阀门耐火试验方法研究.pdf

石油机械
2010年第38卷第4期
CHINA PETROT EUM MACHINERY
武验研究
阀门耐火试验方法研究
张玉树潘建武曹住余文艳刘锋
(1.江汉机楲研究所2.冀东油田钻采工艺研究院
摘要为了解决闲门耐火试验中水相变带来的安全和稳压间题,进行了模拟试验研究。研究
结果表明,阀门耐火试验中采用针阀调节卸压通道的方式能保证腔体内的压力稳定;试验过程中
水被大量气化,产生的高温高压水蒸气会冲击水压管线,缩短管线的使用寿命并降低设备的安全
系数。根据研究结果提出了以下解决方法:采用针和压カ泵提供稳定的压カ;采用阻气装置使
水蒸气液化,缓冲水蒸气对管线约冲击,擎低水压管线的温度。应用该方法建立了阀门耐火试验
系统。试验表明,该方法切实可行,能够达到标准要求;最高试验温度980℃,最高试验压力
103.5MPa,且压力稳定
关键词阀门耐火试验安全稳压
耐火试验方法研究的重点。目前我国还没有完全符
合 Apl Spec6FA标准要求的试验方法。鉴于此
笔者针対水相变的问题进行试验研究,并提出了解
网门的耐火性能就是网门在高温火焰中保持正決方法
常工作的能力,它是衡量安全性能的重要指
标。门的耐火试验是确定其耐火性能的唯一方
试验硏究
法。海洋平台用阀门和气田用阀门都要求进行耐火
试验
毟者从接触到的资料文献中都无法得出火焰中
API Spec6FA标准规定了门耐火试验的
密闭腔体内水的压力变化规律。能否卸掉不断增长
体要求:用水作试验介质,将阀板关闭,对上游端的压力?卸压通道内是水还是水蒸气?这些问题都
内腔升压至试验压力(0.2-~103.5MPa)后,用涉及到安全利稳压。首先需要进行模拟试验,找到
761-989℃的火焰对阀体外表灼烧30min,再冷保证安全和稳压的最佳方案,以便使阀门耐火试验
却至100℃以下。此过程中密封部位的泄滿水量不能够顺利进行。门模拟试验的原理如图1所示。
能超标。整个试验过程会有压力变化,压力恢复的
时间累积不得超过2tmin。
气动
计阀
压月源
承丘膻体
阀门耐火试验中,水总是发生液态到气态和气
压力传器
态到液态的2次相变,相变会带来腔内圧力大变
次仪表
热电偶入火焰
化。当温度升到临界点以上,水以一种临界状态存
次仪表
止阀压力调节器
在,无法了解压力交化情況2。压力的迅速增长
液化气
会带来非常大的安全隐患,若不能及时卸压就会发
图1模拟试验原理图
生爆炸。出于标准要求试验过程中压力不变,而且
试验利用现有的230MPa高压试验装置保持承
压力恢复的时间也有限制,所以压力的迅速増长也、压腔体内的力。压力传感器和二次仪表感应并
会给系统稳压带来难度。阀『门耐火试验的难点在于示压力值,气动阀作为紧急卸压阀用,针阀作为?
水相变会给试验带来安全和稳压问题。这也是阙门以调节不同通径的卸压,用来维持压力稳定。燃
*江汉机械研究所2009午青年创新基金项目“阀门耐火试验方法研究”(JY200905
一と8
石油杌械
2010年第38卷第4期
气用液化气,压力调节器调节火焰大小,热电偶和
通过模拟试验结果可以得出以下结论:
二次仪表感应并显示温度值,火焰维持在761
(1)水的相变造成了压力的迅速升高,不及
时卸压就会爆炸
试验采取的安全措施:压力源、二次仪表、液
2)网门耐火试验中采用针调节卸压通道
化气的截止阀和压力调节器都在控制室放置,试验的方式可以保证腔体内的压力稳定,使压力可以得
过程中人不能走进被试件区域;承压腔体按承压到摔制。
70MPa设计,由于考虑多次试斥,着火状态下腔
3)试验过程中水被大量气化,产生的高温
体内压力控制在15MPa以下;紧急状态下,打开高压水蒸气会冲击管线,缩短管线的使用寿命。
气动阀进行大通径卸压,若压力升高过快时,应迅
(4)若卸压管线呈持续高温状态,就会降低
速断气卸応
安全系数
试验方法:试验压力1MPa时做1次试验,燃
烧时间30min,试验中不御压,观察压力变化情2解决方法
况。然后在试验压力为1、5和10MPa时分別做3
次试验,燃烧时间30min,调节针阀,力求保持稳
如图4所示,在着火过程中可以通过针阀4进
压。每2次试验之间,T件要充分冷却。用水压数行卸压,通过调节针的开度来调节卸压的速度。
据釆集系统绘制压力曲线图。
模拟试验结果如下
1)在]MPa试验压力不卸压的情况下,压
力开始增长得比较缓慢,随省水的不断气化,斥力
增长也越来越快,水压变化曲线如图2所示。最终
压力增加了近13倍.
图4阀门耐火试验系统方法原理图
1一汁址罐;2一压力泵;3一控制箱;4、7、8一针;
ー气动网;6一压力传感器:10一阻气装置
1]一燃烧室;12一被试阀『;13一热电偶;14一冷凝管
R: li min
线;15一燃气传感器;16一控制柜;17ー燃气控制柜。
图2試验廷力]MPa时水压变化曲线
标准要求卸压的水需要进行计量,在被试阀门
2)试验乐力1、5和10MPa的3次试验中
中产生的水气混合物通过阻气装置10、针阀7、气
通过打开针阀进行卸压,均可以达到稳压的目的。动阀5和针阀4流回计量罐。
10MPa时比1MPa时卸速度快,针阀的卸压通
阻气装置就是一个大管径的U形管道。当高
径就小。试验压力10MPa时的稳压曲线如图3温高压的水气混合物通过じ形管道的时候,通过
所
大管径和改变方向就可以降低冲击速度,同时对U
形管道进行冷却,水蒸气经过U形通道后就会变
成水,温度和速度都会降低,这样就保证了上游管
线的安全。
在被试阀门的两端川装与被试阀门通径相同的
连接管,由于连接管不在火焰中,所以连接管中的
時间min
冷水先经过管道,这就延缓了水蒸气通过卸
图3试验压力10MPa时稳曲线
压管道的討间。
(3)在着火20min左右,卸压管线开始喷射
试验中被试阀门在火焰的作用下,压力上升
出水气混合物,水蒸气越来越多
这时气动阀5打开,通过针阀4卸压。如果被试阀
(4)用红外线温度计测量卸压管线和针阀,」泄漏很快,压力会下降,压力泉会启动补充压
试验中最高温度为150℃。
力。通过压力泵和针阙网4就实现了被试网门的压力