Криогенные клапаны обычно используются для работы с чрезвычайно низкими температурами и часто высокими давлениями, такими как сжиженный природный газ, жидкий кислород и жидкий водород. Испытание криогенных клапанов является важным шагом в обеспечении их безопасной, надежной и эффективной работы в экстремальных условиях.
В реальном производстве мы иногда сталкиваемся с ситуациями, когда тщательно проверенные криогенные клапаны дают течь сразу после прогрева. Это связано с недостаточным тестированием? Конечно, нет.
В криогенных условиях уплотнения принудительно сжимаются для обеспечения герметичности. Однако упругая деформация внутри материала не полностью синхронизирована. Когда клапан быстро нагревается от температуры окружающей среды -196°C до комнатной температуры, скорость отскока уплотнительного материала отстает от изменения температуры. Между ранее сжатыми уплотнительными поверхностями мгновенно появляется крошечный зазор, позволяющий вытекать среде.
Проще говоря, суть течи в том, что скорость восстановления деформации не успевает за темпами повышения температуры. После полной разгрузки упругого элемента от криогенной нагрузки он не сразу завершает полное восстановление деформации; требуется время, чтобы вернуться в исходное состояние.
Safety Preparations Beforehand
Операторы должны носить незамерзающие перчатки и защитные очки, заранее ознакомиться с характеристиками криогенной среды и процедурами реагирования на чрезвычайные ситуации, а также убедиться в исправности объектов вентиляции и пожаротушения. Заранее уменьшите давление в системе до безопасного диапазона; не разбирайте компоненты клапана под давлением, чтобы избежать повреждения от замерзания в результате распыления криогенной среды.
Leakage Type Location and Troubleshooting
Осмотрите уплотнение штока клапана, поверхность фланцевого соединения и корпус клапана по порядку, чтобы убедиться в отсутствии инея или признаков просачивания среды, а также определить место внешних утечек. Проверьте наличие внутренних утечек на уплотнительной поверхности, наблюдая за аномальными изменениями давления и расхода на выходе, или используя течеискатель гелиевого масс-спектрометра на выходе клапана.
Root Cause Confirmation for Temperature Rebound Leaks
Проверьте запись криогенной обработки клапана, чтобы подтвердить, был ли завершен 2-6-часовой процесс криогенной настройки, и выясните, не является ли задержка отскока следствием недостаточного устранения упругой деформации материала. Осмотрите уплотнительный материал, чтобы убедиться, что разница между скоростью его криогенной усадки и усадкой металла корпуса клапана превышает расчетно-допустимый диапазон, и исследуйте уплотнительные зазоры, вызванные асинхронной усадкой. Повторно измерьте кривизну штока клапана и момент предварительной затяжки болтов фланца, чтобы убедиться в отсутствии нарушения герметичности, вызванного ослаблением болта или деформацией штока клапана при низких температурах.
Minor Leakage Non-invasive Rectification
При незначительных внешних утечках на уплотнении штока клапана и фланце затягивайте болты сальника/фланца равномерно в диагональной последовательности, при этом момент затяжки не превышает 1/4 оборота, чтобы избежать сжатия уплотнения и заклинивания штока клапана. Для клапанов с мягкими уплотнениями используйте гаечный ключ для точной регулировки и затяжки уплотнительных компонентов, чтобы временно устранить небольшие зазоры, вызванные упругим отскоком.
Component Replacement Rectification
Если затяжка неэффективна, разберите клапан и замените его устойчивым к старению уплотнением из ПТФЭ или графита, подходящим для условий эксплуатации при низких температурах. Установите набивку в шахматном порядке (30–45°) вокруг каждого кольца, чтобы обеспечить равномерное уплотнение. Замените уплотнительную прокладку, совместимую с низкими температурами, и затяните фланцевые болты по диагонали со стандартным крутящим моментом, чтобы устранить уплотнительные зазоры, вызванные асинхронной усадкой.
Deep Fault Rectification
Если седло клапана или сердечник клапана деформированы или повреждены, замените его низкотемпературным клапаном той же модели, повторно выполните криогенную формовку в соответствии со спецификациями, а затем соберите заново. В случае утечек в корпусе клапана, вызванных точечными отверстиями или микротрещинами, для ремонта используются методы герметизации под давлением или сварки. После ремонта повторно проводится испытание на утечку низкотемпературным гелием для проверки работоспособности уплотнения.
После повторной сборки сначала проводится испытание на гидростатическую прочность при комнатной температуре, чтобы подтвердить отсутствие структурных утечек в корпусе клапана. Затем завершается испытание на герметичность при комнатной температуре путем введения газообразного гелия. Затем клапан погружают в жидкий азот для охлаждения до -196℃ и выдерживают при стабильной температуре для завершения испытания на низкотемпературное уплотнение. После того, как клапан естественным образом возвращается к комнатной температуре, скорость утечки при комнатной температуре измеряется снова. Только после подтверждения отсутствия вторичной утечки после возвращения к комнатной температуре и того, что устранение является квалифицированным, можно вводить клапан в эксплуатацию.
