阀门耐火试验方法研究

蒋培雷(上海仪器仪表自控系统检验测试所有限公司，上海 200233)

0 引言

随着工业社会的不断发展，阀门也被广泛的应用到各个领域，凡是涉及管道的地方，几乎都有它的存在。特别是在石油化工领域涉及众多的炼油、化工、化纤以及乙烯等各种以石油和天然气等相关产品为原料的企业，这些企业经常会使用到阀门，而石油化工领域的性质决定了其必然与各式各样的易燃、可燃液体、气体以及固体息息相关，大多数石油化工工厂通常安装有复杂的生产装置，各个管道网交错纵横，同时各运行设备经常处于高温高压的环境中，因此对于石油化工行业而言，其发生火灾的危险性十分大，其重要性也不言而喻，如果在火灾情况下阀门出现损坏或无法正常操作的现象，势必会造成严重的人员伤亡及无可挽回的经济损失，还会造成不良的社会影响。基于以上分析，要求石油化工领域用到的阀门必须具有良好的耐火性，开展阀门耐火试验方法研究的工作刻不容缓，以提高阀门的耐火性能，保障阀门在高温高压等特殊环境中的运行可靠性。

1 阀门耐火试验的意义

研究阀门的耐火试验具有十分重要的意义，原因在于阀门对于化工设备和化工管道来说是最为基本的构成元素，其被应用在化工工业生产中必须达到较高的耐火性要求。石油化工领域一般要求所使用的阀门在遇到火灾后，即使被火烧了一定时间，仍然能够满足一定的密封要求，并且依然满足操作性能需求。通常情况下，应当按照相关的耐火标准设计所应用的阀门，其中阀门的耐火试验就是测试阀门耐火性能指标的主要方式之一。

2 阀门耐火试验参考标准

在进行耐火试验时，需要参考诸多与之相关的标准，不同的标准适用于不同的阀门需求，而不同的阀门需要参考的标准也有所差异，例如《ISO 10497阀门测试-阀门防火型式试验要求》，其主要适用于具有耐火结构的各种阀门；《JB/T 6899 阀门的耐火试验》，其主要适用于公称压力不超过42MPa的各种阀门；《API 607 Fire Test for Soft-seated Quarter-turn Valves》，其主要适用于软阀座四分之一转的阀门；《API 6FA Specification for Fire Test for Valves》，其主要适用于管线用阀门或井口用阀门以及符合APl6D标准的球阀、旋塞阀、闸阀、符合API6A标准的平板闸阀等；《API 6FD Specification for Fire Test for Check Valves》，其主要适用于管线用阀门或井口用止回阀以及符合APl6D、APl6A的止回阀。因此，在进行阀门耐火试验时必须严格依照与之相适应的标准进行试验研究。

3 测试设备原理

将耐火试验几个标准进行比较，尽管标准不同，但是可以发现阀门耐火试验的基本原理是一致的。各阀门中除了止回阀以外，通常需要将阀门的阀杆以水平方向在试验管道中进行安装。需要注意的是，试验时需要将被测试的阀门置于关闭位置。

在测试过程中应当对连接管道和被测阀门进行充水，使其内部灌满水，且水压值达到规定要求。此后需要将燃料点燃，把测试阀门完全置于火中，并注意保障火温与阀体受热都达到了规定值。在此过程中应当对阀门内泄漏和外泄漏的情况进行检查，在这种状态持续0.5小时后需要等待阀门冷却，并再次检查阀门的内泄漏和外泄漏情况。

4 试验要求

4.1 通用要求

在对阀门进行试验研究之前，应严格遵循其试验通用要求。具体的试验通用要求主要包括如下几个方面：

(1)在对阀门进行试验时，应注意对其进行保护，但禁止采用非绝热材料制成的阀门。

(2)在对阀门进行试验前，应注意区分其种类和安装方向，对于单向安装的阀门来说，要求必须按规定的安装方向进行试验；对于对称阀门来说，可双向安装时允许在一个安装方向上试验；而对于非对称阀门来说，可双向安装时必须在两个安装方向上分别进行试验，方法是既可以用同一个阀门进行检修后可再次进行下一次试验，也可以采用同型号的阀门在另一个安装方向上进行试验。

