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摘 要：阀座泄漏量是在规定试验条件下，流过关闭状态阀门的流体流量。工业过程低温控制阀阀座泄漏量是一项重要的出厂检验、型式试验项目。低温控制阀阀座泄漏量测试分为常温和低温两种情形。常温状态下泄漏量的相关标准明确规定了泄漏等级、试验介质、试验程序和最大泄漏量。低温状态下泄漏量的标准目前主要是BS6364和GB/T24925，暂时还没有整合常温和低温的综合性低温控制阀标准。
关键字：低温控制阀 控制阀标准 阀座泄漏量 泄漏等级
控制阀是工业过程控制中的主要执行单元，由阀门和执行机构组成，执行机构按照控制信号改变阀内截流件的位置，从而改变流体流量。低温控制阀是指在低温工况下使用的控制阀，其阀座泄漏量出厂检验是保证调节精度的关键环节。
低温控制阀阀座泄漏量测试分为常温和低温两种情形。常温状态下泄漏量的相关国际标准、国家标准和行业标准明确规定了泄漏等级、试验介质、试验程序和最大泄漏量。低温状态下泄漏量的标准目前主要是BS6364和GB/T24925，暂时还没有整合常温和低温的综合性低温控制阀标准。本文介绍了低温控制阀阀座泄漏量出厂检验标准中关于检验和例行试验、允许阀座最大泄漏量、等级划分和计算方法等内容。
1 相关标准
1.1 常温状态下阀座泄漏量检测标准
（1）GB/T4213—2008《气动调节阀》
该标准于2008年7月28日发布，2009年2月1日实施。该标准主要引用了GB/T17213.4—200工业过程控制阀第4部分检验和例行试验》7.3条。与老标准相比，新标准在计算额定容量时引入了FL-无附接管件控制阀的液体压力恢复系数、FF-液体的临界压力比系数（规定温度范围内水的FF=0.96）、PV-入口温度下液体蒸汽的绝对压力（规定温度范围内水的PV=2.34kPa）等参数。与IEC60534-4—20063.0版本和GB/T17213.4—2015标准相比，新标准在泄漏等级方面少了V级气体检测。
（2）JB/T7387—2014《工业过程控制系统用电动控制阀》
该标准于2014年5月6日发布，2014年10月1日实施。第5.6章节主要引用了GB/T4213—200气动调节阀》标准。
（3）JB/T11049—2010《自力式压力调节阀》
该标准于2010年2月11日发布，2010年7月11日实施。第5.9章节主要引用了GB/T4213—2008《气动调节阀》标准。
（4）JB/T11048—2010《自力式温度调节阀》
该标准于2010年2月11日发布，2010年7月11日实施。第5.6章节主要引用了GB/T4213—2008《气动调节阀》标准。
（5）GB/T17213.4—2005《工业过程控制阀第4部分检验和例行试验》
该标准于2005年9月9日发布，2006年4月1日实施。该标准第7条“液体静压和阀座泄漏量试验”和7.3条“阀座泄漏”规定了阀座泄漏等级、试验程序、各泄漏等级下阀座最大泄漏量、定义、计算方法以及附录A的阀座泄漏量计算示例等内容，等同于IEC60534-4—1999（2.0版本）标准。与最新的IEC60534-4—2006相比，该标准在泄漏等级IV-S1和V的选择试验方法上不同。
（6）GB/T17213.4—2015《工业过程控制阀第4部分检验和例行试验》
该标准于2015年12月发布，将于2016年7月1日实施。等同于IEC60534-4—2006。与该标准2005版相比，2015版新增了泄漏等级IV-S1的液体试验和泄漏等级V的气体试验。
（7）IEC60534-4—20063.0版本《工业过程控制阀第4部分检验和例行试验》
该标准于2006年6月发布，替代1999年发布的2.0版。第5.5条“阀座泄漏试验”表3“各泄漏等级的最大阀座泄漏量”中，新增了泄漏等级IV-S1的液体试验和泄漏等级V的气体试验。
