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最新阀门耐火试验标准比较及分析

来源: 上海阀门 时间: 2012-05-28 点击: 4,453

1.概述

石油化工工业是国民经济的支柱产业之一,它生产流程复杂,而且在生产过程中使用的原材料、半成品、成品等大都是易燃易爆物质,极易引发火灾和爆炸事故。由于用在某些易着火场合的阀门由于存在发生火灾的潜在危险,往往在这些场合使用的阀门都应做特殊的设计使阀门在遭受一定时间的火烧后仍具有一定的密封性能及操作性能。

在衡量阀门的耐火性能方面,耐火试验是一个重要手段。目前国内外针对阀门耐火试验的标准众多,且试验方法及判断标准不尽相同,所以对各个标准进行分析比较,对了解阀门的耐火试验要求以及提高阀门的耐火性能都具有重要的意义。

2.比较分析

目前国内外现行的主要阀门耐火试验标准有:

ANSI/API 607—2005《Fire Test for Soft—seated Quarter—turn Valves》

API 6FA—1999《Specification for Fire Test for Valves》

API 6FD—1995《Specification for Fire Test for Check Valves》

ISO 10497—2004《Testing of Valve—Fire type—testing requiremerlts》

JB/T 6899—1993《阀门的耐火试验》

以下就各个标准在适用范围、装置要求、操作方法、评判标准及覆盖评定原则等方面的不同做出分析比较。

2.1 适用范围的分析比较

ANsI/API 607—2005的适用范围:软阀座四分之一转的阀门。例如符合APl608标准的球阀、符合APl609标准的蝶阀

API 6FA—1999的适用范围:管线用阀门或井口用阀门。例如符合APl6D标准的球阀、旋塞阀、闸阀;符合APl6A标准的平板闸阀等。

API 6FD—1995的适用范围:管线用阀门或井口用止回阀。例如符合APl6D、APl6A的止回阀。

ISO 10497—2004的适用范围:具有耐火结构的各种阀门。

JB/T 6899—1993的适用范围:公称压力不大于42.OMPa的各种阀门。

由上述各种标准的适用范围可见,各阀门耐火试验标准针对的产品及范围各不相同,不同类型的产品应选择适合的试验标准。

2.2 装置要求

2.2.1试验系统要求

ANSI/API 607—2005、API 6FA一1999、ISO 10497—2004、JB/T 6899—1993规定的典型试验系统要求如下。

用压缩空气作为压力源的试验系统
用泵作为压力源的试验系统

API 6FD—1995规定的典型试验系统如下。

由以上试验系统图示可知,除止回阀因操作方式不同使试验装置与其他的有一定区别之外,其他各标准对试验系统的要求基本一致。

2.2.2热电偶及测温块的要求

(1)测温块尺寸要求

经过比较分析,所列几个耐火试验标注对测温块的尺寸要求基本一致,热电偶插入的位置应为测温块的中心,具体尺寸如图5所示。

(2)热电偶及测温块布置要求

耐火试验的火烧期间,对布置于阀门周围测量温度的热电偶及测温块各个标准有不同的要求,如下:

ANSI/API 607—2005、ISO 10497—2004:

一般布置为阀门周围布置2只热电偶和2只测温块,当公称尺寸大于等于NPS8(DN200)时增加1只测温块,当软密封阀门公称尺寸小于等于NPS4(DNl00)且压力级小于等于Class300(PN40)时,增加1只插入阀盖内的热电偶和1只插入阀体内的热电偶。

API 6FA—1999、API 6FD—1995:

一般布置为阀门周围布置2只热电偶和2只测温块,若试验阀门为API 6D产品则当公称尺寸大于NPS6时增加1只测温块;若试验阀门为API 6A产品则当公称尺寸大于NPS71/16时同样需增加1只测温块。

JB/T 6899—1993:

