閥門火燒試驗工裝的設計改進

彭林，王劍，黃健，程紅暉，章茂森

（合肥通用機械研究院，安徽 合肥 230031）

1 概述

隨著國內石油化工行業對閥門性能要求的不斷提高，閥門除滿足基本的強度和密封性能外，還需具備一些特殊的結構和功能，比如防火結構。對使用在長輸管線的球閥、閘閥、止回閥等，國內外的一系列標準均規定閥門應具備防火結構，而為了考核閥門該方面的性能，需進行火燒試驗，最常用的試驗標準是API607、API6FA、JB/T6899等。

2 問題提出

根據標準要求，閥門火燒試驗裝置如圖1所示，要將充滿水且升壓的閥門（序號10）處于關閉位置，將其置于750～1000℃的火焰中放置30分鐘，完全包圍在火區中，測量閥門的內漏和外漏量。

圖1 火燒試驗系統流程圖

標準要求：（1）在燃燒期內火區熱電偶平均溫度保持在750～1000℃；測溫塊保持在650℃以上。

（2）燃燒和冷卻過程中，系統壓力穩定在閥門20℃時最大允許工作壓力的75%。例如公稱壓力PN100碳鋼閥門（材質WCB）火燒試驗期間系統壓力應穩定在7．65MPa。由此可以看出，影響閥門火燒試驗成功與否的關鍵在于兩點：①火焰溫度的控制和測量；②被試閥火焰包裹部位的密封性能。

目前，國內火燒試驗系統基本都采用鋼制管路，根據被試閥類型配置不同的試驗工裝，被試閥與試驗工裝通過螺栓或螺柱連接。測溫塊最常用的是鉑熱電偶，鉑絲外套不銹鋼管。測溫塊為邊長25．4mm的正方體鋼塊。在試驗過程中，火區熱電偶溫度1分鐘內即可達到750℃，測溫塊溫度一般5分鐘內可達到650℃。熱電偶的精度足以保證對火焰及閥體部位溫度的測量，但是隨著試驗的進行，熱電偶測溫桿會出現變形導致測溫點位置偏移（如圖2），會影響試驗的準確性。

圖2 熱電偶位置偏移

圖3 對夾式閥門

另外一種情況甚至更為突出，即對夾式閥門進行火燒試驗（如圖3）。由于閥門結構的特殊性，沒有端法蘭，是靠長螺栓將被試閥上下游管路法蘭鎖緊，法蘭與被試閥端面間放置墊片以保證密封。被試閥做常溫試驗基本正常，但在進行火燒試驗過程中，由于長螺栓較長時間直接包裹在火焰中（如圖4）出現屈服，導致閥門兩端密封墊比壓不足，管內介質外漏，系統無法維持試驗所需的壓力，泄漏介質也無法進行收集和測量，導致試驗失敗。圖中所示為DN100 PN16對夾式止回閥進行試驗的照片，該規格閥門曾兩次試驗均在進行到25～30分鐘時，閥門端部法蘭出現明顯泄漏導致試驗失敗。

火燒試驗本身屬于破壞性試驗，樣品不能重復檢測，只能更換樣品，試驗成本很高。即便使用耐高溫的合金鋼、不銹鋼螺栓，也會出現上述情況。如何解決這一問題成為當務之急。

圖5 耐火泥試驗后易清除

3 解決方案

既然換材料的方法不可行，就考慮在目前的螺栓外使用隔熱材料的方式。這些螺栓不屬于被試閥的部件，對其進行隔熱保護并不會影響閥門的耐火特性，所以不違反標準和規范的要求。

常用的隔熱材料包括耐火泥和石棉。相較而言，耐火泥可塑性好，施工方便，粘結強度大，耐火度高，剝落性好，且符合環保要求。以常用的CA-80型耐火泥為例，其制作步驟如下。

（1）混料：耐火泥與水按1:1比例混合均勻，也可適當添加粘合劑。

（2）涂覆：將連接螺栓和測溫桿外纏一層錫箔紙后均勻涂抹耐火泥，厚度約10mm，外包一層錫箔紙。

（3）烘培：將上述部件置于火焰中烘培10～20分鐘。

制作完成后，可投入使用。實際使用的效果良好，試驗過程法蘭處未出現泄漏，測溫塊也未彎曲移位。從而保證了整個試驗的順利進行。

4 結語

實踐證明，采用將對夾閥門長螺栓和測溫桿外敷耐火材料的方法可行，且成本低，易操作，從工藝角度保證了火燒試驗的順利進行。

[1]JB/T 6899-1993,閥門的耐火試驗[S]．