阀门逸散性检测标准的工厂实践.pdf

文章编号 1002258552010 0220031204 作者简介高开科1969 - ,男,湖南沅江人,总工程师,长期从事阀门研究与技术管理工作。 阀门逸散性检测标准的工厂实践 高开科 苏州纽威阀门有限公司,江苏 苏州215129 摘要 分析了ISO15848 - 1与A PI622两个标准在针对对象、 检测条件、 检测方法和接受准 则等不同点,同时介绍了影响阀门填料逸散性的因素。 关键词 阀门;逸散性;填料;标准化;企业管理 中图分类号TH134 文献标识码A Factory practice on latest fugitive em ission standard GAO Kai2ke N ew ay ValveSuzhou Co. L td. , Suzhou215129, China AbstractThe text analyzes the differences betw een the ISO15848 - 1Standard and A PI622Standard, such as in the aspects of target objects, detection conditions, detection m eans and acceptance criteria; m eanw hile the text introduces the factors that affect the fugitive em ission of valve packing. Key wordsvalve; fugitive em ission; low em ission; packing; standard 1 概述 全球工业化的发展带来了严重的环境问题,其 中由化工厂或炼油厂及其他工业工厂排向大气的污 染气体或温室气体是产生环境问题的重要途径。挥 发气体的排放是不可见的,需要通过特别的仪器检 查。检测阀门填料逸散性的标准应用最为广泛的是 ISO 15848 - 1与API622,这两个标准均为针对阀门 逸散性的型式试验标准,严格考验阀门和填料在设 计极限温度和压力条件下阀门经一定的开关循环后 填料的泄漏情况。这两个标准虽然都是评价阀门填 料逸散性情况的标准,但各自的试验条件和评判方 式各有差别。 2 ISO 15848 - 1与API622的比较和分析 阀门的逸散性检测主要检测阀门填料处和阀体 垫片处的不可见微量泄漏。阀体垫片处的是静密 封,容易达到标准要求的逸散性泄漏要求,而填料处 因为是动密封,较难达到标准的要求。所以考察阀 门的逸散性主要通过检测阀门填料处的泄漏来评估 阀门的逸散性水平。从这个方面来看,两个标准的 相同点是都具有针对阀门填料的检测方法、 检测条 件和验收标准。 但两个标准又有不同,如标准的针对对象不同、 检测条件不同、 检测方法不同和接受准则不同。 1标准的针对对象不同 ISO 15848 - 1标准强调的是阀门的逸散性型式 试验,把阀门和填料作为一个整体来考虑。试验是 针对阀门,检测阀门填料处的逸散性。只能由阀门 厂家主导完成试验。 API622标准强调的是填料的逸散性型式试 验,试验可以在试验工装上完成,也可在阀门上完 成。将填料单独评价。一般由填料厂家主导完成试 验。 既使有的阀门厂家采用通过填料厂家提供的通 过API622检测的填料,由于各个厂家的阀门设计 或制造工艺水平不同,阀门填料处的逸散性检测可 能会出现不同的结果。 因此针对阀门上的填料检测标准ISO 15848 - 1 更加接近阀门安装在现场的工况实际。 2标准的检测条件、 检测方法、 接受准则不同 表 1 132010年第2期 阀 门 表1 ISO 15848 - 1与API622的不同点比较 标准ISO15848 - 1API622备注 测试介质氦气和甲烷甲烷 试验温度室温和400℃室温和260℃阀体材料为WCB时 试验压力 按ASM E B16134,室温时10M Pa, 400℃ 时618M Pa 室温时412M Pa,260℃ 时412M Pa阀体材料为WCB,阀门为600lb时 机械循环次数最低等级CO1时500次1 500次 温度循环 最低等级CO1时温度循环两次, RT - 400℃-RT- 400℃-RT 温度循环3次, RT- 260℃-RT- 260℃-RT- 260℃-RT 见图1、 图2 检测方法真空方法及冲流法ing吸枪法Sniffing 接受准则 ISO15848Class B泄漏率为10 - 4mg s - 1 m - 1 浓度ppm 0105 3 ISO15848Class B泄漏率 m g s - 1 m - 1 与 A PI622泄漏率ppm 的关系 测量逸散性的仪器有氦质普仪和甲烷检漏仪。 