该标准发布后，很多国家及标准化组织修订了原有标准并等同采用，如：欧盟EN60534-4—2006、英国BS60534-4—2006、德国DINEN60534-4—2007、日本JISB2005-4：2008、中国GB/T17213.4—2015。
（8）ANSI/FCI70-2—2006《控制阀阀座泄漏》
该标准为了与IEC60534-4—2006标准一致进行了修订，替代已作废的ANSI/FCI70-2—2003。最初的IEC60534-4是在FCI70-2和ASMEB16.104基础上形成的，但现在是ANSI/FCI要与IEC标准保持一致，这种做法从1998年起就开始了。在国内业界影响较大的是ANSI/FCI70-2-1991—1998，已经作废，但至今仍有不少国内外制造厂、设计院及用户引用该作废标准，很容易在市场上造成混乱。
该标准在前言中提到以前曾有ASMEB16.104—1976标准（ANSI/FCI70-2—1991与其等同）。ASME早已宣布该标准作废，控制阀阀座泄漏标准应执行ANSI/FCI70-2—2006。该标准在前言中还重申，其适用于调节型控制阀和自力式控制阀，不适用于开关控制阀；若为切断隔离或紧密关闭应用时，建议执行API598《阀门检验和试验》。
（9）EN1349—2008《工业过程控制阀》
该标准是欧洲标准，欧盟各国也有等同的标准，如：德国的DINEN1349—2008、英国的BSEN1349—2008等。该标准中控制阀阀座泄漏量标准基本上与IEC60534-4—2006标准一致，只是未规定泄漏等级V的气体试验。
上述9项国际标准和国家标准，在控制阀阀座泄漏的泄漏等级、试验程序、试验介质、阀座最大泄漏量、阀额定容量定义和计算方法上基本一致，有关规定非常明确。IEC60534-4—2006标准在国际上被普遍认可，本文主要围绕此标准进行说明。
1.2 低温状态下泄漏量检测标准
（1）BS6364—1998《低温阀门》
该标准是关于低温阀门的第一个英国国家标准，但它只能与相应的阀门产品标准结合使用，它的要求和试验是对阀门产品标准中规定的要求和试验的补充。
该标准适用范围为：①DN≥15，其通径的最大值由相应的产品标准确定；②温度-50~-196℃。
（2）GB/T24925—2010《低温阀门技术条件》
该标准于2010年8月9日发布，2010年12月31日实施。它的适用范围是：公称压力PN16~PN420，公称尺寸DN15~DN600，介质温度-196℃~-29℃，法兰、对夹和焊接连接的低温闸阀、截止阀、止回阀、球阀和蝶阀。其他低温阀门亦可参照使用。
2 检验程序
2.1 常温状态下检验程序
（1）IEC60534-4—2006、GB17213.4—2005、EN1349—2008、GB17213.4—2015等标准中试验介质压力规定：
①试验程序1
试验介质的压力应在300~400kPa（3~4bar）表压之间，如果买方规定的最大工作压差低于350kPa（3.5bar），则试验压差应取规定工作压差，其偏差应在±5%以内[7]。
②试验程序2
试验压差应在买方规定的控制阀前后最大工作压差±5%以内。
（2）GB/T4213—2008、JB/T11048、JB/T11049、JB/T7387等标准中试验介质压力规定：
①试验程序1
应为0.35MPa，当阀的允许压差小于0.35MPa时用设计规定的允许压差。
②试验程序2
应为阀的最大工作压差。
（3）ANSI/FCI70-2—2006标准中试验介质压力规定为3~4bar（45~60psi）或者最大工作压差±5%的范围内，选择其较小值。
试验压力的不同取值及压力单位影响阀额定容量计算过程，这一点应在计算中加以注意。
