Punts clau de les proves amb medi criogènic per a vàlvules de seguretat criogèniques API

Vàlvules de seguretat criogèniques API s’utilitzen àmpliament en camps d’alt risc com ara terminals de GNL i plantes de separació de l’aire, i el seu comportament en condicions d’ultra-baixa temperatura està directament relacionat amb la seguretat de tot el sistema. Les proves amb medi criogènic, com a mitjà fonamental per verificar el rendiment de les vàlvules de seguretat criogèniques API, tenen requisits estrictes en què fa als estàndards, l’equipament i els processos de prova. Aquest bloc es centra en els punts clau de les proves amb medi criogènic per a les vàlvules de seguretat criogèniques API, ajudant als professionals del sector a comprendre l’essència d’aquestes proves i a evitar errors habituals.

1. Estàndards de prova per a vàlvules de seguretat criogèniques API

Les proves de mitjans criogènics de les vàlvules de seguretat criogèniques API han de complir estrictament les normes API 527 (Normes de rendiment d’estanquitat per a vàlvules de descàrrega de pressió) i API 526 (Normes dimensionals per a vàlvules de descàrrega de pressió), i al mateix temps satisfer els requisits de les normes nacionals xineses GB/T 29026-2012 i JB/T 7248, així com la GB/T 24925-2019 (Condicions tècniques per a vàlvules criogèniques). D’entre aquestes, l’API 527 estableix clarament l’estàndard de taxa de fuga de les vàlvules de seguretat criogèniques: per a vàlvules amb DN ≤ 16 mm, la taxa màxima de fuga admès és ≤ 12 cm³/min; per a vàlvules amb DN > 16 mm, la taxa màxima de fuga admès és ≤ 36 cm³/min. A més, la temperatura de prova ha de cobrir la temperatura de treball real de la vàlvula, normalment entre -196 °C (medi de nitrogen líquid) i -50 °C (medi d’hidrocarburs a baixa temperatura). Per a les vàlvules de seguretat dels terminals de GNL, la temperatura de prova s’ha d’establir a -162 °C, coherent amb la temperatura de treball real del GNL.

2. Elements principals de la prova i requisits

Les proves criogèniques dels valves de seguretat criogènics API inclouen principalment quatre proves clau, cadascuna de les quals té requisits tècnics clars:

2.1 Prova de tenacitat dels materials a baixes temperatures

El cos del valve, el disc del valve, l’eix i altres components fonamentals de Vàlvules de seguretat criogèniques API han d’utilitzar materials resistents a temperatures criogèniques, com ara acer inoxidable austenític (CF3/CF3M) o acer d’aliatge per a baixes temperatures (LC3/LCB). La prova exigeix que els components superin la prova de tenacitat al xoc amb entallada en forma de V de Charpy a -196 °C, i el valor de tenacitat al xoc ha de ser ≥27 J/cm² per evitar la fractura fràgil en condicions d’ultra-baixa temperatura. Aquesta prova és la base per garantir la integritat estructural del valve. La taxa d’aprovar la prova de tenacitat dels materials en valves de seguretat criogènics API qualificats és del 100 %.

2.2 Prova del rendiment d’estanquitat criogènica

El rendiment d'estanquitat és l'indicador de rendiment fonamental de les vàlvules de seguretat criogèniques API. La prova es realitza en condicions d'ultra-baixa temperatura establertes. La vàlvula es pressuritza fins al 90 % de la pressió ajustada i la taxa de fuita es detecta mitjançant un sistema de detecció de fuites per espectrometria de masses amb heli d’alta precisió. Es requereix que la taxa de fuita no superi l’estàndard especificat a l’API 527. Al mateix temps, també cal provar l’estanquitat de l’emballatge de l’eix de la vàlvula i de la connexió del cos de la vàlvula per evitar fuites causades per la contracció tèrmica de l’emballatge. Es requereix que la taxa d’èxit de la prova d’estanquitat criogènica de les vàlvules de seguretat criogèniques API sigui ≥99 %.