(3)试验的阀门应当与正常运行状况下的阀门具有同样的辅助装置，例如齿轮箱等。但应注意，对带齿轮箱的阀门进行试验的结果可用来评定实际运行过程中不带齿轮箱等装置的阀门，而不能用不带齿轮箱的阀门的试验结果去评定实际运行中带齿轮箱等装置的阀门。

(4)在进行试验时，应严格要求试验者穿工装、佩戴安全帽，严格执行安全要求，观察燃烧情况只能透过观察孔进行观察，并制定相应的安全措施。

(5)对于配装泄压装置的阀门，在试验过程中如果该泄压装置发生动作，应保持试验继续进行，与此同时，应记录此次的泄漏量，不可忽略不计。

(6)而对于泄漏量的计算，在阀门连接处发生的泄露不予考虑。

(7)试验时，燃料选用液化气或天然气。

(8)在对阀门进行试验时，关闭阀门，使水通道与阀杆位于同一方向，保持带压状态。

(9)用750～1000℃的火焰将带水带压的阀门炙烤30分钟。

图1为试验过程现场图。

图1 试验过程现场图

4.2 试验装置

开展耐火试验所需要的压力源主要包括压缩空气与泵，其装置图如图2和图3所示。图中1是压力源，2是压力调节器，3是贮水容器，4是水位计，5是供水阀，6是截止阀，7是压力表，8是阻气管，9是试验箱，10是试验阀，11是燃气喷嘴，12是测温块，13是热电偶，14是压力表及泄放阀，15是截止阀，16是排气阀，17是冷凝器，18是计量容器，19是燃料供给阀，20是止回阀。需要注意的是，测试设备除了按标准满足一般阀门耐火试验外，还增加了许多人性化设计，方便试验人员操作，提高试验的效率。

图2 压缩空气为压力源的试验系统设置

图3 泵为压力源的试验系统设置

4.3 试验项目

开展阀门耐火试验，其主要目标是检查测试阀门的泄漏指标和操作性能是否满足要求。在项目测试过程中，首先需要检查在火烧过程中阀门的泄露情况，此项检查需要按照相应的试验压力开展火烧试验，并检查阀座的内泄漏情况，以及法兰连接位置、螺纹连接位置以及其他各密封位置的外泄漏情况。火烧完成后待阀门冷却还要进行低压试验，此项试验需要在被测阀门被强制冷却后按照标准规定，在规定压力下测试阀门的内、外泄漏量。除了检查泄露量外，还需要根据标准要求对被测阀门的操作性能进行检查。检查泄露量外，需要在高压环境中将被测阀门由全关状态逐步开至半开位置或者全开位置。其中，在对止回阀开展试验时应当对阀门的进口压力和出口压力进行调整，让阀瓣动作使管道中的蒸汽全部排净，并使其充满水，从而对阀门的泄漏情况进行全面检查。无论阀门经过火烧还是冷却或者被置于高压环境中都需要对其进行操作，对容易出现泄露的部位进行重点检查。

5 结果评定

在完成阀门的耐火试验后，应对其进行试验结果评定。在进行结果评定时，要根据具体的标准评定经耐火试验测试的阀门是否合格，对于阀门样品的评定适用于与之结构相同的其他阀门，也就是测试情况应当满足覆盖评定原则。通过对阀门进行耐火试验，模拟真实火灾情况中阀门的性能可以评定阀门真实的耐火性能。

6 结语

本文在分析阀门耐火试验的意义的基础上，对阀门耐火试验的设备和测试原理进行了介绍，并通过研究阀门耐火试验的标准及试验相关的要求与方法，表明了阀门耐火试验能够切实反映出阀门在火灾情况下的内、外泄露情况，能够对阀门的实际耐火性能进行评定。而开展耐火试验不仅是行业要求，更是保障石油化工企业安全生产的重要途径。相关企业及其负责人应当根据不同的标准要求，对不同的阀门开展耐火试验，从而有效模拟实际火灾情况，检验阀门的耐火性能，本文的研究能够为相关阀门的试验分析提供一定的借鉴意义。