軸流式止回閥的密封試驗

 1 概述 
    近年來，隨著我國油氣工業(yè)、能源工業(yè)和化學(xué)工業(yè)的產(chǎn)量不斷提升，成套裝置越來越大型化，輸送物料管線的口徑、壓力等參數(shù)不斷提高。在大型油氣管線工程和大型成套裝置中，用于輸送物料的泵機(jī)組和壓縮機(jī)組出口的止回閥達(dá)到36in．-class900（DN900－PN150），在這些高參數(shù)的工況中，傳統(tǒng)的旋啟式止回閥已無法適應(yīng)，這些高參數(shù)的止回閥一般選用進(jìn)口的軸流式止回閥。
    2 問題提出
    按照我國油氣工業(yè)大型工程成套機(jī)組現(xiàn)場施工監(jiān)理的規(guī)定，止回閥在使用前必須逐臺進(jìn)行殼體試驗和密封試驗，試驗合格后才能安裝。按照API6D標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法，對口徑12～36in.（DN300～900），壓力為class600（PN110）和class900（PN150）的軸流式止回閥進(jìn)行密封試驗。在對軸流式止回閥出口端加壓時，出口端無法建立壓力差。經(jīng)分析證明，進(jìn)入止回閥出口腔的介質(zhì)流量小于止回閥的泄漏量，同時還表明了止回閥的泄漏量大，不能滿足API6D標(biāo)準(zhǔn)的要求。為了驗證國外軸流式止回閥的性能，對軸流式止回閥的結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行了分析研究，用常規(guī)的壓力試驗方法無法對高壓大口徑的軸流式止回閥進(jìn)行密封試驗，應(yīng)結(jié)合輸送流體工況設(shè)計和建造一套軸流式止回閥試驗臺架。
    3 結(jié)構(gòu)分析
    軸流式止回閥有圓盤型和環(huán)盤型結(jié)構(gòu)，閥門應(yīng)具有合理的流道型線，開啟壓力與壓降小和流通能力大等特性。圓盤型結(jié)構(gòu)（圖1）的軸流式止回閥閥芯簡單，易加工，但運(yùn)動的閥芯是懸臂結(jié)構(gòu)，當(dāng)閥門口徑較大時，由于閥芯盤的自重和體積大，閥芯運(yùn)動時易卡阻，因此DN≤250的軸流式止回閥多為圓盤型結(jié)構(gòu)，DN≥300的軸流式止回閥多為環(huán)盤型結(jié)構(gòu)（圖2）。環(huán)盤型結(jié)構(gòu)克服了圓盤型的缺點，閥芯輕，靈活，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，閥芯是環(huán)形的，密封面大，泄漏面多，不易密封。

圖1 圓盤型軸流式止回閥

圖2 環(huán)盤型軸流式止回閥

    4 試驗方案
    大口徑軸流式止回閥通常用于大型泵機(jī)組和大型壓縮機(jī)組的出口，防止介質(zhì)倒流，保護(hù)泵機(jī)組和壓縮機(jī)組。在機(jī)組停止或切換時，介質(zhì)從正向流動變?yōu)榉聪虻沽鞯臅r間較短，流量較大，介質(zhì)反向流動的動能較大，易形成初始密封和有效密封。流通能力、開啟壓力、壓降是止回閥的關(guān)鍵性能指標(biāo)。開啟壓力小和壓降低，機(jī)組消耗的動力則少，軸流式止回閥為了獲得較小的開啟壓力和壓降，閥芯上復(fù)位彈簧的剛度在設(shè)計時盡可能取小值。這樣會造成初始密 封力較小，泄漏量大，難以建立壓差。因此用常規(guī)壓力試驗的方法無法對高壓大口徑軸流式止回閥的密封性能進(jìn)行試驗。
    軸流式止回閥的密封試驗方案應(yīng)結(jié)合實際工況和標(biāo)準(zhǔn)的試驗方法，才能真正考核止回閥密封性和其他性能指標(biāo)。試驗方案應(yīng)考慮3個方面。①模擬止回閥的運(yùn)行工況，用一定壓力和流量的介質(zhì)快速充滿止回閥的出口腔。②用隔離閥密閉止回閥的出口腔。③在止回閥的出口腔升壓至1.1PN進(jìn)行密封試驗。
    5 試驗系統(tǒng)
    （1）試驗系統(tǒng)
    試驗系統(tǒng)（圖3）由水泵、安全閥、穩(wěn)壓罐、快開閥、隔離閥、管路和壓力表等組成。用水泵往穩(wěn)壓罐內(nèi)充水，使穩(wěn)壓罐上腔空氣的壓力升至0.8MPa。開啟快開閥使軸流式止回閥出口腔內(nèi)快速充滿水，并保持能形成≥0.5MPa的壓差。關(guān)閉隔離閥，開啟增壓泵，使軸流式止回閥出口腔的壓力升至1.1PN，并檢漏。     
    （2）試驗臺架設(shè)備參數(shù)
    高壓大口徑軸流式止回閥檢測時需要專用的試驗臺架（圖4）。
    被試止回閥 class900，36in．（PN150，DN900）
    初始密封壓力 0.5MPa     
    穩(wěn)壓罐 V=5m3，Ps=1.0MPa     
    水泵 Q=350m3/h，H=100m
    進(jìn)水管徑  DN=150mm
    快開閥 PN=1.6MPa，DN=150mm
    隔離閥 class900，8in．（PN150，DN200）

圖3 止回閥試驗系統(tǒng)

圖4 軸流式止回閥專用試驗臺架

    6 結(jié)語      
    高壓大口徑軸流式止回閥為實現(xiàn)合理的開啟壓力和低壓降等關(guān)鍵的性能指標(biāo)而進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計，使得按常規(guī)的壓力試驗方法不能考核其密封性，其密封性能的考核應(yīng)在專門設(shè)計的試驗系統(tǒng)中進(jìn)行。軸流式止回閥在專用試驗臺架上的檢測結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求，與國外提供的產(chǎn)品試驗數(shù)據(jù)基本一致。該閥密封性和其他性能滿足使用要求，得到用戶的認(rèn)可。