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天然氣低溫調(diào)節(jié)閥模擬工況試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)與研究分析（氣動(dòng)低溫調(diào)節(jié)閥）

　　當(dāng)前，隨著石油化工和燃?xì)庑袠I(yè)的迅速發(fā)展，尤其是液化天然氣(LNG)作為一種新興能源的迅速崛起，超低溫液化天然氣(LNG)調(diào)節(jié)閥(工作溫度為-196℃)的需求量猛增。為了對(duì)閥門(mén)在超低溫工況的使用性能進(jìn)行測(cè)試，提高LNG閥門(mén)的產(chǎn)品質(zhì)量，研制了LNG閥門(mén)模擬工況試驗(yàn)裝置(以下簡(jiǎn)稱低溫閥門(mén)試驗(yàn)裝置)，該試驗(yàn)裝置采用微機(jī)自動(dòng)控溫系統(tǒng)進(jìn)行低溫壓力試驗(yàn)和泄漏量檢測(cè)。

一、試驗(yàn)系統(tǒng)流程及裝置

試驗(yàn)裝置共包括供液系統(tǒng)、試驗(yàn)槽、測(cè)試系統(tǒng)和其他輔助設(shè)備。下面按總體系統(tǒng)及流程、氣液流程和測(cè)控臺(tái)架的順序分別介紹。

1、總體系統(tǒng)及流程

如圖1所示，基于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集的低溫閥門(mén)試驗(yàn)裝置依次包括：

低溫試驗(yàn)槽1、 低溫閥門(mén)2、 上游法蘭端蓋3、 安裝底座4、 下游法蘭端蓋5、 輸氣盤(pán)管II6、 自增壓液氮儲(chǔ)罐7、 真空泵8、 下游氣路連接軟管9、 氣泡法流量測(cè)試系統(tǒng)(包括水管10、光電元件11和軟管12)、 流量計(jì)流量測(cè)試系統(tǒng)(流量計(jì)13)、 下游壓力傳感器14、 計(jì)算機(jī)15、 數(shù)字多用表16、 上游壓力傳感器17、 精密壓力表18、 氦氣鋼瓶19、 輸氣盤(pán)管I20、 差壓式壓力變送器(用于測(cè)量液位)21、 熱電偶溫度計(jì)22、23、24、25和26、上游氣路連接軟管27。

為了滿足不同規(guī)格低溫閥門(mén)的試驗(yàn)需要，建造了兩個(gè)不同容量的試驗(yàn)槽，典型試驗(yàn)閥門(mén)的公稱尺寸為DN150和DN50。

2、氣、液流程

系統(tǒng)中包含兩套管路系統(tǒng)，即氦氣管路流程和液氮管路流程。

1.氦氣管路流程。在進(jìn)行閥門(mén)低溫試驗(yàn)時(shí)，在待檢閥門(mén)系統(tǒng)內(nèi)需要充入氣體介質(zhì)，由于冷卻介質(zhì)液氮的溫度比較低(-196℃)，通常是采用沸點(diǎn)溫度更低的氦氣(常壓下沸點(diǎn)為-269℃)作為檢漏氣體介質(zhì)。在試驗(yàn)裝置中配備有氣路系統(tǒng)，用于低溫試驗(yàn)時(shí)的氣體介質(zhì)充放，具體流程見(jiàn)圖1。氣路系統(tǒng)從氣源(氦氣鋼瓶19)開(kāi)始，先后經(jīng)鋼瓶總閥V1，減壓閥V2，上游截?cái)嚅yV4和兩個(gè)流向調(diào)節(jié)閥V7、V8進(jìn)入閥門(mén)上游;在經(jīng)過(guò)被測(cè)低溫閥門(mén)后，再依次經(jīng)過(guò)兩個(gè)流向調(diào)節(jié)閥V9、V10，下游截?cái)嚅yV12，以及之后的連接流量計(jì)的截止閥V14或者氣泡計(jì)數(shù)系統(tǒng)的截止閥V15。此外，氣路上還配置有排空閥V3，壓力表及傳感器連接閥V5、V6、V11以及真空泵連接閥V13。

