對(duì)閥門進(jìn)行低溫性能試驗(yàn)時(shí)，氣瓶中的氦氣經(jīng)過高壓管路進(jìn)入待測(cè)閥門腔體。試驗(yàn)結(jié)束后，閥腔中的低溫氦氣經(jīng)過原來的壓力管路回收進(jìn)入氣瓶，完成氦氣的使用和回收過程。閥門低溫試驗(yàn)要求對(duì)待測(cè)閥在冷媒中冷卻一定的時(shí)間，足以將大部分雜質(zhì)氣體冷凝或固化，使氦氣的純度得到提高。因此，低溫試驗(yàn)后氦氣純度并不會(huì)明顯降低，滿足回收和再次利用的條件。

1、概述

低溫閥門的使用溫度低于-29℃，廣泛應(yīng)用于空分、LNG與乙烯石化等領(lǐng)域。低溫閥門的檢驗(yàn)和試驗(yàn)需要在低溫環(huán)境下進(jìn)行。根據(jù)試驗(yàn)溫度的要求，冷卻閥門的低溫冷媒可以是干冰、液氮或者與酒精混合以達(dá)到合適的溫度。當(dāng)試驗(yàn)溫度高于-110℃時(shí)，可以用氮?dú)庾髟囼?yàn)介質(zhì)，不僅純凈無污染，而且經(jīng)濟(jì)性較高。當(dāng)試驗(yàn)溫度低于-110℃時(shí)，可選擇氦氣作試驗(yàn)介質(zhì)。

由于氦氣的價(jià)格昂貴，導(dǎo)致試驗(yàn)成本較高。以每瓶高純氦氣1 000元價(jià)格計(jì)算，氦氣的價(jià)格高達(dá)200元/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。以LNG氣化站常用的12 in. - Class 900球閥為例，每次低溫試驗(yàn)至少需要消耗氦氣60 m3。通過合理的設(shè)計(jì)，將試驗(yàn)結(jié)束后閥腔中的氦氣進(jìn)行回收，可節(jié)約大量費(fèi)用降低試驗(yàn)成本，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2、低溫試驗(yàn)  

低溫閥門深冷試驗(yàn)作為低溫閥門性能試驗(yàn)的重要組成部分，是檢測(cè)其性能不可缺少的環(huán)節(jié)。關(guān)于低溫閥門深冷試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T 24925、BS6364,MESC SPE 77/200,MSS SP-134等，其中BS6364被廣泛接受，M ESC SPE 77/200作為殼牌公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可操作性更強(qiáng)。

低溫閥門性能試驗(yàn)包括低溫動(dòng)作試驗(yàn)、密封性能試驗(yàn)、微泄漏試驗(yàn)和中腔泄壓試驗(yàn)等。

(1)低溫動(dòng)作試驗(yàn)開關(guān)閥門多次并記錄力矩。

(2)密封性能試驗(yàn)測(cè)試閥瓣的密封性能。

(3)微泄漏試驗(yàn)測(cè)試填料和法蘭連接處的密封性能。

(4)中腔泄壓試驗(yàn)測(cè)試球閥中腔壓力升高時(shí)向上游泄壓的能力。

閥門試驗(yàn)中，其低溫動(dòng)作試驗(yàn)和微泄漏試驗(yàn)所需氦氣體積至少相當(dāng)于試驗(yàn)溫度和壓力下閥門開啟時(shí)閥腔容積與加長(zhǎng)閥桿空腔的容積之和。

3、氦氣回收

對(duì)閥門進(jìn)行低溫性能試驗(yàn)時(shí)，氣瓶中的氦氣經(jīng)過高壓管路進(jìn)入待測(cè)閥門腔體。試驗(yàn)結(jié)束后，閥腔中的低溫氦氣經(jīng)過原來的壓力管路回收進(jìn)入氣瓶，完成氦氣的使用和回收過程。

3.1 低溫試驗(yàn)對(duì)氦氣純度的要求

標(biāo)準(zhǔn)MESC SPE 77/200對(duì)低溫試驗(yàn)時(shí)采用的試驗(yàn)介質(zhì)要求如表1所示，低溫試驗(yàn)中使用的氦氣純度應(yīng)不低于97%，采用工業(yè)氦(純度)99%)完全可以滿足要求。

3.2 低溫試驗(yàn)對(duì)氦氣純度的影響

低溫試驗(yàn)過程中，氦氣純度將產(chǎn)生一定的變化。

(1)室溫下高壓管路中的O2、N2、CO2、Ar和水蒸汽等與氦氣混合，降低其純度。

(2)增壓泵及其控制閥中的潤(rùn)滑油蒸汽與氦氣混合，降低其純度。

(3)無法被過濾器過濾的微小固體顆粒進(jìn)入氦氣中，降低其純度。

同時(shí)，進(jìn)入待測(cè)閥閥腔的氦氣，由于低溫的作用，O2、N2、CO2、Ar、水蒸汽和潤(rùn)滑油蒸汽等雜質(zhì)將被冷凝或固化，與氦氣分離，從而起到純化氦氣的作用。對(duì)于微小固體雜質(zhì)，必要時(shí)可采用活性炭吸附的方式去除，提高氦氣純度。

閥門低溫試驗(yàn)要求對(duì)待測(cè)閥在冷媒中冷卻一定的時(shí)間，足以將大部分雜質(zhì)氣體冷凝或固化，使氦氣的純度得到提高。因此，低溫試驗(yàn)后氦氣純度并不會(huì)明顯降低，滿足回收和再次利用的條件。

3.3 氦氣回收加熱系統(tǒng)

低溫試驗(yàn)結(jié)束后，低溫氦氣經(jīng)過回收加熱系統(tǒng)(圖2)，由壓差或者增壓泵的作用進(jìn)入氦氣瓶，完成氦氣的回收過程。未經(jīng)加熱回溫的低溫氦氣進(jìn)入高壓管路系統(tǒng)，將對(duì)橡膠管路、增壓泵以及高壓氣瓶等設(shè)備造成損壞，存在嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，低溫氦氣在回收之前必須加熱至高壓管路和設(shè)備可承受的溫度范圍。可采用空氣自然對(duì)流換熱與電加熱結(jié)合的方式，通過智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱溫度的自動(dòng)化控制。

3.4 氦氣回收率

氦氣的回收率與多種因素有關(guān)。

(1)待測(cè)閥或高壓管路密封不良，氦氣向大氣泄漏。

(2)增壓泵增壓比偏大，最小吸氣壓力偏高，過多殘余氦氣被泄放。

采用氦質(zhì)譜檢漏儀對(duì)待測(cè)閥進(jìn)行微泄漏檢測(cè)，排除閥門法蘭、填料和管路接頭處的漏點(diǎn)，選用合適增壓比和吸氣壓力的增壓泵，將有效提高氦氣回收率，降低試驗(yàn)成本。

4、結(jié)語(yǔ)

低溫閥門深冷試驗(yàn)中使用的氦氣價(jià)格昂貴，對(duì)氦氣進(jìn)行回收再利用，將節(jié)約大量費(fèi)用。回收之前，必須將低溫氦氣加熱，可防控潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。試驗(yàn)前應(yīng)排除壓力管路系統(tǒng)中的漏點(diǎn)，選用合適的增壓泵將提高氦氣回收率。我國(guó)工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室用氦氣普遍依賴進(jìn)口，因此對(duì)氦氣進(jìn)行回收再利用具有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。