氦质普仪一般采用测量实际泄漏率 pa m 3 s - 1 , 甲烷检漏仪采用检测甲烷气体的浓度ppm 。实 际漏率sccs与浓度ppm 之间的转换与仪器 的泵的流率成正比,没有流率就无法确定漏率。同 一气体浓度ppm 与实际漏率sccs的换算关 系为 ΔFEPPMPFRT/1161710101 式中 ΔFE 实际漏率, sccsatmcm 3 s - 1 PPM 浓度,ppm110 - 6 PFR 泵流率,sccm atmcm 3 m in - 1 T 温度,K 假设按EPA m ethod21测量甲烷泄漏浓度 ppm 为0101 ,根据文献 〔1〕,测试高压导致 “ 分子流 ”泄漏通道,氦气泄漏是甲烷的2倍,甲 烷换算成氦气泄漏率ppm 为0102。 A PI622要求泵流率为1114～1151L /m in,取 PFR1114L /m in 1140at mcm 3 m in - 1 ,温度为 室温20℃ 时T293K,氦气体积实际漏率为 ΔFE411410 - 3 at mcm 3 s - 1 2 LmΔFE01164 617910 - 4m g /s 式中 Lm 氦气质量漏率, m g /s 单位长度m 的氦气质量漏率Lmm为 LmmLm/π d m g / s m 3 式中 d 阀杆外径试验阀门d26 , mm Lmm81310 - 5m g / s m ISO15848 - 1标准中的class B泄漏率为10 - 4 m g / s m 。由此可见,采用A PI622标准中甲烷 检漏时,泵速1114L /m in测得的漏率ppm 为 0101 ,相当于ISO15848 - 1标准中运用氦气检 漏的class B泄漏率。 4 影响阀门填料逸散性的因素 411 温度对阀门填料逸散性试验的影响 23 阀 门 2010年第2期 根据计算结果,在高温下填料的膨胀值大于与 其接触的金属件,填料被压缩。填料如果在常温下 能通过逸散性试验,在高温情况下填料自身的 烧失率很小也能通过逸散性试验,所以填料在 第一次常温和第一次高温时容易通过逸散性试验。 如果从第一次高温400℃ 降到第二次室温试验,填 料的收缩比金属件大,但与第一次室温情况相比填 料的空腔不变,理论上讲石墨填料的体积也不变。 但经过高温后,填料存在一定的烧失,因而填料的 内部会变松,填料的回弹性下降,容易出现高温降 到常温后填料内部的应力降低,测量压板螺栓的扭 矩降低,容易引起渗漏。但通过施加填料至第一次 室温时的扭矩值,又可以满足原来的泄漏率。 表2 阀杆及填料设定值 阀杆直径 mm 填料函直径 mm 填料 mm 试验温度 ℃ 材料热膨胀系数 cm / cm ℃ 26381826 38183220～400 WCB柔性石墨F6a 1410 - 6 310 - 4 1210 - 6 表3 高温状态阀杆及填料变化值 主要计算内容计算值 填料函内孔周长膨胀值, mm01648 填料函内孔径向膨胀后直径, mm391006 填料周长膨胀值, mm111598 填料外径径向膨胀后直径, mm421494 阀杆外径膨胀值, mm01119 阀杆膨胀后直径, mm261119 填料内孔径向膨胀后直径, mm291694 填料按20压缩量,压缩后高度, mm251600 填料膨胀后体积增加值, mm319001400 填料函阀杆膨胀后体积增加值, mm31971460 由于温度升高填料被压缩的体积, mm317021940 在压板螺栓没有被调整的情况下,填料被封闭在 原来的空腔中,温度升高填料被压缩的压缩率, 1012 412 压力对填料逸散性试验的影响 压力越高,气体分子的能量越大,渗透率更 强,理论上要求填料的密度更大,使石墨分子之间 的间隙变小,阻挡气体分子通过,从而满足标准的 逸散性要求。室温下,A PI622标准规定为4M Pa, ISO15848规定为工作压力,如300lb的阀门测试 压力为5M Pa,600lb的阀门测试压力为10M Pa, 所以300LB以上的阀门常温测试压力ISO15848比 A PI622更高。两个标准高温下的压力也不一样, A PI622要求260℃下4M Pa,ISO15848对W CB 材料阀门高温为400℃,在此温度下的300lb的压 力为314M Pa,600lb压力为618M Pa,ISO15848 标准要求的温度更高,压力更高。