Problemes habituals i solucions en les proves amb medi criogènic de vàlvules de baixa temperatura

Vàlvules de baixa temperatura són els components fonamentals dels sistemes criogènics, i el seu rendiment en condicions d’ultrabaixa temperatura afecta directament la seguretat i l’estabilitat del sistema. Les proves amb medi criogènic són un mitjà important per verificar el rendiment de les vàlvules de baixa temperatura, però, en el procés real d’assaig, sovint apareixen nombrosos problemes habituals que afecten el ritme i la precisió de les proves. Segons estadístiques del sector, el 75 % de les anomalies en les proves de vàlvules criogèniques es deuen a problemes operatius habituals. Aquest bloc revisarà els problemes habituals en les proves amb medi criogènic de vàlvules de baixa temperatura i oferirà solucions adequades per ajudar els professionals del sector a millorar l’eficiència i la qualitat de les proves.

1. Problema habitual 1: Congelació i bloqueig de la vàlvula durant la prova

Durant la prova criogènica, la vàlvula sovint es congela i es bloqueja, cosa que impedeix completar la prova del cicle d’obertura i tancament. Aquest problema representa el 35 % de totes les fallades en les proves. Les causes principals són: una desgreasing i assecament insuficients de la vàlvula, que provoquen la formació de gel al seu canal intern; l’emballat no és resistent a baixes temperatures i es congela i endurit sota condicions d’ultra-baixa temperatura, fent que l’eix es quedi enganxat; i la temperatura de la vàlvula no és uniforme, cosa que provoca la formació localitzada de gel.

Solució: Abans de la prova, la vàlvula s’ha de desgreasar completament i assecar, utilitzant agents desgreasant professionals i forns d’assecament a altes temperatures per eliminar tota la greix i la humitat, assegurant que el contingut d’humitat sigui ≤ 0,05 %; seleccionar un material d’empaquetatge resistent a baixes temperatures (com ara PCTFE o grafit flexible) per garantir que mantingui l’elasticitat en condicions d’ultrabaixa temperatura; utilitzar un sistema de control de temperatura d’alta precisió per assegurar un refredament uniforme de la vàlvula, evitant el refredament excessiu local, i que l’error de uniformitat de temperatura sigui ≤ ±2 °C.

2. Problema habitual 2: Taxa de fuita excessiva de la vàlvula

En la prova de rendiment d'estanquitat criogènica, la taxa de fuites de la vàlvula sovint supera l'estàndard, cosa que constitueix un dels problemes més habituals i representa el 30 % de les anomalies detectades en les proves. Les causes principals són: l'assentament de la vàlvula i el disc de la vàlvula no encaixen correctament, provocant esquerdes superiors a 0,005 mm; la junta s’ha malmesa durant el muntatge; o el medi de prova no és compatible amb el material de la junta, fet que provoca una retracció i deformació de la junta superior al 5 %.

Solució: abans de fer la prova, cal verificar l’encaix entre l’assentament i el disc de la vàlvula, i tornar-los a mecanitzar o substituir-los si hi ha esquerdes; cal prestar atenció al procés de muntatge per evitar malmetre la junta; i cal seleccionar el medi de prova segons el material de la junta, assegurant-ne la compatibilitat amb aquest i evitant així la deformació de la junta causada per reaccions químiques o retracció per fred. Després de les millores, la taxa d’èxit de la prova d’estanquitat pot arribar al 99 %.

3. Problema habitual 3: Control inexacte de la temperatura de prova

La precisió del control de la temperatura durant les proves afecta directament els resultats de les proves. En les proves reals, sovint es produeix el fenomen d’un control inexacte de la temperatura, que representa el 15 % de les anomalies en les proves, com ara que la temperatura de prova no arribi al valor establert o que la fluctuació de temperatura sigui massa gran (superant ±1 °C). Les causes principals són: la sonda de temperatura no està calibrada, cosa que provoca mesures inexactes de la temperatura; el sistema de refrigeració de la cambra de proves falla, provocant una refrigeració lenta o la incapacitat de mantenir la temperatura establerta; la cambra de proves no està ben tancada, cosa que permet la interferència de la temperatura exterior.

