Ключевые аспекты испытаний криогенных сред для криогенных предохранительных клапанов по стандарту API

Криогенные предохранительные клапаны API широко применяются в высокорисковых областях, таких как терминалы СПГ и установки разделения воздуха; их эксплуатационные характеристики при сверхнизких температурах напрямую влияют на безопасность всей системы. Испытания криогенных сред, являющиеся основным методом проверки характеристик криогенных предохранительных клапанов API, предъявляют строгие требования к стандартам испытаний, оборудованию и технологическим процессам. В этом блоге рассматриваются ключевые аспекты испытаний криогенных сред для криогенных предохранительных клапанов API, что поможет специалистам отрасли освоить основы проведения испытаний и избежать типичных ошибок.

1. Стандарты испытаний криогенных предохранительных клапанов API

Криогенные испытания среды для криогенных предохранительных клапанов API должны строго соответствовать стандартам API 527 («Стандарты герметичности предохранительных клапанов») и API 526 («Стандарты размеров предохранительных клапанов»), а также удовлетворять требованиям китайских национальных стандартов GB/T 29026-2012 и JB/T 7248, а также GB/T 24925-2019 («Технические условия для криогенных клапанов»). В частности, в стандарте API 527 чётко определён норматив утечки криогенных предохранительных клапанов: для клапанов с условным проходом DN ≤ 16 мм максимально допустимая скорость утечки составляет ≤ 12 см³/мин; для клапанов с условным проходом DN > 16 мм максимально допустимая скорость утечки составляет ≤ 36 см³/мин. Кроме того, температура испытаний должна охватывать фактическую рабочую температуру клапана — как правило, от −196 °C (среда — жидкий азот) до −50 °C (низкотемпературная углеводородная среда). Для предохранительных клапанов терминалов СПГ температура испытаний должна быть установлена на уровне −162 °C, что соответствует реальной рабочей температуре СПГ.

2. Основные виды испытаний и их требования

Испытания криогенных сред для криогенных предохранительных клапанов API включают в себя четыре ключевых испытания, каждое из которых имеет чёткие технические требования:

2.1 Испытание на ударную вязкость материалов при низких температурах

Корпус клапана, затвор, шток и другие основные компоненты Криогенные предохранительные клапаны API должны изготавливаться из материалов, устойчивых к криогенным температурам, например, аустенитной нержавеющей стали (CF3/CF3M) или низколегированной стали для низкотемпературного применения (LC3/LCB). В ходе испытания компоненты должны успешно пройти испытание на ударную вязкость по Шарпи с V-образным надрезом при температуре −196 °C, а значение ударной вязкости должно составлять не менее 27 Дж/см², чтобы исключить хрупкое разрушение в условиях сверхнизких температур. Данное испытание является основой обеспечения структурной целостности клапана. Коэффициент соответствия материалов по результатам испытаний на ударную вязкость для сертифицированных криогенных предохранительных клапанов API составляет 100 %.

2.2 Испытание герметичности при криогенных температурах

Эффективность уплотнения является основным показателем эксплуатационных характеристик криогенных предохранительных клапанов по стандарту API. Испытание проводится при заданных сверхнизких температурах. Клапан подвергается давлению, составляющему 90 % от установленного давления, а скорость утечки определяется с помощью высокоточной системы обнаружения утечек на основе гелиевого масс-спектрометра. Требуется, чтобы скорость утечки не превышала нормы, установленной стандартом API 527. Одновременно также проверяется эффективность уплотнения набивки штока клапана и соединения корпуса клапана, чтобы исключить утечки, вызванные сжатием набивки при охлаждении. Коэффициент соответствия требованиям по результатам испытаний криогенной герметичности для криогенных предохранительных клапанов по стандарту API должен составлять ≥99 %.

2.3 Испытание на надёжность работы в криогенных условиях

Этот тест проверяет надежность функций открытия клапана, сброса давления и автоматического повторного закрытия в криогенных условиях. Температура испытания устанавливается равной фактической рабочей температуре клапана, а давление постепенно повышается до заданного значения до тех пор, пока тарелка клапана не приподнимется и не начнётся сброс давления. Фиксируются давление открытия и время сброса давления; цикл открытия–закрытия повторяется не менее трёх раз. Требуется, чтобы погрешность давления открытия составляла не более ±3 % от заданного давления, сброс давления происходил плавно, а автоматическое повторное закрытие было надёжным без протечек. Среднее время сброса давления для клапанов, прошедших испытание, составляет ≤5 секунд, а скорость утечки при повторном закрытии — ≤5 см³/мин.

2.4 Тест на однородность температуры

Во время криогенного испытания распределение температуры по клапану должно быть равномерным, чтобы избежать локального переохлаждения или недостаточного охлаждения, влияющих на результаты испытаний. В испытании используется высокоточная термопарная решётка: 8–12 термопар размещаются на корпусе клапана, седле клапана и штоке для контроля температуры в реальном времени. Требуется, чтобы разница температур между входом клапана и испытательным окном не превышала 30 °C, что обеспечивает нахождение всего клапана в однородной сверхнизкотемпературной среде. Погрешность равномерности температуры в испытательной среде составляет ≤ ±2 °C.

3. Распространённые ошибки при испытаниях криогенных сред и способы их предотвращения

В ходе фактических испытаний многие предприятия допускают отклонения из-за неправильного проведения операций, что снижает точность получаемых результатов. Согласно отраслевым исследованиям, 68 % ошибок при испытаниях вызваны следующими тремя распространёнными ошибками:

● Ошибка 1: Недостаточная обезжиривание и сушка клапана, приводящая к образованию льда во время испытания и заклиниванию компонентов клапана. Способ предотвращения: использовать профессиональные обезжиривающие средства и сушильные печи высокой температуры для полного удаления жира и влаги; перед испытанием проверить эффективность сушки, чтобы содержание влаги составляло ≤0,05 %.
● Ошибка 2: Испытательная среда не соответствует реальной рабочей среде, что приводит к расхождению результатов испытаний с фактическими условиями эксплуатации. Способ предотвращения: в соответствии с реальной рабочей средой клапана выбрать соответствующую испытательную среду (например, жидкий азот — для клапанов СПГ, гелий — для низкотемпературных углеводородных клапанов).
● Ошибка 3: Испытательное оборудование не прошло калибровку, что приводит к неточным измерениям давления и температуры. Метод предотвращения: провести калибровку всего испытательного оборудования до начала испытаний и выдать сертификат калибровки для обеспечения точности измеряемых данных. Межкалибровочный интервал для оборудования измерения давления и температуры не должен превышать 6 месяцев.

4. Заключение

Криогенных сред для Криогенные предохранительные клапаны API является строгой и профессиональной работой, требующей неукоснительного соблюдения стандартов API, применения передового испытательного оборудования и стандартизированных процедур проведения испытаний. Только при чётком понимании ключевых аспектов испытаний и исключении типичных ошибок можно гарантировать точность результатов испытаний, подтвердить рабочие характеристики клапана и обеспечить надёжную гарантию безопасной эксплуатации криогенной системы. Криогенные предохранительные клапаны API, прошедшие строгие криогенные испытания, снижают частоту отказов в реальной эксплуатации на 92 %, а их срок службы может составлять более 8000 часов.