閥門(mén)火燒試驗(yàn)工裝的設(shè)計(jì)改進(jìn)

彭林，王劍，黃健，程紅暉，章茂森

（合肥通用機(jī)械研究院，安徽 合肥 230031）

1 概述

隨著國(guó)內(nèi)石油化工行業(yè)對(duì)閥門(mén)性能要求的不斷提高，閥門(mén)除滿足基本的強(qiáng)度和密封性能外，還需具備一些特殊的結(jié)構(gòu)和功能，比如防火結(jié)構(gòu)。對(duì)使用在長(zhǎng)輸管線的球閥、閘閥、止回閥等，國(guó)內(nèi)外的一系列標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定閥門(mén)應(yīng)具備防火結(jié)構(gòu)，而為了考核閥門(mén)該方面的性能，需進(jìn)行火燒試驗(yàn)，最常用的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是API607、API6FA、JB/T6899等。

2 問(wèn)題提出

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，閥門(mén)火燒試驗(yàn)裝置如圖1所示，要將充滿水且升壓的閥門(mén)（序號(hào)10）處于關(guān)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(qū)中，測(cè)量閥門(mén)的內(nèi)漏和外漏量。

圖1 火燒試驗(yàn)系統(tǒng)流程圖

標(biāo)準(zhǔn)要求：（1）在燃燒期內(nèi)火區(qū)熱電偶平均溫度保持在750～1000℃；測(cè)溫塊保持在650℃以上。

（2）燃燒和冷卻過(guò)程中，系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在閥門(mén)20℃時(shí)最大允許工作壓力的75%。例如公稱壓力PN100碳鋼閥門(mén)（材質(zhì)WCB）火燒試驗(yàn)期間系統(tǒng)壓力應(yīng)穩(wěn)定在7．65MPa。由此可以看出，影響閥門(mén)火燒試驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵在于兩點(diǎn)：①火焰溫度的控制和測(cè)量；②被試閥火焰包裹部位的密封性能。

目前，國(guó)內(nèi)火燒試驗(yàn)系統(tǒng)基本都采用鋼制管路，根據(jù)被試閥類型配置不同的試驗(yàn)工裝，被試閥與試驗(yàn)工裝通過(guò)螺栓或螺柱連接。測(cè)溫塊最常用的是鉑熱電偶，鉑絲外套不銹鋼管。測(cè)溫塊為邊長(zhǎng)25．4mm的正方體鋼塊。在試驗(yàn)過(guò)程中，火區(qū)熱電偶溫度1分鐘內(nèi)即可達(dá)到750℃，測(cè)溫塊溫度一般5分鐘內(nèi)可達(dá)到650℃。熱電偶的精度足以保證對(duì)火焰及閥體部位溫度的測(cè)量，但是隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，熱電偶測(cè)溫桿會(huì)出現(xiàn)變形導(dǎo)致測(cè)溫點(diǎn)位置偏移（如圖2），會(huì)影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

圖2 熱電偶位置偏移

圖3 對(duì)夾式閥門(mén)

另外一種情況甚至更為突出，即對(duì)夾式閥門(mén)進(jìn)行火燒試驗(yàn)（如圖3）。由于閥門(mén)結(jié)構(gòu)的特殊性，沒(méi)有端法蘭，是靠長(zhǎng)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(yàn)基本正常，但在進(jìn)行火燒試驗(yàn)過(guò)程中，由于長(zhǎng)螺栓較長(zhǎng)時(shí)間直接包裹在火焰中（如圖4）出現(xiàn)屈服，導(dǎo)致閥門(mén)兩端密封墊比壓不足，管內(nèi)介質(zhì)外漏，系統(tǒng)無(wú)法維持試驗(yàn)所需的壓力，泄漏介質(zhì)也無(wú)法進(jìn)行收集和測(cè)量，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。圖中所示為DN100 PN16對(duì)夾式止回閥進(jìn)行試驗(yàn)的照片，該規(guī)格閥門(mén)曾兩次試驗(yàn)均在進(jìn)行到25～30分鐘時(shí)，閥門(mén)端部法蘭出現(xiàn)明顯泄漏導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。

火燒試驗(yàn)本身屬于破壞性試驗(yàn)，樣品不能重復(fù)檢測(cè)，只能更換樣品，試驗(yàn)成本很高。即便使用耐高溫的合金鋼、不銹鋼螺栓，也會(huì)出現(xiàn)上述情況。如何解決這一問(wèn)題成為當(dāng)務(wù)之急。

圖5 耐火泥試驗(yàn)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(duì)其進(jìn)行隔熱保護(hù)并不會(huì)影響閥門(mén)的耐火特性，所以不違反標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)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(jié)強(qiáng)度大，耐火度高，剝落性好，且符合環(huán)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(dāng)添加粘合劑。

（2）涂覆：將連接螺栓和測(cè)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(shí)際使用的效果良好，試驗(yàn)過(guò)程法蘭處未出現(xiàn)泄漏，測(cè)溫塊也未彎曲移位。從而保證了整個(gè)試驗(yàn)的順利進(jìn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，采用將對(duì)夾閥門(mén)長(zhǎng)螺栓和測(cè)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(yàn)的順利進(jìn)行。

[1]JB/T 6899-1993,閥門(mén)的耐火試驗(yàn)[S]．