關鍵閥門在LNG模塊化建造中的測試方法分析

冷濤田張曉

（海洋石油工程股份有限公司）(青島德固特節能裝備股份有限公司）

關鍵閥門在LNG模塊化建造中的測試方法分析

冷濤田*張曉

（海洋石油工程股份有限公司）(青島德固特節能裝備股份有限公司）

關鍵閥門是LNG工廠極為重要的隔斷和控制設備，對保障各類單體生產設備和工藝生產系統的正常運行具有重要意義。詳細分析了LNG模塊化建造在其調試階段如何對關鍵閥門進行測試，提出了測試的技術要點及注意事項。

關鍵閥門模塊化建造測試方法安全閥行程測試泄漏測試法蘭

在液化天然氣核心工藝模塊建造項目中，關鍵閥門因其在工藝生產中的特殊作用，測試的標準較高，測試的步驟較多，是工藝系統管線建造與調試的必經環節和關鍵路徑之一。因此，掌握關鍵閥門的測試技術要點和測試步驟，對加強建造與調試各個環節的有效銜接，提高建造與調試的效率意義重大。本文依托正在進行的YAMAL LNG模塊化建造項目，結合已完工的ICHTHYS LNG模塊化建造項目、GORGON模塊化建造項目，探討了關鍵閥門的測試以及相關的注意事項，可對項目的優質高效交付以及后續承攬LNG模塊化建造項目提供參考。

1 關鍵閥門定義

在液化天然氣（LNG）核心工藝模塊中，從項目伊始，就須根據工藝要求定義關鍵閥門的種類和數量[1]。在系統和子系統劃分階段，需要在工藝流程圖上明確對關鍵閥門進行識別并編號。據此，試壓程序應明確完成試壓后才能安裝關鍵閥門，管線系統清潔程序需規定關鍵閥門安裝前后進行清潔檢查并作好記錄，氣密（GALT）程序和最大壓力（MOP）測試程序需定義關鍵閥門泄漏測試的技術要求。

定義如下情況的閥門為關鍵閥門：

（1）工藝安全閥和緊急關斷閥。

（2）用于關鍵工藝處理系統的手動隔離控制閥、儀表控制類閥門（公用氣、飲用水、生產水等系統除外）。

LNG管廊（PAR）模塊的關鍵閥門數量較少，單列LNG主管廊模塊關鍵閥門不超過20個。核心工藝模塊（PAU）中關鍵閥門的種類和數量較多。以亞馬爾天然氣模塊（YAMAL LNG）建造項目為例，共有3列核心工藝模塊，其中單列12個模塊中總計有266個關鍵閥門，即170個儀表控制關鍵閥門和96個手動控制關鍵閥門。

2 關鍵閥門測試步驟

2.1 關鍵閥門測試階段分類

關鍵閥門測試分為如下四個階段（如表1所示）：第一階段，廠家的出廠測試報告，要求測試數據詳實、報告齊全，如果條件允許，可以選派配管和儀表工程師見證廠家出廠測試。第二階段，關鍵閥門到達建造場地后，一般在安裝前，先在車間內對其進行測試，測試合格并與業主聯合簽署檢查測試單后，才能進入到模塊安裝階段。第三和第四階段為安裝后的測試，分別為預調試階段工藝系統氣密測試期間進行的低壓測試和調試階段最大壓力泄漏測試期間進行的高壓測試。

表1 關鍵閥門四個測試階段

2.2 關鍵閥門測試特點

（1）關鍵閥門的測試項

對于單個關鍵閥門其測試項分為兩類，一是行程測試（stroke test），二是氣體泄漏測試（leak test）。行程測試，即通常意義下的標定過程，針對的是儀表控制關鍵閥門。也就是使用氮氣或者干燥空氣作為開啟氣源，以24 V電源、直流電流信號源等控制電磁閥開度，檢查測試閥門是否按照規格書要求正常啟閉，開度是否符合要求。氣體泄漏測試，主要是用干燥空氣對閥門的密性進行測試。

關鍵閥門的測試項分類如表2所示。

（2）關鍵閥門安裝方式

關鍵閥門的安裝方式不同，測試項也有所不同。對于儀表控制類閥門，行程測試沒有區別，有區別的是泄漏測試。關鍵閥門主要有兩類安裝方式：一類是法蘭端面的閥門，這類閥門無論是在車間還是在模塊上，均要進行泄漏測試；另一類是焊接端面的閥門，在車間測試階段，這類閥門由于無法在兩側端面實施密封措施，因此無法進行泄漏測試，只能在模塊上焊接完成后才能進行泄漏測試。

