Wesentliche Aspekte der kryogenen Mediumprüfung für API-Kryogensicherheitsventile

API-Tiefkühlsicherheitsventile werden in Hochrisikobereichen wie LNG-Terminals und Luftzerlegungsanlagen weit verbreitet eingesetzt, und ihre Leistung unter extrem niedrigen Temperaturen steht unmittelbar im Zusammenhang mit der Sicherheit des gesamten Systems. Die Prüfung mit tiefkältemedien ist das zentrale Verfahren zur Überprüfung der Leistung von API-Tiefkühlsicherheitsventilen und stellt strenge Anforderungen an Prüfnormen, Prüfeinrichtungen und Prüfverfahren. Dieser Blog konzentriert sich auf die Schlüsselpunkte der Prüfung mit tiefkältemedien für API-Tiefkühlsicherheitsventile und hilft Fachkollegen aus der Branche, das Wesentliche der Prüfung zu verstehen und häufige Fehler zu vermeiden.

1. Prüfnormen für API-Tiefkühlsicherheitsventile

Die kryogene Medienprüfung von API-Kryogensicherheitsventilen muss streng den API 527 (Dichtleistungsstandards für Druckentlastungsventile) und API 526 (Abmessungsstandards für Druckentlastungsventile) entsprechen und gleichzeitig die Anforderungen der chinesischen nationalen Normen GB/T 29026-2012 und JB/T 7248 sowie GB/T 24925-2019 (Technische Bedingungen für Kryogenventile) erfüllen. Darunter legt API 527 ausdrücklich den Leckageratenstandard für Kryogensicherheitsventile fest: Für Ventile mit DN ≤ 16 mm beträgt die maximal zulässige Leckagerate ≤ 12 cm³/min; für Ventile mit DN > 16 mm beträgt die maximal zulässige Leckagerate ≤ 36 cm³/min. Zusätzlich muss die Prüftemperatur die tatsächliche Betriebstemperatur des Ventils abdecken, üblicherweise von −196 °C (Flüssigstickstoff-Medium) bis −50 °C (kältetolerantes Kohlenwasserstoff-Medium). Für Sicherheitsventile an LNG-Terminals muss die Prüftemperatur auf −162 °C eingestellt werden, was der tatsächlichen Betriebstemperatur von LNG entspricht.

2. Wichtige Prüfgegenstände und Anforderungen

Die kryogene Mediumprüfung von API-Kryogensicherheitsventilen umfasst hauptsächlich vier Schlüsselprüfungen, bei denen jede klare technische Anforderungen erfüllen muss:

2.1 Prüfung der Materialzähigkeit bei tiefen Temperaturen

Der Ventilkörper, der Ventilsitz, die Spindel und andere Kernkomponenten von API-Tiefkühlsicherheitsventile müssen kryogenbeständige Werkstoffe wie austenitischen Edelstahl (CF3/CF3M) oder niedrigtemperaturbeständigen legierten Stahl (LC3/LCB) verwenden. Die Prüfung verlangt, dass die Komponenten den Kerbschlagzähigkeitstest nach Charpy mit V-Nut bei −196 °C bestehen, wobei der Kerbschlagzähigkeitswert ≥27 J/cm² betragen muss, um spröde Brüche unter extrem niedrigen Temperaturbedingungen zu vermeiden. Diese Prüfung bildet die Grundlage für die Gewährleistung der strukturellen Integrität des Ventils. Die Erfolgsquote der Materialzähigkeitsprüfung bei zugelassenen API-Kryogensicherheitsventilen beträgt 100 %.

2.2 Kryogene Dichtleistungsprüfung

Die Dichtleistung ist der zentrale Leistungsindikator für kryogene Sicherheitsventile nach API. Der Test wird unter den festgelegten ultratiefen Temperaturen durchgeführt. Das Ventil wird auf 90 % des Einstelldrucks druckbeaufschlagt, und die Leckrate wird mittels eines hochpräzisen Helium-Massenspektrometrie-Leckdetektionssystems gemessen. Es ist erforderlich, dass die Leckrate den von API 527 festgelegten Standard nicht überschreitet. Gleichzeitig muss auch die Dichtleistung der Ventilstangendichtung und der Verbindung zwischen Ventilkörper und -deckel geprüft werden, um Leckagen infolge der Kälteschrumpfung der Dichtungspackung zu vermeiden. Die Erfolgsquote des kryogenen Dichtleistungstests für kryogene Sicherheitsventile nach API muss ≥ 99 % betragen.