一般布置为阀门周围布置2只热电偶和2只测温块,若试验阀门公称尺寸大于DNl50时需增加1只测温块。

由以上各标准对热电偶及测温块的要求可以看出,ANSI/API 607—2005、ISO 10497—2004标准对于小口径低压力的阀门热电偶及测温块布置相对其他标准更加细化,但对于大部分规格的产品几个标准的要求还是基本一致。

(3)热电偶及测温块温度要求

耐火试验的火烧期间,对于热电偶及测温块所测量的阀门温度各个标准有不同的要求,如下:

ANSI/API 607—2005、ISO 10497—2004:

点火后2min内2只测量火焰热电偶的平均温度应达到750℃以上,在剩余的火烧期间2只测量火焰热电偶的平均温度应在750℃~1000℃且在整个火烧期间单只热电偶的最低温度不得低于700℃;火烧期间所有测温块的平均温度应在15min内达到650℃,且在达到规定温度后的剩余火烧期间单只测温块的温度都不得低于560℃;火烧期间阀体内热电偶温度应至少有5min在590℃以上,阀盖内热电偶温度应至少有15min在650℃以上。

API 6FA一1999、API 6FD一1995:

点火后2min内2只测量火焰热电偶的平均温度应达到761℃以上,在剩余的火烧期间2只测量火焰热电偶的平均温度应在76l℃~980℃:且在整个火烧期间单只热电偶的最低温度不得低于704℃;火烧期间所有测温块的平均温度应在15min内达到650℃,且在达到规定温度后的剩余火烧期间单只测温块的温度都不得低于565℃。

JB/T 6899—1993:

点火后2min内2只测量火焰热电偶的平均温度应达到760℃以上,在剩余的火烧期间2只测量火焰热电偶的平均温度应在760℃~980℃且在整个火烧期间单只热电偶的最低温度不得低于705℃;火烧期间所有测温块的平均温度应在15min内达到650℃,且在达到规定温度后的剩余火烧期间单只测温块的温度都不得低于565℃。

2.3 操作要求

耐火试验一般分为火烧试验、低压试验、操作试验三个步骤进行但各标准对于各个试验阶段的规定及要求有一定区别,如下:

2.3.1试验压力要求

ANSI/API 607—2005、ISO 10497—2004:

火烧试验期间的管道压力:对于压力级小于等于Class300(PN40)的软密封阀门,火烧期间试验压力为0.2MPa,对于其他阀门火烧期间试验压力为阀门20℃时最高许用工作压力的75%。

低压试验的管道压力:对于小于等于class600(PNl00)的阀门,冷却后需进行试验压力为0.2MPa的低压试验。

操作试验的管道压力:操作试验时的管道压力均为阀门20℃时最高许用工作压力的75%。

API 6FA—1999、API 6FD—1995:

此两项标准对于试验压力的要求通过表格形式规定,其中火烧试验和操作试验的试验压力为其中的“高压试验压力”,低压试验的试验压力为其中的“低压试验压力”,未列出具体压力数值的表明不做此项试验,具体如下:

阀门类别 阀门压力等级 高压试验压力 低压试验压力
API 6D Class PN / psi bar MPa psi bar MPa
150 20 / 210 14.5 1.5 29 2.0 0.2
300 50 / 540 37.2 3.7 50 3.4 0.34
400 64 / 720 49.6 5.0 70 4.8 0.48
600 110 / 1080 74.5 7.5 105 7.2 0.72
900 150 / 1620 111.7 11.2 / / /
1500 260 / 2700 186.2 18.6 / / /
2500 420 / 4500 310.3 21.0 / / /
API 6A psi bar MPa psi bar MPa / / /
2000 138 13.8 1500 103.4 10.3 / / /
3000 207 20.7 2250 155.1 15.5 / / /
5000 345 34.5 3750 258.6 25.9 / / /
10000 690 69.0 7500 517.1 51.7 / / /
15000 1034 103.5 11250 775.7 77.6 / / /
20000 1379 138.0 15000 1034.2 103.5 / / /
备注 试验压力允许有±10%的偏差。

JB/T 6899—1993:

