以及试验温度

阀门压力试验主要标准规定的试验压力、保压时间以及试验温度

顶压式压力试验时阀体轴向应力分布

(a) 压力试验之前(b) 壳体试验保压期间(c) 密封性试验

图1 顶压式压力试验时阀体轴向应力分布

  抱卡式试验机通过三爪将阀门法兰与密封盲板夹在一起,并通过O 形圈密封。装卡阀门前,先调整油缸压力与试验压力相匹配。阀门法兰与密封盲板夹紧后,升压之前,阀体应力为0,盲板受到阀体内部的推力,由于作用力与反作用力,阀门本体受到拉应力。密封试验时,介质侧受到拉应力,无介质侧应力为0( 图2) 。

抱卡式压力试验时阀体轴向应力分布

(a) 升压之前(b) 壳体试验(c) 密封试验

图2 抱卡式压力试验时阀体轴向应力分布

  根据试验方式分析,顶压式和抱卡式各有优缺点,特别是对阀体内的应力分布有明显不同。采用顶压式试验机工装结构简单,装卡方便,检验速度快,但阀体应力主要为压应力( 轴向) ,容易掩盖缺陷。采用抱压式试验机阀体应力主要为拉应力( 轴向) ,容易产生缺陷( 如微裂纹等) 。对于直径较大阀门的压力试验,宜采用抱卡式,避免阀门因压紧力过大造成损坏。阀门试验机特别是顶压阀门试验机采用伺服系统,该系统可以根据试验压力自动调节压紧力。

  2.4、环境温度

  环境温度也是影响阀门压力试验的重要因素,多数标准对压力试验的温度作了明确规定。GB /T13927 - 2008 中规定,试验介质的温度应在5 ~ 40℃之间。工业阀门基本采用金属材料制造,由于金属材料在环境温度较低时,易发生脆性破坏。当温度接近材料的无延性转变温度( 金属温度由高到低下降时,金属材料由塑性变形转变为脆性破坏的温度) 时,材料容易产生缺陷或破坏。因此阀门压力试验时,其环境温度或介质温度不宜低于5℃,对于低合金钢不宜低于15℃。

  2.5、试验方法

  壳体试验时,阀门处于开启状态,无论从何方向引入介质,对试验结果没有太大的影响。密封试验时,对于规定了介质流通方向的阀门( 如截止阀等) ,应按规定的流通方向加压。对于止回阀,应按流向相反的方向引入介质并加压。如果介质引入方向错误,容易造成阀门试验结果错误或无法进行试验。

  阀门上密封试验时,阀门应处于全开状态,使上密封关闭,给体腔充满试验介质,并逐渐加压到规定的试验压力,然后检查上密封性能。

  2.6、阀门内气体

  在向阀门引入液态介质时,阀门内的部分气体容易聚集于腔体的最高处或死角。GB /T 13927 -2008 规定,进行压力试验时,应排净阀门体腔内的空气。但实际试验过程中,只有立式阀门试验机可以设置排气孔进行排气,在卧式阀门试验机上无法实现。当受检阀门达到试验压力后稳压阶段时,其试验压力可能不断下降,因此不能因为不能保压而判断阀门不合格,此时应分析其原因,检查阀门外观是否存在泄漏部位。

  2.7、试验介质

  阀门压力试验所用的试验介质通常循环使用。阀门内的油脂、铁屑等杂物进入试验介质,将会影响试验机启闭件( 换向阀等) 的密封性,造成无法稳压,因此不能单凭不能稳压来判断阀门压力试验合格与否。为了消除试验介质对试验结果的影响,应定期更换试验用水或进行水质处理,清除油脂和铁屑等污物,定期清洗和更换过滤器、水路和启闭元件,确保试验质量。

  2.8、涂漆

  阀体表面涂漆的阀门,不仅容易造成外观缺陷的漏检,对压力试验也产生一定的影响。因为直径较小的孔洞,如果用漆封堵,可以承受较高的压力。在实际检验过程中的保压期间,应注意观察涂漆部位,如有突起,应剥开漆膜,检查是否存在微孔等缺陷。

3、结语

  压力试验是阀门检验的重要内容之一,为了减少阀门压力试验不利因素的影响,应从人员、设备、方法及环境等方面,提升试验人员的责任意识、技术素质和业务能力。只有正确选择试验设备的类型和加压方式,加大试验设备的维护保养,根据阀门的结构类型采用正确的操作方法,在标准规定的环境条件下进行压力试验,不断探索阀门压力试验的新技术和新方法,确保试验结果的准确性和真实性,才能不断提高阀门质量检验的水平。