通过比较可知, ISO15848标准要求的测试温度压力比A PI622标 准更加苛刻。但A PI622的温度循环次数比ISO 15848多,机械循环次数A PI622为1 500次,ISO 15848为500次。 413 阀门形位公差对填料逸散性试验的影响 对填料逸散性试验有影响的零件形位公差有 阀杆的直线度,阀盖、阀杆螺母的加工形位公差和 装配误差。误差的积累最终导致阀杆与填料偏斜一 个角度图3 , 阀杆在往复运动中对填料的侧压 力不断变化,在侧压力小的地方易导致泄漏。同时 阀杆在一定次数的往复运动后,对填料不断的挤压 使填料内孔的有效间隙变大,导致更加容易泄漏。 图3 阀杆倾斜 414 阀杆、填料函表面粗糙度对填料逸散性试验 的影响 阀杆和填料函越光滑,填料越容易密封。石墨 填充金属表面的微小不平更加容易。从满足密封和 阀门制造的经济性分析,阀杆和填料函的表面粗糙 度Ra值一般分别设定为014μm与312μm。 415 填料端环的型式对逸散性试验的影响 填料一般不采用成形柔性石墨作为端环,因为 成形柔性石墨容易在压套和阀杆的间隙中随阀杆的 运动带出,从而影响填料的密封图4。填料一 般采用两种型式的端环,一种是夹金属丝编制石墨 端环,一种是碳纤维编制端环。填料端环安装在填 料箱的上部和底部,作用是抗端面的挤压,防止石 墨被往复运动的阀杆带出,石墨如果被阀杆带出容 332010年第2期 阀 门 易导致由于石墨颗粒的减少而引起填料的泄漏。 图4 阀门填料部位 碳纤维编制端环填料图5的碳纤维比较 硬,编制时四角为圆角。如果采用PTFE浸渍,填 料的四角可以做为直角。因为PTFE不耐高温,在 高温下容易烧失,一般要求浸PTFE很少或不用 PTFE。因而,缺少PTFE编制的碳纤维四角呈圆角 型,填料装配后易产生空隙,与其相接触的柔性石墨 填料容易在阀杆的运动中带出,影响填料的密封。 由于石墨的柔性可以将填料四角做成直角,金 属丝编制石墨端环填料图6与阀杆实现良性贴 合,中间的柔性石墨填料不容易带出,编制端环也 有一定的密封作用。由此可见,选择编制石墨端环 比碳纤维编制端环具有更好的密封作用。 416 压套与阀杆间隙和填料箱与压套间隙对填料 逸散性试验的影响 阀门设计和制造时应保证压套与阀杆的间隙大 于填料箱与压套间隙,保证阀杆在运动中不会与压 套咬伤。虽然压套与阀杆的间隙越小,填料越容易 密封,但压套与阀杆的间隙也不宜过小,由于阀门 的制造误差,过小的间隙容易导致阀杆的咬伤。由 于填料端部编制环的存在,压套与阀杆的间隙保持 适当的间隙也不会导致填料泄漏超过标准。 5 结语 ISO15848和A PI622都是针对阀门填料逸散 性的测试标准,虽然测试条件和验收标准不尽相 同,但随着人们对环境要求的日益提高,符合这两 个标准要求的填料和阀门都将减少有害介质对环境 的排放,降低对环境的危害。在石化阀门领域已有 越来越多的最终用户意识到这一环境问题,因而对 阀门提出了更加严格的逸散性要求。 阀门的逸散性依赖于负责任的阀门制造厂商选 用符合逸散性要求的填料,控制阀门零件的加工精 度,采用一致的阀门质量要求,制造出大批量的符 合逸散性要求的阀门。 参考文献 〔1〕 ISO15848 - 1,工业阀门-逸散测量、检测和型式认可程序 -第一部分 阀门型式试验的分级系统和型式认可程序 〔S〕. 〔2〕 API622,阀门填料的逸散性型式试验程序 〔S〕. 收稿日期2009110128 书讯 英汉阀门工程词汇 本书由北京科学技术出版社1989年出版发行。本书广泛收集了阀门、管 道工程中有关标准、材料、设计、制造工艺、检测、质量管理和应用等方面的专业词汇及有关方面缩略 语。编辑中特别注重某些词汇在阀门工程中的专用词意和特定用法,同时注意了与阀门工程关联词汇的收 集范围,因而使本词汇具有阀门工程的特点。全书共收词两万余条,内容充实,译词准确、可靠,可供从 事阀门设计、生产、研究和使用的科技人员、其他行业有关人员和大专院校师生使用。书号ISBN7 - 5304 - 0495 - 4/Z1232,定价20100元/册。 每册加收书价10的邮寄包装费,需要者,请与沈阳经济技术开发区开发大路15号沈阳阀门研究所 科技开发信息中心的尹玉杰联系,邮编110142,电话024 - 25653780。 E-m ailsfskkxzchinavalveinfo1net http/ /www1chinavalveinfo1net 43 阀 门 2010年第2期