此标准对于试验压力的要求通过表格形式规定且压力以公称压力(PN)表示,其他非公称压力(PN)表示阀门压力级的也另有规定。火烧试验和操作试验的试验压力为其中的“高压试验压力”,低压试验的试验压力为其中的“低压试验压力”,未列出具体压力数值的表明不做此项试验,具体如下:

公称压力PN 高压试验压力 低压试验压力
1.0 0.8 0.2
1.6 1.2
2.0 1.5
2.5 1.9
4.0 3.0 0.3
5.0 3.8 0.4
6.4(6.3) 5.0 0.5
10.0 7.7 0.7
15.0 11.5 /
25.0 19.2
42.0 31.9
注:
a、试验压力允许有±10%的偏差。
b、对于其他压力表示的阀门,高压试验压力为20℃时最高许用工作压力的75%。
c、对于其他压力表示的阀门,20℃时最高许用工作压力小于或等于11MPa的需做低压试验,低压试验压力为20℃时最高许用工作压力的7%及0.2MPa两者中的大值。

由以上各标准对于试验过程各阶段的试验压力要求可以看出,各标准的高压试验压力一般都规定为常温下最大许用工作压力的75%左右,但低压试验压力的要求各不相同,不过所有标准一般只针对于压力级不大于Class600(或PNl00)的阀门产品才进行低压试验。

2.3.2试验项目操作要求

ANSI/API 607—2005、ISO 10497—2004:

火烧试验:阀门阀杆处于水平位置在温度达到规定的情况下火烧30分钟,按试验阀门的不同保持管道内的压力(高压试验压力或低压试验压力),检查在火烧期间通过阀门的内泄漏和外泄漏是符合标准要求。

低压试验:对于有低压试验要求的阀门,在火烧结束阀门冷却后保持管道内压力为O.2MPa,检查通过阀门的内泄漏是否符合标准要求。

操作试验:在管道内为高压试验压力下打开阀门到全开位置,试验管道末端密封,管道内保持高压试验压力,检查通过阀门各处的外泄漏是否符合标准要求。

API 6FA—1999:

火烧试验:阀门阀杆处于水平位置火烧30分钟,管道内为高压试验压力,检查在火烧期间通过阀门的内泄漏和外泄漏是符合标准要求。

低压试验:对于有低压试验要求的阀门,在火烧结束阀门冷却后保持管道内压力为规定的低压试验压力,检查通过阀门的内泄漏及外泄漏来判断是否符合标准要求。

操作试验:在管道内为高压试验压力下打开阀门到部分开启位置,试验管道末端密封,管道内保持高压试验压力,检查通过阀门各处的外泄漏是否符合标准要求。

API 6FD一1995:

火烧试验:阀门在流向反向安装、直立状态火烧30分钟,需测量火烧期问通过阀门的内泄漏和外泄漏来判断火烧期间阀门是符合标准要求。

低压试验:对于有低压试验要求的阀门,在火烧结束阀门冷却后保持管道内压力为规定的低压试验压力,检查通过阀门的内泄漏及外泄漏来判断是否符合标准要求。

操作试验:通过调节阀门前后端的压力使阀门阀瓣动作,试验管道末端密封,管道内保持高压试验压力,检查通过阀门各处的外泄漏是否符合标准要求。

JB/T 6899一1993:

火烧试验:阀门阀杆处于水平位置火烧30分钟,管道内为高压试验压力.检查在火烧期间通过阀门的内泄漏和外泄漏是符合标准要求。

低压试验:对于有低压试验要求的阀门,在火烧结束阀门冷却后保持管道内压力为规定的低压试验压力,检查通过阀门的内泄漏及外泄漏来判断是否符合标准要求。

操作试验:在管道内为高压试验压力下打开阀门到全开启位置,试验管道末端密封,管道内保持高压试验压力,检查通过阀门各处的外泄漏是否符合标准要求。

由以上各操作要求可以看出,尽管各试验标准对耐火试验都分为火烧试验、低压试验和操作试验三个部分但各标准在各个部分的具体检验要求上存在着各自的不同,尤其各标准对于各个部分对试验压力的要求上区别较大。

