1．引言
隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，石油、石化等行業(yè)工程建設項目中壓力容器、管道和管道元件等的安全性能要求普遍需要提高。低溫閥門應用廣泛，但也容易發(fā)生泄漏，對制造要求很高，而如何判斷制造的閥門的耐泄漏水平成為一個難題。很多低溫或者超低溫的閘閥，適用于公稱壓力PNl.6～10.0MPa，公稱通徑DNl5～350mm，溫度-40～-196℃的法蘭和焊接連接的場合。其制造及在用過程中，都需要進行泄漏量的檢測。目前，隨著氦質(zhì)譜檢漏技術的發(fā)展，泄漏量的檢測也變得方便起來。
氦質(zhì)譜檢漏儀是根據(jù)質(zhì)譜學原理，用氦氣作探索氣體制成的氣密性檢測儀器。燈絲發(fā)射出來的電子在電離室內(nèi)來回的振蕩，與電離室內(nèi)氣體和經(jīng)被檢件漏孔進入電離室的氦氣相互碰撞使其電離成正離子，這些離子在加速電場作用下進入磁場，由于洛倫茲力作用產(chǎn)生偏轉，形成圓弧形軌道，改變加速電壓可使不同質(zhì)量的離子通過磁場和接收縫到達接收極而被檢測。
氦質(zhì)譜檢漏法是根據(jù)質(zhì)譜分析的原理，以氦作探索氣體，對各種需密封的容器的漏隙進行快速定位和定量檢測的理想的方法。因氦是惰性氣體，對大氣無污染，使用安全；氦原子量小、粘度小，易滲透過任何可能存在的漏率，檢測靈敏度高、速度快、適用范圍廣；加之氦在大氣中含量少(僅萬分之五)，離子質(zhì)量與其他氣體離子質(zhì)量相差很大，不易受干擾，不會錯判。與當今諸多檢漏方法(如氣泡法、鹵素檢漏法等)相比，它是佼佼者。
氦泄漏試驗時，將氦質(zhì)譜檢漏儀與嗅吸探頭連接形成泄漏探測器，來檢測被檢測容器泄漏出的微量氦氣，嗅吸探頭將氦氣吸入，送到泄漏探測器系統(tǒng)中，并將其轉變?yōu)殡娦盘枺孤┨綔y器再將電信號以光或聲顯示。氦質(zhì)譜檢漏儀可根據(jù)要求調(diào)整檢測靈敏度，按照氦氣的泄漏量決定是否報警。
任何密封都不可能做到絕對不漏，設計密封件的任務都是以泄漏率控制在允許的范圍內(nèi)為目的。因此，所有密封件都是允許泄露，不論是動、靜密封件設計，均遵循這個原則。閥門的漏率一般控制在不大于60泡/min(0.0lPa·m3/s)，低溫試驗件按此作為密封質(zhì)量評估參考。
我們通過不銹鋼高磅級低溫閘閥低泄漏型式試驗的經(jīng)驗，總結了用氦氣檢測低溫低泄漏閘閥的氣體密封性能的方法。
2．試驗裝置及要求
本方法結合了APl598和殼牌MESC SPE 77/306的試驗方法。
按殼牌MESC SPE 77/306的裝置圖連接閥門和其他設備。試驗原理見圖1。
試件范圍：閘閥。DN：24英寸以下。PN：600磅以下。
溫度：-196℃以上。試驗壓力：10MPa以下。
測試參數(shù)：冷媒溫度，閥體、閥蓋、閥桿、填料、密封件溫度，介質(zhì)壓力，泄漏量。
冷媒：液氮與酒精的混合液或液氮。
試驗介質(zhì)：氦氣或氮氣。
裝置用途：零部件深冷處理；閥門產(chǎn)品低溫性能試驗。
裝置由低溫儲罐、試驗槽、真空管道、高壓管路、溫度/壓力測量器、控制閥、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、控制臺、氦質(zhì)譜檢漏儀等組成。滿足JB/T7794、BS6364等標準對低溫閥門的試驗要求。
3．試驗過程及要求
閥門試驗前，先對試驗管路通入一定的氦氣，用氦質(zhì)譜儀檢測管路中的皮管、接頭和壓力表是否有明顯的泄漏，如有泄漏設法消除。
環(huán)境溫度下，把閥門垂直放置。兩側上好盲板，打開閘板，按照APl598進行閥門上密封試驗和殼體試驗。上密封試驗時，完全打開閘板，松開上密封壓板和壓套，逐步加水壓至不低于閥門在38℃時壓力額定值的1.1倍，保壓120s，測試閥門的上密封性能。然后做殼體試驗，放下閘板至半開狀態(tài)，放下壓板和壓套，逐步加水壓至不低于閥門在38℃時壓力額定值的1.5倍，保壓300s，測試閥門的殼體強度。試驗結果不能超過APl598的規(guī)定。
隨后泄壓，去除閥門內(nèi)部的油脂和水分。完全開關閘板l5次，使閘板處于半開狀態(tài)。同時通入0.6MPa的氦氣，保壓300s，用氦質(zhì)譜儀檢測閥門填料壓板和中法蘭墊片處的氣體密封性能。然后放下閘板，放凈出口處部分的氦氣，按MESC SPE 77／312的壓力：
—6 bang for PN 10 and PN 16 valves。
—10 bang for class 150(PN 20)valves，
—20 bang for class 300(PN 50)valves，
—25 bang for class 600(PN 100)valves。
—20％ of the rated valve body pressure at room temperature for valves in class 900(PN 150)and above．
要求注入氦氣，并在出口處用氦質(zhì)譜儀檢測閥門閘板的氣體密封性能。泄漏試驗結果不能超過按殼牌MESC SPE 77／312的規(guī)定。隨后把閥門拆下系統(tǒng)，放入深冷處理箱進行深冷處理。
使液氮覆蓋閥體和閥蓋使其降溫，用熱電偶測量閥體閥蓋表面溫度，達到一196℃。保持溫度的情況下，把閥門再裝入測試系統(tǒng)，通入0.6MPa的氦氣，按上述低泄漏方法，再對閥門的填料墊片及氣體密封進行試驗。
泄漏試驗結果不能超過殼牌MESC SPE 77／312的規(guī)定。
低溫低泄漏試驗完畢，用氦氣對閥門吹，使其溫度至常溫。按APl598標準再次測試閥門的殼體強度。試驗結果不能超過APl598的規(guī)定。
4．小結
對于低溫或者超低溫閘閥，通過使用氦質(zhì)譜儀，結合低溫的工作特點，使用液氮冷卻和氦氣檢測泄漏量的方法，完全可以實現(xiàn)產(chǎn)品的制造檢測，在生產(chǎn)實際和型式試驗中都有一定的借鑒意義。
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