2.2 低温状态下检验程序
低温状态下泄漏量检测应在常温试验合格后进行，泄漏量试验典型装置如图1所示。
图1 低温状态泄漏量试验典型装置布置图
（1）BS6364《低温阀门》
当阀体和阀盖的温度达到-196℃时，按下列步骤进行操作：
①将试验阀门在此试验温度下浸泡至少1h，直到各处温度稳定为止，用热电偶测试以确保阀门温度均匀。
②在试验温度下，重复在最大密封试验压力下用氮气做初始系统验证试验，确保阀门处于适于继续进行试验的适当条件下。
③开、关阀门20次，至少要在第一次和最后一次操作时间测量其开、关力。
④按阀门的正常流向做密封压力试验，对于双向都能密封的阀门，两侧密封应分别进行试验。按表1中的增量增加压力。
表1 密封压力试验压力增量
注：1bar=0.1MPa。
直到达到阀门的额定密封试验压力为止，压力测试值见表2（参见BS5146：1974表1压力测试值，表压单位bar）。
表2 压力测试值
若阀座的额定值被制造厂降低时，用降低的值作为密封试验压力，测量并记录各压力阶段的泄漏率。
（2）GB/T24925—2010《低温阀门技术条件》
在低温试验温度下，按下列步骤进行操作：
①试验温度应与低温控制阀的设计最低温度一致，浸泡阀门，直到各处温度稳定为止，用热电偶测量，保证低温控制阀各部位温度的均匀性，热电偶温度变化应在±5℃范围内。
②在试验温度和试验阀门的公称压力下，重复使用氦气或空气做初始检测试验，确保低温控制阀在适合的条件下进行试验；在高压气体试验条件下应注意气体试验的危险性。
阀座密封试验最大允许测试值及测试压力增量值如表3。
表3 阀座密封试验最大允许测试值及测试压力增量值
注：1.高压气体试验时，应从较低压力开始试验，并按测试
压力增量值逐渐增加压力，直到达到最大允许测试值。
2.低温仪表阀测试值按合同规定。
③在试验温度和试验阀门的公称压力下，开关5次做低温操作性能试验，配有驱动装置的阀门按上述要求做循环试验。
④在试验温度和试验阀门的公称压力下，按阀门的正常流向做阀门密封试验，对于双向密封的阀门应分别进行试验，测试泄漏量。
3 阀座允许最大泄漏量
3.1 常温状态下阀座泄漏等级和允许最大泄漏量
IEC60534-4—2006、GB17213.4—2005、GB17213.4—2015、EN1349—2008等标准规定的控制阀阀座泄漏等级有6级7项，如表4。
表4 各泄漏等级阀座最大允许泄漏量
注1：对于可压缩流体体积流量，是在绝对压力为101.325kPa
（1013.25mbar）和15.6℃的标准状态或绝对压力为101.325kPa
（1013.25mbar）和0℃的正常状态下的测定值。
注2：VI级的泄漏率系数如表5。
表5 VI级泄漏率系数
表中列出的每分钟气泡数是根据一台经校验的合适的测量装置提出的替代方案，这里是用一根外径6mm、壁厚1mm的管子（管端表面应平整光滑，无斜口和毛刺，管子轴线应与水平面垂直）浸入水中5~10mm深度。
如果阀座直径与表列值相差2mm以上，则可在假定泄漏率系数与阀座直径的平方成正比的情况下，通过插值法（内推法）取得泄漏率系数。
注3：入口压力为350kPa（3.5bar）。如果需要不同的试验压力，例如在试验程序2中，如果制造商和买方双方同意，那么在试验介质为空气或氮气情况下，最大允许泄漏量（单位m3/h）为：
10.8×10-6×[（p1-101）/350]×（p1/552+0.2）×D，其中p1为入口压力（单位：kPa）
或11.1×10-6×[（p1-1.01）/3.5]×（p1/5.52+0.2）×D，其中p1为入口压力（单位：bar）
这种换算假定为层流情况，且仅适用于大气入口压力以及试验温度在10~30℃之间。此换算不可用于实际工作条件下进行流量预测。
