低溫試驗是對
DQ41型低溫球閥性能驗證的一個重要手段,現行標準規定的閥門低溫試驗方法與實際工況有一定的差異,不當的操作容易造成試驗結果的失真,甚至對受試閥門的損害。本文主要針對低溫球閥的特殊結構,分析了閥門低溫試驗中容易出現的問題,并結合實際操作經驗,提出了一些應對措施。
閥門低溫試驗是檢驗DQ41型低溫球閥在低溫模擬工況環境下的性能,可以對DQ41型低溫球閥整機性能作出評價。目前,閥門低溫試驗所執行的標準主要是:GB/T24925-2010、BS6364:1984等。低溫試驗的主要內容有:檢驗密封件、填料、上密封等處的密封情況;整機帶壓工況的操作性能等。檢測參數有:閥體、閥蓋、閥桿、閥瓣、填料函、冷媒及環境溫度;閥門出口端的瞬間泄漏量、累積泄漏量和平均泄漏量;試驗介質壓力極其變動情況。試驗介質一般為氦氣。
低溫試驗前,應使受試閥門充分干燥,去除閥內的油脂及雜物。將DQ41型低溫球閥安裝在低溫試驗槽內,連接好所有接頭,保證閥門填料部分位于保溫蓋以上,且溫度保持在0℃以上。將閥門浸入低溫介質中,低溫介質蓋住閥體與閥蓋連接部分上端,或使用噴嘴向閥門的閥蓋頸部以下均勻噴淋低溫介質,使閥門冷卻至相應的試驗溫度。保持一定的時間,直到各處的溫度穩定為止,溫度變化應在±5℃以內。開關閥門若干次,檢驗其低溫操作性能;關閉閥門,按正常流向加壓,進行密封試驗。再將閥門處于半開狀態,關閉出口端的針型閥,檢驗閥門填料、閥體和閥蓋連接處的密封性。將試驗結果與相應標準對照,判定結果,形成結論。
外冷法帶來的問題是使DQ41型低溫球閥在試驗初期產生一個與實際工況相反的溫度梯度,對低溫球閥而言,閥體和閥蓋快速冷卻,產生體積收縮,而此時球體、閥座尚未*冷透,特別是由于非金屬閥座的隔熱作用,進一步延緩了熱量傳遞過程。此時,原有的配合被改變,非金屬閥座或組合閥座的非金屬密封圈可能會受到過度擠壓,造成各部件動作困難,我們姑且稱這種現象為:低溫抱死。低溫抱死會使非金屬閥座產生*性變形,即所謂“冷流”現象,并且,聚四氟乙烯等非金屬材料的熱膨脹系數要大于金屬材料,隨著內、外溫度的逐漸平衡,內件收縮,密封比壓降低或消失,密封副失效。即使低溫試驗合格的產品,由于低溫管道實際工況的溫度梯度可能始終存在,閥門殼體的溫度水平高于內件,裝配時預加的密封比壓會有所降低,仍可能會造成密封效果下降。
目前DQ41型低溫球閥,特別是LNG等介質用超DQ41型低溫球閥的金屬用材主要以304、304L、316、316L等Ni—Cr奧氏體不銹鋼為主,這類材料在低溫下仍能保持較好的強度和韌性,但這類材料也存在著某些不足,這些材料都屬于亞穩定型不銹鋼,在低溫下會發生向馬氏體的金相轉變,由于體心立方晶格的馬氏體致密度低于面心立方晶格的奧氏體,低溫相變后會引起體積膨脹而導致零件變形。此外,溫度降低還會造成金屬結構的收縮,由于零件各部分收縮不均勻,就產生了溫度應力,當溫度應力超出了材料的屈服極*,零件將產生不可逆的*變形。因此,DQ41型低溫球閥零部件的深冷處理工藝是很關鍵的,深冷處理的目的就是使這些相變和變形在精加工之前充分發生,以保證成品零、部件的結構穩定。零部件沒有經過深冷處理的DQ41型低溫球閥在進入低溫環境后可能會造成整機性能全面失效。
DQ41型低溫球閥的非金屬閥座一般以聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)等構成,PTFE和PCTFE的理論脆化溫度均為-180~-195℃,但實際上,商業化采購的產品遠達不到這樣的溫度,閥座的低溫脆性帶來的損害有時是嚴重的,脆化后的閥座已失去了彈性補償能力,如果球體精度沒有足夠高,很難達到密封要求,特別對于中國標準規定的軟密封閥座的零泄漏要求。此外,脆化后的閥座硬度急劇升高,有可能造成球體表面損傷或閥座脆裂。