阀门火烧试验工装的设计改进

彭林，王剑，黄健，程红晖，章茂森

（合肥通用机械研究院，安徽 合肥 230031）

1 概述

随着国内石油化工行业对阀门性能要求的不断提高，阀门除满足基本的强度和密封性能外，还需具备一些特殊的结构和功能，比如防火结构。对使用在长输管线的球阀、闸阀、止回阀等，国内外的一系列标准均规定阀门应具备防火结构，而为了考核阀门该方面的性能，需进行火烧试验，最常用的试验标准是API607、API6FA、JB/T6899等。

2 问题提出

根据标准要求，阀门火烧试验装置如图1所示，要将充满水且升压的阀门（序号10）处于关闭位置，将其置于750～1000℃的火焰中放置30分钟，完全包围在火区中，测量阀门的内漏和外漏量。

图1 火烧试验系统流程图

标准要求：（1）在燃烧期内火区热电偶平均温度保持在750～1000℃；测温块保持在650℃以上。

（2）燃烧和冷却过程中，系统压力稳定在阀门20℃时最大允许工作压力的75%。例如公称压力PN100碳钢阀门（材质WCB）火烧试验期间系统压力应稳定在7．65MPa。由此可以看出，影响阀门火烧试验成功与否的关键在于两点：①火焰温度的控制和测量；②被试阀火焰包裹部位的密封性能。

目前，国内火烧试验系统基本都采用钢制管路，根据被试阀类型配置不同的试验工装，被试阀与试验工装通过螺栓或螺柱连接。测温块最常用的是铂热电偶，铂丝外套不锈钢管。测温块为边长25．4mm的正方体钢块。在试验过程中，火区热电偶温度1分钟内即可达到750℃，测温块温度一般5分钟内可达到650℃。热电偶的精度足以保证对火焰及阀体部位温度的测量，但是随着试验的进行，热电偶测温杆会出现变形导致测温点位置偏移（如图2），会影响试验的准确性。

图2 热电偶位置偏移

图3 对夹式阀门

另外一种情况甚至更为突出，即对夹式阀门进行火烧试验（如图3）。由于阀门结构的特殊性，没有端法兰，是靠长螺栓将被试阀上下游管路法兰锁紧，法兰与被试阀端面间放置垫片以保证密封。被试阀做常温试验基本正常，但在进行火烧试验过程中，由于长螺栓较长时间直接包裹在火焰中（如图4）出现屈服，导致阀门两端密封垫比压不足，管内介质外漏，系统无法维持试验所需的压力，泄漏介质也无法进行收集和测量，导致试验失败。图中所示为DN100 PN16对夹式止回阀进行试验的照片，该规格阀门曾两次试验均在进行到25～30分钟时，阀门端部法兰出现明显泄漏导致试验失败。

火烧试验本身属于破坏性试验，样品不能重复检测，只能更换样品，试验成本很高。即便使用耐高温的合金钢、不锈钢螺栓，也会出现上述情况。如何解决这一问题成为当务之急。

图5 耐火泥试验后易清除

3 解决方案

既然换材料的方法不可行，就考虑在目前的螺栓外使用隔热材料的方式。这些螺栓不属于被试阀的部件，对其进行隔热保护并不会影响阀门的耐火特性，所以不违反标准和规范的要求。

常用的隔热材料包括耐火泥和石棉。相较而言，耐火泥可塑性好，施工方便，粘结强度大，耐火度高，剥落性好，且符合环保要求。以常用的CA-80型耐火泥为例，其制作步骤如下。

（1）混料：耐火泥与水按1:1比例混合均匀，也可适当添加粘合剂。

（2）涂覆：将连接螺栓和测温杆外缠一层锡箔纸后均匀涂抹耐火泥，厚度约10mm，外包一层锡箔纸。

（3）烘培：将上述部件置于火焰中烘培10～20分钟。

制作完成后，可投入使用。实际使用的效果良好，试验过程法兰处未出现泄漏，测温块也未弯曲移位。从而保证了整个试验的顺利进行。

4 结语

实践证明，采用将对夹阀门长螺栓和测温杆外敷耐火材料的方法可行，且成本低，易操作，从工艺角度保证了火烧试验的顺利进行。

[1]JB/T 6899-1993,阀门的耐火试验[S]．