对于表4中的阀额定容量和阀额定流量系数有必要做一下解释。GB/T26815《工业自动化仪表术语执行器术语》中，阀额定容量（ratedvalvecapacity）是指在规定条件和额定行程下通过阀的流体流量，额定流量系数（ratedflowcoefficient）是指额定行程下的流量系数值。20世纪80年代前后，国内外曾将C（v英制单位额定流量系数）与Kv（公制单位额定流量系数）简称为流通能力（capacity），曾以符号C表示，导致部分人引用时产生误解，例如：将10-4×阀额定容量误解并简化成10-4×C，结果引起设计方、制造方、使用方之间的纠纷，这种误解至今未完全消除。IEC标准后来引入了ratedflowcoefficient（额定流量系数），将其与ratedvalvecapacity（阀额定容量）区分，并一直沿用至今。
3.2 低温状态下阀座泄漏等级和允许最大泄漏量
（1）BS6364《低温阀门》A.3.4条d步骤中明确规定，阀门泄漏率不应超过100mm3/s×公称通径DN。
（2）GB/T24925—2010《低温阀门技术条件》6.2.3.4条表3“低温性能测试结果”中规定，硬密封为0.1DNmL/s，软密封为无可见泄漏。
4 数据分析
某石化企业空分装置用低温调节阀，运行工况如下：介质为液氧，-185℃，阀前压力（G）为100kPa，阀后压力（G）为95kPa，流量0.75t/h，口径为DN25，泄漏等级为IV级。材料要求：阀体CF3M，内件316L，密封面堆焊硬质合金。经计算选型，阀门口径为DN25，阀座直径为25mm，阀门额定Kv值为10，公称压力为PN16。
该阀门在出厂检验时做了记录，对比同一阀门在各项等级和相关标准下的泄漏量数据，如表6所示。
表6 泄漏量数据对比
结果分析：
（1）从上述数据来看，该阀门应在常温状态下达到VI级泄漏量，才能满足低温状态下最大泄漏量的标准。很显然，这台阀门若按照设计要求只满足常温IV级泄漏量，而没有做低温状态下的泄漏量出厂检验时，是很难满足BS6364或GB/T24925标准规定的最大泄漏量要求的。因此，设计院和用户在标注低温阀泄漏量时，泄漏等级要求不高时如IV级，应写成“常温状态下IV级”；如果泄漏等级要求高时，应写明“常温VI级和低温符合BS6364标准（或GB/T24925标准）”。
（2）同样的压力测试，常温状态和低温状态测得的实际数据是相差比较大的。低温状态最大泄漏量要求对应于常温泄漏量的等级为VI级，从有些低温控制阀出厂检验情况来看，能符合常温VI泄漏量却不一定满足低温状态下BS6364标准（或GB/T24925标准）最大泄漏量要求值。因此，在工况要求比较高的应用场合，做出厂低温试验是有必要的（GB/T24925—2010中对低温泄漏量只做型式试验，不做出厂检验）。
（3）部分低温控制阀带有波纹管或金属膜片等敏感元件，这些敏感元件可能会低于低温控制阀的公称压力值，在低温状态下用公称压力值作低温控制阀测试压力的要求偏高。因此，低温状态下阀体内有波纹管或金属膜片等敏感元件不能拆除时，应按0.35MPa或波纹管的公称压力值进行测试。但实际上这个测试值当前还无相应标准的检验泄漏量最大值作依据，所以制定相应的低温控制阀标准还是相当有必要。
5 结束语
低温控制阀近几年有了很大的发展，寻求完善和执行统一的低温控制阀标准是低温控制阀制造厂、设计方和用户的共识。
通过了解与低温控制阀相关标准中各检验程序、泄漏等级要求及应用分析，使计算最大阀座泄漏量更加清晰，同时说明制定相应的低温控制阀标准相当有必要。
来源：网络转载
转载请注明：电子人社区 | 
发表于 2017-1-10 17:17:16
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