Solució: calibrar el sensor de temperatura abans de la prova per garantir la precisió de la mesura de la temperatura; el cicle de calibració no ha d’excedir els 6 mesos; revisar periòdicament el sistema de refrigeració de la cambra d’assaig i mantenir-lo o reparar-lo oportunament en cas de fallada; assegurar-se que la cambra d’assaig estigui ben tancada i instal·lar capes d’aïllament tèrmic al voltant de la cambra d’assaig per evitar interferències de la temperatura exterior. Després de les millores, la precisió del control de temperatura pot arribar a ±0,5 °C.

4. Problema habitual 4: Resultats inprecisos de l’assaig de pressió

En la prova de pressió criogènica, els resultats de la prova de pressió sovint són inexactes, representant el 12 % de les fallades en les proves, com ara quan la pressió d’obertura mesurada de la vàlvula es desvia del valor establert en més de ±3 %. Les causes principals són: la bancada de prova de pressió no està calibrada, cosa que provoca mesures de pressió inexactes; la vàlvula no està instal·lada de forma hermètica, provocant una fuga de pressió superior a 0,1 MPa/min; i el medi de prova es vaporitza, provocant una pressió inestable.

Solució: calibrar la bancada de prova de pressió abans de la prova per garantir l’exactitud de la mesura de pressió; el cicle de calibració no ha d’excedir els 6 mesos; instal·lar la vàlvula de forma hermètica i verificar la part de connexió per detectar possibles fugues abans de la prova; seleccionar un medi de prova amb bona estabilitat a baixes temperatures (com ara heli o nitrogen líquid) i aplicar mesures d’aïllament a la canonada per evitar la vaporització del medi i la inestabilitat de la pressió. Després de la millora, l’exactitud de la mesura de pressió pot arribar a ±0,05 % FS.

5. Problema habitual 5: Danys en els components de la vàlvula durant la prova

Durant la prova criogènica, sovint es produeixen danys en els components de la vàlvula (com l’eix o la molla), cosa que provoca l’error de la prova, representant un 8 % dels errors de prova. Les causes principals són: el material dels components no compleix els requisits de resistència a baixes temperatures, provocant una fractura fràgil; la pressió de prova supera en més d’un 10 % la pressió de treball màxima admèsible de la vàlvula; o bé l’operació és inadequada, provocant impactes sobre els components.

Solució: Seleccionar components fabricats amb materials resistents a temperatures criogèniques (com ara CF3/CF3M, LC3/LCB) per garantir que tinguin una tenacitat suficient en condicions d’ultra-baixa temperatura, i que el valor de tenacitat al xoc sigui ≥27 J/cm²; controlar estrictament la pressió de prova per evitar superar la pressió de treball màxima admisible de la vàlvula; operar d’acord amb els procediments de prova i evitar operacions brusques que provoquin xocs als components. Després de la millora, la taxa de danys dels components durant la prova es pot reduir a ≤1%.

6. Conclusió

La prova de mitjans criogènics de vàlvules de baixa temperatura , sovint apareixen problemes habituals com la congelació i el blocatge de les vàlvules, una taxa de fuites excessiva i un control imprecís de la temperatura. Aquests problemes es deuen principalment a una preparació inadequada prèvia a la prova, a equipaments no qualificats i a una operació irregular. Aplicant solucions adequades, com reforçar el tractament previ a la prova, calibrar periòdicament l’equipament i normalitzar els procediments d’operació, podem evitar eficaçment aquests problemes, millorar l’eficiència i la qualitat de les proves i garantir la fiabilitat de les vàlvules de baixa temperatura. L’eficiència de les proves pot millorar un 40 % i el cost de les proves es pot reduir un 30 % després de resoldre aquests problemes habituals.