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天然氣低溫調節(jié)閥模擬工況試驗裝置的試驗與研究分析（氣動低溫調節(jié)閥）
當前，隨著石油化工和燃氣行業(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)調節(jié)閥(工作溫度為-196℃)的需求量猛增。為了對閥門在超低溫工況的使用性能進行測試，提高LNG閥門的產(chǎn)品質量，研制了LNG閥門模擬工況試驗裝置(以下簡稱低溫閥門試驗裝置)，該試驗裝置采用微機自動控溫系統(tǒng)進行低溫壓力試驗和泄漏量檢測。
一、試驗系統(tǒng)流程及裝置
試驗裝置共包括供液系統(tǒng)、試驗槽、測試系統(tǒng)和其他輔助設備。下面按總體系統(tǒng)及流程、氣液流程和測控臺架的順序分別介紹。
1、總體系統(tǒng)及流程
如圖1所示，基于計算機數(shù)據(jù)采集的低溫閥門試驗裝置依次包括：
低溫試驗槽1、 低溫閥門2、 上游法蘭端蓋3、 安裝底座4、 下游法蘭端蓋5、 輸氣盤管II6、 自增壓液氮儲罐7、 真空泵8、 下游氣路連接軟管9、 氣泡法流量測試系統(tǒng)(包括水管10、光電元件11和軟管12)、 流量計流量測試系統(tǒng)(流量計13)、 下游壓力傳感器14、 計算機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、 輸氣盤管I20、 差壓式壓力變送器(用于測量液位)21、 熱電偶溫度計22、23、24、25和26、上游氣路連接軟管27。
為了滿足不同規(guī)格低溫閥門的試驗需要，建造了兩個不同容量的試驗槽，典型試驗閥門的公稱尺寸為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。在進行閥門低溫試驗時，在待檢閥門系統(tǒng)內需要充入氣體介質，由于冷卻介質液氮的溫度比較低(-196℃)，通常是采用沸點溫度更低的氦氣(常壓下沸點為-269℃)作為檢漏氣體介質。在試驗裝置中配備有氣路系統(tǒng)，用于低溫試驗時的氣體介質充放，具體流程見圖1。氣路系統(tǒng)從氣源(氦氣鋼瓶19)開始，先后經(jīng)鋼瓶總閥V1，減壓閥V2，上游截斷閥V4和兩個流向調節(jié)閥V7、V8進入閥門上游;在經(jīng)過被測低溫閥門后，再依次經(jīng)過兩個流向調節(jié)閥V9、V10，下游截斷閥V12，以及之后的連接流量計的截止閥V14或者氣泡計數(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裝置加注低溫液體冷卻劑液氮，其流程如圖2所示。
4、測控臺架
測試系統(tǒng)的臺架總體結構，包括儀表面板(垂直面)、閥門面板(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關/指示器、指針式精密壓力表、數(shù)字式壓力表、溫度數(shù)顯儀和試驗時間計時器等。氣泡光電檢漏系統(tǒng)的原理性示意圖如圖3所示。
二、測試方案
下面給出了各被測參量及相對應的測量方案。
1、溫度
試驗溫度測量涉及室溫至液氮溫區(qū)范圍，采用熱電偶溫度計測量，溫度電信號通過Agilent數(shù)字多用表測量、采集并輸入測控計算機，在計算機界面上顯示，并由計算機自動完成記錄和保存;與此同時，計算機將溫度測量值輸送到儀表面板上的溫度顯示儀進行現(xiàn)場顯示。
2、壓力
試驗壓力測量范圍為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系統(tǒng)壓力進行現(xiàn)場顯示，同時，采用Dwyer公司壓力變送器測量系統(tǒng)壓力，并轉換為電壓信號，經(jīng)數(shù)字多用表測量、采集并輸入測控計算機，在計算機界面上顯示，并由計算機自動完成記錄和保存。
3、液位
為了確保液氮液面高度滿足閥門測試的要求，采用差壓式壓力變送器測量液位高度。測量電信號通過數(shù)字多用表測量、采集并輸入到計算機進行顯示，并提醒加注液氮和停止液氮加注操作。
4、流量
根據(jù)閥門密封形式的不同，閥門的允許泄漏量是不同的。軟密封結構的閥門，其泄漏量應該為零;而對于硬密封的閥門是允許有一定泄漏量的�；谏鲜銮闆r配備兩種測量流量的裝置，其一是小流量的流量計，用來測量具有一定漏量許可的硬密封閥門或者是軟密封閥門在相對不正常工作狀態(tài)下時的泄漏情況。對于微小泄漏量，由于一般的流量計已經(jīng)無法檢測到，需通過觀察并計數(shù)開口端在水中泄漏氣泡數(shù)的形式進行測量。本試驗裝置所采用的自動計數(shù)氣泡系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的人工計數(shù)方式，利用光電轉換效應，把氣泡數(shù)轉化為脈沖電信號，利用基于LabView的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行自動計數(shù)。
三、運行情況
各項技術性能指標均能滿足BS6364—1984(R1998)《低溫閥》和JB/T7749—1995《低溫閥門技術條件》對測試設備的要求。
參考資料
楊源泉。閥門設計手冊（M）。北京；機械工業(yè)出版社，1992。
BS6364—1984(R1998)低溫閥（S）。
JB/T7749—1995低溫閥門技術條件（S）。