2.3 Kryogener Betriebssicherheitstest

Dieser Test überprüft die Zuverlässigkeit der Öffnungsfunktion, der Druckentlastungsfunktion und der automatischen Wiedersitzfunktion des Ventils unter kryogenen Bedingungen. Die Prüftemperatur wird auf die tatsächliche Betriebstemperatur des Ventils eingestellt, und der Druck wird schrittweise bis zum Einstelldruck erhöht, bis die Ventilscheibe anhebt und Druck entweichen lässt. Der Öffnungsdruck und die Druckentlastungszeit werden dokumentiert; der Öffnungs- und Schließzyklus wird mindestens dreimal wiederholt. Es ist erforderlich, dass die Abweichung des Öffnungsdrucks innerhalb von ±3 % des Einstelldrucks liegt, die Druckentlastung stetig verläuft und die automatische Wiedersitzfunktion zuverlässig ohne Undichtigkeit ist. Die durchschnittliche Druckentlastungszeit für zugelassene Ventile beträgt ≤5 Sekunden, und die Undichtigkeitsrate bei der Wiedersitzfunktion beträgt ≤5 cm³/min.

2.4 Temperaturgleichmäßigkeitstest

Während des kryogenen Tests muss die Temperaturverteilung am Ventil gleichmäßig sein, um lokale Überkühlung oder unzureichende Kühlung zu vermeiden, die die Testergebnisse beeinträchtigen könnten. Der Test verwendet ein hochpräzises Thermoelement-Array, bei dem 8–12 Thermoelemente am Ventilgehäuse, am Ventilsitz und am Ventilstiel angeordnet werden, um die Temperatur in Echtzeit zu überwachen. Es wird gefordert, dass die Temperaturdifferenz zwischen dem Ventileinlass und dem Prüffeld nicht mehr als 30 °C beträgt, um sicherzustellen, dass das gesamte Ventil einer einheitlichen ultratiefen Temperaturumgebung ausgesetzt ist. Die Temperaturgleichmäßigkeitstoleranz der Prüfumgebung beträgt ≤ ±2 °C.

3. Häufige Fehler bei der kryogenen Mediumprüfung und Vermeidungsmethoden

Im praktischen Prüfprozess treten bei vielen Unternehmen aufgrund unsachgemäßer Handhabung Prüfabweichungen auf, was die Genauigkeit der Prüfergebnisse beeinträchtigt. Laut branchenweiten Umfragen gehen 68 % der Prüffehler auf folgende drei häufige Fehler zurück:

● Fehler 1: Unzureichende Entfettung und Trocknung des Ventils, was während der Prüfung zur Eisbildung und damit zum Blockieren der Ventilkomponenten führt. Vermeidungsmethode: Verwenden Sie professionelle Entfettungsmittel und Hochtemperatur-Trocknungsöfen, um Fett und Feuchtigkeit vollständig zu entfernen, und überprüfen Sie vor der Prüfung den Trocknungseffekt, um sicherzustellen, dass der Feuchtigkeitsgehalt ≤ 0,05 % beträgt.
● Fehler 2: Das Prüfmedium entspricht nicht dem tatsächlichen Betriebsmedium, wodurch die Prüfergebnisse von der tatsächlichen Anwendung abweichen. Vermeidungsmethode: Wählen Sie entsprechend dem tatsächlichen Betriebsmedium des Ventils das geeignete Prüfmedium aus (z. B. Flüssigstickstoff für LNG-Ventile, Helium für tiefkalt betriebene Kohlenwasserstoffventile).
● Fehler 3: Die Prüfgeräte sind nicht kalibriert, was zu ungenauen Druck- und Temperaturmessungen führt. Vermeidungsmethode: Kalibrieren Sie alle Prüfgeräte vor der Prüfung und stellen Sie ein Kalibrierzertifikat aus, um die Genauigkeit der Messdaten sicherzustellen. Der Kalibrierzyklus für Druck- und Temperaturmessgeräte darf sechs Monate nicht überschreiten.

4. Fazit

Die kryogene Mediumprüfung von API-Tiefkühlsicherheitsventile ist eine anspruchsvolle und fachkundige Aufgabe, die strikte Einhaltung der API-Normen, modernste Prüfgeräte sowie standardisierte Betriebsverfahren erfordert. Nur durch das Erfassen der entscheidenden Prüfpunkte und das Vermeiden häufiger Fehler lässt sich die Genauigkeit der Prüfergebnisse gewährleisten, die Leistung des Ventils verifizieren und eine zuverlässige Sicherheitsgarantie für den sicheren Betrieb des kryogenen Systems bereitstellen. API-kryogene Sicherheitsventile, die strenge kryogene Prüfungen erfolgreich bestanden haben, können die Ausfallrate im praktischen Betrieb um 92 % senken; ihre Einsatzdauer kann über 8.000 Stunden betragen.