表2 關鍵閥門測試項分類

3 建造場地關鍵閥門典型測試技術要點

3.1 車間測試

根據關鍵閥門特點和模塊安裝需求編排出測試計劃，鎖定相關測試資源，例如提前預制關鍵閥門測試的臺架、測試的盲板、氣源等。

對于儀表控制閥門，首先需要進行行程測試，測試閥門本身的控制是否完好。行程測試完成后進行氣體密性測試，密性測試方法如圖1所示。測試壓力為6×105Pa，使用的氣體為氮氣或干燥空氣，考慮到場地資源，使用干燥空氣較為方便。是否泄漏的標準：以加壓側壓力是否變化，另一側檢查是否有氣泡冒出為檢測參數，然后根據規格書查表核對其泄漏量是否在最大允許泄漏量控制范圍之內。

圖1車間測試示意圖

完成車間測試并填寫完工檢查單后，即可釋放至現場安裝。

3.2 關鍵閥門安裝后的測試

關鍵閥門安裝后的測試分為兩步，第一步為工藝系統氣密（GALT）期間的測試，第二步為最大壓力（MOP）測試期間的測試。兩者的測試方法和測試流程是相同的。關鍵閥門的測試方法：完成氣密和MOP測試后，關鍵閥門所在的下游管線泄壓，繼續觀察壓力表的壓力。如果壓力表指數下降，表明此關鍵閥門泄漏；若壓力表在20 min內無變化，表明此關鍵閥門無泄漏。或者，可以使用超聲波檢測儀檢測關鍵閥門的法蘭處是否有泄漏。

兩者唯一不同的是測試的壓力不同，氣密測試的壓力低于7×105Pa，而最大壓力測試的壓力大于等于7×105Pa，有的系統壓力甚至達到了80×105Pa。高壓泄漏測試往往是出問題最多的環節，幾乎已完工的模塊在MOP測試期間都出現過閥門泄漏的問題。泄漏原因主要有兩類：一是閥門本身的質量問題，需要廠家現場維修或者更換；二是現場保護不到位，例如關鍵閥門所在的管線內部清潔未達標即進行了閥門安裝，致使雜質進入到閥門密封處。因此，對現場管線的保護必須嚴格按照項目保護程序嚴格執行，否則得不償失。

（4）從布管區和非布管區的應力分布圖可以看到，非布管區的應力明顯大于布管區的應力，而布管區管孔處的應力由于受非布管區彎曲應力的影響，從非布管區往布管區呈逐漸遞減的狀態。在以后的換熱器定期檢驗中，我們應根據管孔的應力分布情況，有重點、有針對性地進行檢驗。

[1]陸征，蔣國．螺桿膨脹機的發展及應用[A]．見：2010年設備、機泵、攪拌年會會刊[C]．2010.

[2]GB/T 151—2015熱交換器[S].

[3]劉天豐，陳建良，林興華．非對稱管殼式換熱器的三維有限元結構分析[J]．壓力容器，2009(3)：27-31.

[4]李永泰，顧永干，李勇,等．EA-304非對稱換熱器管板應力分析計算[J]．壓力容器,2009(8)：10-14.

[5]劉天豐．非對稱管殼式換熱器結構分析及改進中的問題研究[D]．杭州：浙江大學，2005.

[6]Merah N，Al-zayer A，Shuaib A，ect．Finite element evaluation of clearance effect on tube-tubesheet joint strength[J]．International Journal of Pressure Vessels and Piping，2003，80：879-885.

[7]GB 150—2011壓力容器[S].

[8]JB 4732—1995鋼制壓力容器——分析設計標準（2005年確認）[S].

每一次進行的氣密測試和最大壓力泄漏測試所包含的關鍵閥門數量不一，最多一次達到24個關鍵閥門。在進行MOP作業時，涉及到高壓作業，一般需對整個模塊進行強制隔離，隔離的時間應該統籌考慮關鍵閥門的測試時間。

4 總結

關鍵閥門測試是一個不容忽視的測試環節。系統化認識關鍵閥門測試在工藝系統上的重要作用和準確掌握測試方法，對LNG工廠模塊化建造調試的工期、安全、降本增效等有著重大的意義，對后續承攬LNG模塊、提高核心競爭力也具有一定的指導意義。

參考文獻

[1]楊利平．運行裝置閥門泄漏的原因分析及應對措施[J].化學工程與裝備，2012（2）：109-111.

[2]王鐵民．關鍵閥門安全附件現狀與發展趨勢[J].石油化工安全技術，2005，21（3）：42-44.

(收稿日期：2015-12-12)

Analysis of Test Method of Critical Valve in LNG Modularization Project

Leng TaotianZhang Xiao

The critical valve is the crucial cut-off and control equipment for the LNG plant,which is of great significance for the proper functioning of the monomer production equipment and the process system.Moreover,the test method of the critical valve in the LNG modularization project during the debugging phase is analyzed in detail while the technical essentials and the notes are proposed.

Critical valve;Modularization project;Test method;Safety valve;Stroke test;Leakage test;Flange

TQ 050.6

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.12.009

2016-03-20）

*冷濤田，男，1983年生，碩士，工程師。天津市，300452。