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低溫閥門深冷試驗(yàn)用氦氣的回收與利用
點(diǎn)擊次數(shù)：564更新時間：2018-12-03
對閥門進(jìn)行低溫性能試驗(yàn)時，氣瓶中的氦氣經(jīng)過高壓管路進(jìn)入待測閥門腔體。試驗(yàn)結(jié)束后，閥腔中的低溫氦氣經(jīng)過原來的壓力管路回收進(jìn)入氣瓶，完成氦氣的使用和回收過程。閥門低溫試驗(yàn)要求對待測閥在冷媒中冷卻一定的時間，足以將大部分雜質(zhì)氣體冷凝或固化，使氦氣的純度得到提高。因此，低溫試驗(yàn)后氦氣純度并不會明顯降低，滿足回收和再次利用的條件。
1、概述
低溫閥門的使用溫度低于-29℃，廣泛應(yīng)用于空分、LNG與乙烯石化等領(lǐng)域。低溫閥門的檢驗(yàn)和試驗(yàn)需要在低溫環(huán)境下進(jìn)行。根據(jù)試驗(yàn)溫度的要求，冷卻閥門的低溫冷媒可以是干冰、液氮或者與酒精混合以達(dá)到合適的溫度。當(dāng)試驗(yàn)溫度高于-110℃時，可以用氮?dú)庾髟囼?yàn)介質(zhì)，不僅純凈無污染，而且經(jīng)濟(jì)性較高。當(dāng)試驗(yàn)溫度低于-110℃時，可選擇氦氣作試驗(yàn)介質(zhì)。
由于氦氣的價格昂貴，導(dǎo)致試驗(yàn)成本較高。以每瓶高純氦氣1 000元價格計算，氦氣的價格高達(dá)200元/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。以LNG氣化站常用的12 in. - Class 900球閥為例，每次低溫試驗(yàn)至少需要消耗氦氣60 m3。通過合理的設(shè)計，將試驗(yàn)結(jié)束后閥腔中的氦氣進(jìn)行回收，可節(jié)約大量費(fèi)用降低試驗(yàn)成本，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場競爭力。
2、低溫試驗(yàn)
低溫閥門深冷試驗(yàn)作為低溫閥門性能試驗(yàn)的重要組成部分，是檢測其性能不可缺少的環(huán)節(jié)。關(guān)于低溫閥門深冷試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T 24925、BS6364,MESC SPE 77/200,MSS SP-134等，其中BS6364被廣泛接受，M ESC SPE 77/200作為殼牌公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可操作性更強(qiáng)。
低溫閥門性能試驗(yàn)包括低溫動作試驗(yàn)、密封性能試驗(yàn)、微泄漏試驗(yàn)和中腔泄壓試驗(yàn)等。
(1)低溫動作試驗(yàn)開關(guān)閥門多次并記錄力矩。
(2)密封性能試驗(yàn)測試閥瓣的密封性能。
(3)微泄漏試驗(yàn)測試填料和法蘭連接處的密封性能。
(4)中腔泄壓試驗(yàn)測試球閥中腔壓力升高時向上游泄壓的能力。
閥門試驗(yàn)中，其低溫動作試驗(yàn)和微泄漏試驗(yàn)所需氦氣體積至少相當(dāng)于試驗(yàn)溫度和壓力下閥門開啟時閥腔容積與加長閥桿空腔的容積之和。
3、氦氣回收
對閥門進(jìn)行低溫性能試驗(yàn)時，氣瓶中的氦氣經(jīng)過高壓管路進(jìn)入待測閥門腔體。試驗(yàn)結(jié)束后，閥腔中的低溫氦氣經(jīng)過原來的壓力管路回收進(jìn)入氣瓶，完成氦氣的使用和回收過程。
3.1 低溫試驗(yàn)對氦氣純度的要求
標(biāo)準(zhǔn)MESC SPE 77/200對低溫試驗(yàn)時采用的試驗(yàn)介質(zhì)要求如表1所示，低溫試驗(yàn)中使用的氦氣純度應(yīng)不低于97%，采用工業(yè)氦(純度)99%)完全可以滿足要求。
3.2 低溫試驗(yàn)對氦氣純度的影響
低溫試驗(yàn)過程中，氦氣純度將產(chǎn)生一定的變化。
(1)室溫下高壓管路中的O2、N2、CO2、Ar和水蒸汽等與氦氣混合，降低其純度。
(2)增壓泵及其控制閥中的潤滑油蒸汽與氦氣混合，降低其純度。
(3)無法被過濾器過濾的微小固體顆粒進(jìn)入氦氣中，降低其純度。
同時，進(jìn)入待測閥閥腔的氦氣，由于低溫的作用，O2、N2、CO2、Ar、水蒸汽和潤滑油蒸汽等雜質(zhì)將被冷凝或固化，與氦氣分離，從而起到純化氦氣的作用。對于微小固體雜質(zhì)，必要時可采用活性炭吸附的方式去除，提高氦氣純度。
閥門低溫試驗(yàn)要求對待測閥在冷媒中冷卻一定的時間，足以將大部分雜質(zhì)氣體冷凝或固化，使氦氣的純度得到提高。因此，低溫試驗(yàn)后氦氣純度并不會明顯降低，滿足回收和再次利用的條件。
3.3 氦氣回收加熱系統(tǒng)
低溫試驗(yàn)結(jié)束后，低溫氦氣經(jīng)過回收加熱系統(tǒng)(圖2)，由壓差或者增壓泵的作用進(jìn)入氦氣瓶，完成氦氣的回收過程。未經(jīng)加熱回溫的低溫氦氣進(jìn)入高壓管路系統(tǒng)，將對橡膠管路、增壓泵以及高壓氣瓶等設(shè)備造成損壞，存在嚴(yán)重的安全風(fēng)險。因此，低溫氦氣在回收之前必須加熱至高壓管路和設(shè)備可承受的溫度范圍?？刹捎每諝庾匀粚α鲹Q熱與電加熱結(jié)合的方式，通過智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對加熱溫度的自動化控制。
3.4 氦氣回收率
氦氣的回收率與多種因素有關(guān)。
(1)待測閥或高壓管路密封不良，氦氣向大氣泄漏。
(2)增壓泵增壓比偏大，*小吸氣壓力偏高，過多殘余氦氣被泄放。
采用氦質(zhì)譜檢漏儀對待測閥進(jìn)行微泄漏檢測，排除閥門法蘭、填料和管路接頭處的漏點(diǎn)，選用合適增壓比和吸氣壓力的增壓泵，將有效提高氦氣回收率，降低試驗(yàn)成本。
4、結(jié)語
低溫閥門深冷試驗(yàn)中使用的氦氣價格昂貴，對氦氣進(jìn)行回收再利用，將節(jié)約大量費(fèi)用。回收之前，必須將低溫氦氣加熱，可防控潛在的安全風(fēng)險。試驗(yàn)前應(yīng)排除壓力管路系統(tǒng)中的漏點(diǎn)，選用合適的增壓泵將提高氦氣回收率。我國工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室用氦氣普遍依賴進(jìn)口，因此對氦氣進(jìn)行回收再利用具有極大的經(jīng)濟(jì)價值。
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