2.3 Prova de fiabilitat operativa criogènica

Aquesta prova verifica la fiabilitat de les funcions d'obertura, alliberament de pressió i reasseient automàtic de la vàlvula en condicions criogèniques. La temperatura de la prova es fixa a la temperatura de treball real de la vàlvula, i la pressió s'augmenta progressivament fins a la pressió ajustada, fins que el disc de la vàlvula s'aixeca i allibera la pressió. Es registren la pressió d'obertura i el temps d'alliberament de pressió, i es repeteix el cicle d'obertura i tancament com a mínim tres vegades. Es requereix que l'error de la pressió d'obertura sigui dins del ±3 % de la pressió ajustada, que l'alliberament de pressió sigui suau i que el reasseient automàtic sigui fiable i sense fugues. El temps mitjà d'alliberament de pressió de les vàlvules qualificades és ≤5 segons, i la taxa de fugues en el reasseient és ≤5 cm³/min.

2.4 Prova de uniformitat de temperatura

Durant la prova criogènica, la distribució de temperatura de la vàlvula ha de ser uniforme per evitar un refredament local excessiu o insuficient que afecti els resultats de la prova. La prova utilitza una matriu de termoparells d’alta precisió per col·locar entre 8 i 12 termoparells al cos de la vàlvula, al seient de la vàlvula i al varell per monitoritzar la temperatura en temps real. Es requereix que la diferència de temperatura entre l’entrada de la vàlvula i la finestra de prova no superi els 30 °C, assegurant així que tota la vàlvula es trobi en un entorn ultrafred uniforme. L’error de uniformitat tèrmica de l’entorn de prova és ≤ ±2 °C.

3. Errors habituals en les proves amb medi criogènic i mètodes per evitar-los

En el procés de prova real, moltes empreses presenten desviacions de prova degudes a una operació inadequada, fet que afecta la precisió dels resultats. Segons enquestes sectorials, el 68 % dels errors de prova són causats pels tres errors habituals següents:

● Error 1: Desgreixat i assecat insuficient de la vàlvula, cosa que provoca la formació de gel durant la prova i el blocatge dels components de la vàlvula. Mètode per evitar-ho: Utilitzeu agents desgreixants professionals i forns d’assecament a altes temperatures per eliminar completament la greix i la humitat, i comproveu l’efecte de l’assecament abans de la prova per assegurar-vos que el contingut d’humitat sigui ≤ 0,05 %.
● Error 2: El medi de prova no coincideix amb el medi de treball real, cosa que dona lloc a resultats de prova inconsistents amb l’ús real. Mètode per evitar-ho: Segons el medi de treball real de la vàlvula, seleccioneu el medi de prova corresponent (per exemple, nitrogen líquid per a vàlvules de GNL, heli per a vàlvules de hidrocarburs a baixa temperatura).
● Error 3: L’equip de prova no està calibrat, el que provoca mesures inexactes de pressió i temperatura. Mètode d’evitació: calibrar tot l’equip de prova abans de realitzar la prova i emetre un certificat de calibració per garantir l’exactitud de les dades de mesura. El cicle de calibració de l’equip de pressió i temperatura no ha d’excedir els 6 mesos.

4. Conclusió

Les proves amb medi criogènic de Vàlvules de seguretat criogèniques API són un treball rigorós i professional que requereix el compliment estricte de les normes API, equipaments de prova avançats i procediments operatius normalitzats. Només identificant els punts clau de la prova i evitant els errors habituals es pot garantir l’exactitud dels resultats, verificar el rendiment de la vàlvula i oferir una garantia fiable per al funcionament segur del sistema criogènic. Les vàlvules de seguretat criogèniques API que han superat proves criogèniques estrictes poden reduir la taxa de fallades en un 92 % durant el funcionament real, i la seva vida útil pot arribar a més de 8.000 hores.