3、液氮管路流程。液氮管路流程用于向試驗(yàn)裝置加注低溫液體冷卻劑液氮，其流程如圖2所示。
　　
4、測(cè)控臺(tái)架

測(cè)試系統(tǒng)的臺(tái)架總體結(jié)構(gòu)，包括儀表面板(垂直面)、閥門(mén)面板(傾斜面)、儀器架和氣泡光電檢漏系統(tǒng)等部分。儀表面板上包含電源開(kāi)關(guān)/指示器、指針式精密壓力表、數(shù)字式壓力表、溫度數(shù)顯儀和試驗(yàn)時(shí)間計(jì)時(shí)器等。氣泡光電檢漏系統(tǒng)的原理性示意圖如圖3所示。
　　
二、測(cè)試方案

下面給出了各被測(cè)參量及相對(duì)應(yīng)的測(cè)量方案。

1、溫度

試驗(yàn)溫度測(cè)量涉及室溫至液氮溫區(qū)范圍，采用熱電偶溫度計(jì)測(cè)量，溫度電信號(hào)通過(guò)Agilent數(shù)字多用表測(cè)量、采集并輸入測(cè)控計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)界面上顯示，并由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成記錄和保存;與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)將溫度測(cè)量值輸送到儀表面板上的溫度顯示儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)顯示。

2、壓力

試驗(yàn)壓力測(cè)量范圍為0～10MPa。采用指針式精密壓力表和數(shù)字式壓力表在儀表面板上對(duì)系統(tǒng)壓力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)顯示，同時(shí)，采用Dwyer公司壓力變送器測(cè)量系統(tǒng)壓力，并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)數(shù)字多用表測(cè)量、采集并輸入測(cè)控計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)界面上顯示，并由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成記錄和保存。

3、液位

為了確保液氮液面高度滿足閥門(mén)測(cè)試的要求，采用差壓式壓力變送器測(cè)量液位高度。測(cè)量電信號(hào)通過(guò)數(shù)字多用表測(cè)量、采集并輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示，并提醒加注液氮和停止液氮加注操作。

4、流量

根據(jù)閥門(mén)密封形式的不同，閥門(mén)的允許泄漏量是不同的。軟密封結(jié)構(gòu)的閥門(mén)，其泄漏量應(yīng)該為零;而對(duì)于硬密封的閥門(mén)是允許有一定泄漏量的�；�于上述情況配備兩種測(cè)量流量的裝置，其一是小流量的流量計(jì)，用來(lái)測(cè)量具有一定漏量許可的硬密封閥門(mén)或者是軟密封閥門(mén)在相對(duì)不正常工作狀態(tài)下時(shí)的泄漏情況。對(duì)于微小泄漏量，由于一般的流量計(jì)已經(jīng)無(wú)法檢測(cè)到，需通過(guò)觀察并計(jì)數(shù)開(kāi)口端在水中泄漏氣泡數(shù)的形式進(jìn)行測(cè)量。本試驗(yàn)裝置所采用的自動(dòng)計(jì)數(shù)氣泡系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的人工計(jì)數(shù)方式，利用光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)，把氣泡數(shù)轉(zhuǎn)化為脈沖電信號(hào)，利用基于LabView的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)。

三、運(yùn)行情況

各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均能滿足BS6364—1984(R1998)《低溫閥》和JB/T7749—1995《低溫閥門(mén)技術(shù)條件》對(duì)測(cè)試設(shè)備的要求。

參考資料

楊源泉。閥門(mén)設(shè)計(jì)手冊(cè)（M）。北京；機(jī)械工業(yè)出版社，1992。

BS6364—1984(R1998)低溫閥（S）。

JB/T7749—1995低溫閥門(mén)技術(shù)條件（S）。