天然气低温调节阀模拟工况试验装置的试验与研究分析（气动低温调节阀）

　　当前，随着石油化工和燃气行业的迅速发展，尤其是液化天然气(LNG)作为一种新兴能源的迅速崛起，超低温液化天然气(LNG)调节阀(工作温度为-196℃)的需求量猛增。为了对阀门在超低温工况的使用性能进行测试，提高LNG阀门的产品质量，研制了LNG阀门模拟工况试验装置(以下简称低温阀门试验装置)，该试验装置采用微机自动控温系统进行低温压力试验和泄漏量检测。

一、试验系统流程及装置

试验装置共包括供液系统、试验槽、测试系统和其他辅助设备。下面按总体系统及流程、气液流程和测控台架的顺序分别介绍。

1、总体系统及流程

如图1所示，基于计算机数据采集的低温阀门试验装置依次包括：

低温试验槽1、 低温阀门2、 上游法兰端盖3、 安装底座4、 下游法兰端盖5、 输气盘管II6、 自增压液氮储罐7、 真空泵8、 下游气路连接软管9、 气泡法流量测试系统(包括水管10、光电元件11和软管12)、 流量计流量测试系统(流量计13)、 下游压力传感器14、 计算机15、 数字多用表16、 上游压力传感器17、 精密压力表18、 氦气钢瓶19、 输气盘管I20、 差压式压力变送器(用于测量液位)21、 热电偶温度计22、23、24、25和26、上游气路连接软管27。

为了满足不同规格低温阀门的试验需要，建造了两个不同容量的试验槽，典型试验阀门的公称尺寸为DN150和DN50。

2、气、液流程

系统中包含两套管路系统，即氦气管路流程和液氮管路流程。

1.氦气管路流程。在进行阀门低温试验时，在待检阀门系统内需要充入气体介质，由于冷却介质液氮的温度比较低(-196℃)，通常是采用沸点温度更低的氦气(常压下沸点为-269℃)作为检漏气体介质。在试验装置中配备有气路系统，用于低温试验时的气体介质充放，具体流程见图1。气路系统从气源(氦气钢瓶19)开始，先后经钢瓶总阀V1，减压阀V2，上游截断阀V4和两个流向调节阀V7、V8进入阀门上游;在经过被测低温阀门后，再依次经过两个流向调节阀V9、V10，下游截断阀V12，以及之后的连接流量计的截止阀V14或者气泡计数系统的截止阀V15。此外，气路上还配置有排空阀V3，压力表及传感器连接阀V5、V6、V11以及真空泵连接阀V13。

3、液氮管路流程。液氮管路流程用于向试验装置加注低温液体冷却剂液氮，其流程如图2所示。
　　
4、测控台架

测试系统的台架总体结构，包括仪表面板(垂直面)、阀门面板(倾斜面)、仪器架和气泡光电检漏系统等部分。仪表面板上包含电源开关/指示器、指针式精密压力表、数字式压力表、温度数显仪和试验时间计时器等。气泡光电检漏系统的原理性示意图如图3所示。
　　
二、测试方案

下面给出了各被测参量及相对应的测量方案。

1、温度

试验温度测量涉及室温至液氮温区范围，采用热电偶温度计测量，温度电信号通过Agilent数字多用表测量、采集并输入测控计算机，在计算机界面上显示，并由计算机自动完成记录和保存;与此同时，计算机将温度测量值输送到仪表面板上的温度显示仪进行现场显示。

2、压力

试验压力测量范围为0～10MPa。采用指针式精密压力表和数字式压力表在仪表面板上对系统压力进行现场显示，同时，采用Dwyer公司压力变送器测量系统压力，并转换为电压信号，经数字多用表测量、采集并输入测控计算机，在计算机界面上显示，并由计算机自动完成记录和保存。

3、液位

为了确保液氮液面高度满足阀门测试的要求，采用差压式压力变送器测量液位高度。测量电信号通过数字多用表测量、采集并输入到计算机进行显示，并提醒加注液氮和停止液氮加注操作。

4、流量

根据阀门密封形式的不同，阀门的允许泄漏量是不同的。软密封结构的阀门，其泄漏量应该为零;而对于硬密封的阀门是允许有一定泄漏量的。基于上述情况配备两种测量流量的装置，其一是小流量的流量计，用来测量具有一定漏量许可的硬密封阀门或者是软密封阀门在相对不正常工作状态下时的泄漏情况。对于微小泄漏量，由于一般的流量计已经无法检测到，需通过观察并计数开口端在水中泄漏气泡数的形式进行测量。本试验装置所采用的自动计数气泡系统摒弃了传统的人工计数方式，利用光电转换效应，把气泡数转化为脉冲电信号，利用基于LabView的数据采集系统进行自动计数。

三、运行情况

各项技术性能指标均能满足BS6364—1984(R1998)《低温阀》和JB/T7749—1995《低温阀门技术条件》对测试设备的要求。

参考资料

杨源泉。阀门设计手册（M）。北京；机械工业出版社，1992。

BS6364—1984(R1998)低温阀（S）。

JB/T7749—1995低温阀门技术条件（S）。