不可错过的阀门低泄漏实验数据【文末彩蛋,人人有奖】

德国莱茵tuv 不可错过的阀门低泄漏实验数据【文末彩蛋,人人有奖】
2019年3月18日 | 产品安全

      

众所周知,低泄漏试验目前主流分为两大系列,美国石油协会(API系列标准,如API 624, API 641, API 622等))标准,及ISO 15848&Ta-luft标准。两者主要区别在于:API标准采用甲烷作为试验气体;ISO标准中虽然规定可以采用氦气或者甲烷。

但在2015年标准修订之前,由于针对甲烷的泄漏率测量单位要求不具备可操作性,实际多采用氦气作为试验介质。甲烷作为主要的温室气体气体之一,因其分子体积较其它温室气体更小,因此采用甲烷作为试验介质,对评估温室气体排放更具参考意义。

其实,选用不同介质下的有机气体进行阀门低泄漏试验,各有利弊。

一方面,采用甲烷进行高低温循环试验存在安全风险。如果能采用氦气来评估密封设计是否满足API 系列标准,则便于厂家厂内自检,以降低第三方试验的时间和费用成本。依据ISO 15848标准采用氦气或甲烷作为试验介质的密封等级,无对等关系,但是标准没有指明是否有直接试验数据证明两者无关。

另一方面,由于阀门低泄漏试验的自身特点,影响其试验误差的来源十分广泛。除密封设计、测量设备、气候等因素,还包括密封件装配等人为因素。因此有必要对检测方法进行分析,确定其不确定度。现有低泄漏测量不确定度的研究数据以氦质谱检漏仪为主,针对甲烷的低泄漏测量不确定度数据较少。

基于以上两点,本文所描述的试验,收集多组数据,用以补充相关研究的空白。

 

试验设计

2.1. 试验装置

试验装置参照API 622-2011《低泄漏工况过程阀门填料的型式试验》第1部分中规定的低泄漏试验工装。

 

2.2. 测量设备

试验采用两套检测设备,

a. 用于甲烷测量的氢火焰离子化检测器,由美国Thermo Fisher生产,型号为TVA-2020。甲烷测量精度可达±1 ppmv。测量前分别校准了零点和120ppm量程点。

b. 用于氦气测量的氦质谱检漏仪,由德国Leybold生产,型号为L300i,最小可检漏率为≤5E-12 mbar▪L/s。采用内置TL7标准漏孔校准。

 

2.3. 数据采集流程

取6组石墨填料,分别来自3个厂家,其中1家为进口品牌、1家为合资品牌(国内生产)、1家为国内品牌。

每组填料均由具备15年装配经验的技术人员进行装配,再按照表1顺序进行试验,分别测得在同等条件下,甲烷和氦气的泄漏量,测量值均以ppmv为单位,每次测量均重复10次,每次间隔6~10秒。试验未考虑升温或降温对两种试验介质泄漏量的影响,试验均在常温下进行。

试验由第三方试验室独立完成,目的是以严谨态度、开阔的思维,探讨氦气泄漏量与甲烷泄漏量之间的比值。

 

试验数据整理

表2. 甲烷与氦气泄漏量对比数据

根据现场测得的实验数据,整理得图表如下:

图2. 氦气泄漏量与甲烷泄漏量比值曲线图

 

采用甲烷的低泄漏试验的测量A类不确定度。整理测量数据,并依据相关公式计算整理

图表如下:

图3. A类不确定度与甲烷浓度的曲线关系

 

结论

根据图2结果显示,排除在甲烷浓度较低时产生的测量误差,在常温同等条件下,随着泄漏量的增加,所测得氦气泄漏量与甲烷泄漏量的比值,趋近于4倍关系。这与两者的分子量比值互为倒数(甲烷分子量为16,氦气分子量为4)。气体的逸散能力与气体的分子量是否存在关系,还需后续再增加不同试验条件(温度、压力、介质)采集足够多的数据进行研究。

同样,排除在较低浓度时产生的测量误差,对甲烷低泄漏测量值的A类不确定度评估显示,随着浓度增加,其A类相对不确定度在0.4%~3.1%之间波动,取其最大值,综合考虑B类不确定度,置信概率k取2,得到最大相对扩展不确定度为6.6%。

甲烷和氦气测试要求之间的差异仍然会引起很多讨论。它们规定了强制性的国际低泄漏排放标准,并在全球范围内得到执行,以提高阀门的测试精度和准确度。

试验来源:岩石阀门 郭朝辉

 

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