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、能源工業和化學工業的產量不斷提升，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組和壓縮機組出口的止回閥達到36in．-class900（DN900－PN150），在這些高參數的工況中，傳統的旋啟式止回閥已無法適應，這些高參數的止回閥一般選用進口的軸流式止回閥。
    2 問題提出
    按照我國油氣工業大型工程成套機組現場施工監理的規定，止回閥在使用前必須逐臺進行殼體試驗和密封試驗，試驗合格后才能安裝。按照API6D標準規定的方法，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。經分析證明，進入止回閥出口腔的介質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標準的要求。為了驗證國外軸流式止回閥的性能，對軸流式止回閥的結構特點進行了分析研究，用常規的壓力試驗方法無法對高壓大口徑的軸流式止回閥進行密封試驗，應結合輸送流體工況設計和建造一套軸流式止回閥試驗臺架。
    3 結構分析
    軸流式止回閥有圓盤型和環盤型結構，閥門應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。圓盤型結構（圖1）的軸流式止回閥閥芯簡單，易加工，但運動的閥芯是懸臂結構，當閥門口徑較大時，由于閥芯盤的自重和體積大，閥芯運動時易卡阻，因此DN≤250的軸流式止回閥多為圓盤型結構，DN≥300的軸流式止回閥多為環盤型結構（圖2）。環盤型結構克服了圓盤型的缺點，閥芯輕，靈活，但結構復雜，閥芯是環形的，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組和大型壓縮機組的出口，防止介質倒流，保護泵機組和壓縮機組。在機組停止或切換時，介質從正向流動變為反向倒流的時間較短，流量較大，介質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、壓降是止回閥的關鍵性能指標。開啟壓力小和壓降低，機組消耗的動力則少，軸流式止回閥為了獲得較小的開啟壓力和壓降，閥芯上復位彈簧的剛度在設計時盡可能取小值。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行試驗。
    軸流式止回閥的密封試驗方案應結合實際工況和標準的試驗方法，才能真正考核止回閥密封性和其他性能指標。試驗方案應考慮3個方面。①模擬止回閥的運行工況，用一定壓力和流量的介質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進行密封試驗。
    5 試驗系統
    （1）試驗系統
    試驗系統（圖3）由水泵、安全閥、穩壓罐、快開閥、隔離閥、管路和壓力表等組成。用水泵往穩壓罐內充水，使穩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快速充滿水，并保持能形成≥0.5MPa的壓差。關閉隔離閥，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）試驗臺架設備參數
    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     
    穩壓罐 V=5m3，Ps=1.0MPa     
    水泵 Q=350m3/h，H=100m
    進水管徑  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

圖4 軸流式止回閥專用試驗臺架

    6 結語      
    高壓大口徑軸流式止回閥為實現合理的開啟壓力和低壓降等關鍵的性能指標而進行的優化設計，使得按常規的壓力試驗方法不能考核其密封性，其密封性能的考核應在專門設計的試驗系統中進行。軸流式止回閥在專用試驗臺架上的檢測結果符合標準要求，與國外提供的產品試驗數據基本一致。該閥密封性和其他性能滿足使用要求，得到用戶的認可。