2.4 评判标准

耐火试验最终判断的依据为通过阀门的内泄漏及外泄漏,各个试验标准对于各泄漏量的要求也各不相同,为方便比较下面用统一的表格形式来列出各标准对于泄漏量的具体规定:

ANSI/API 607-2005、ISO 10497-2004:

最大允许泄漏量(mL/min)
公称尺寸 内泄漏 外泄漏
DN NPS 火烧期 冷却后 火烧及冷却期 冷却后 操作后
低试验
压力
高试验
压力
低试验
压力
低试验
压力
高试验
压力
低试验
压力
高试验
压力
8 1/4 32 128 13 8 32 / 8
10 3/8 40 160 16 10 40 / 10
15 1/2 60 240 24 15 60 / 15
20 3/4 80 320 32 20 80 / 20
25 1 100 400 40 25 100 / 25
32 11/4 128 512 51 32 128 / 32
40 11/2 160 640 64 40 160 / 40
50 2 200 800 80 50 200 / 50
65 21/2 260 1040 104 65 260 / 65
80 3 320 1280 128 80 320 / 80
100 4 400 1600 160 100 400 / 100
125 5 500 2000 200 125 500 / 125
150 6 600 2400 240 150 600 / 150
200 8 800 3200 320 200 800 / 200
>200 >8 800 3200 320 200 800 / 200

API 6FA-1999、API 6FD-1995:

最大允许泄漏量
公称尺寸 内泄漏 外泄漏
火烧期 冷却后 火烧及冷却期 冷却后 操作后
低试验
压力
高试验
压力
低试验
压力
低试验
压力
高试验
压力
低试验
压力
高试验
压力
NPS
(mL/in./min)
/ 400 40 / 100 20 200
DN
(mL/mm/min)
/ 15.7 1.6 / 3.9 0.8 8
DN
(mL/mm/min)
/ 16 1.6 / 4 0.8 8

由以上各标准对于泄漏量的要求可以看出,API 6FA-1999、API 6FD-1995及JB/T 6899-1993在泄漏量的要求上基本是一致的,而ANSI/API 607—2005、ISO 10497—2004对火烧后的低试验压力的外泄漏不做要求,且在火烧期ANSI/API 607—2005、ISO 10497—2004对低试验压力及高试验压力有不同的漏量要求,此外对于操作试验的外泄漏要求上ANSI/API 607—2005、ISO 10497—2004相对其他标准也更加严格。

2.5 覆盖评定原则

耐火试验一般要求通过试验的试验阀可以覆盖评定具有相同结构的其他规格的产品,经过分析比较各标准的覆盖评定原则基本一致,但也有一些区别,如下:

以试验阀的公称尺寸为基准的评定原则:

一般原则为试验阀可以评定公称尺寸大于且不超过其两倍的其他阀门。ANSI/API 607—2005、ISO 10497—2004规定试验阀为NPS8(DN200)时,可以覆盖评定公称尺寸大于NPS8(DN200)的其他阀门;API 6FA一1999、API 6FD一1995及JB/T 6899—1993规定试验阀为NPSl6(DN400)时,可以覆盖评定公称尺寸大于NPSl6(DN400)的其他阀门。

以试验阀的压力级为基准的评定原则:

一般原则为试验阀可以评定公称尺寸大于且不超过其两倍的其他阀门。各标准规定的试验阀最大压力级一般都为Class2500(PN420)。

3.结束语

阀门的耐火试验是模拟阀门在火灾环境下的试验,它能真实有效的反映出试验阀门的耐火性能,而分析及比较各种阀门耐火试验标准对于了解阀门的耐火试验要求,研究阀门的耐火性能具有重要意义。合肥通用机电产品检测院阀门耐火试验装置符合现行各种耐火试验标准的要求,已与国内外多家权威检验认证机构合作对阀门的耐火性能进行考核认证。

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