轴流式止回阀的密封试验

 1 概述 
    近年来，随着我国油气工业、能源工业和化学工业的产量不断提升，成套装置越来越大型化，输送物料管线的口径、压力等参数不断提高。在大型油气管线工程和大型成套装置中，用于输送物料的泵机组和压缩机组出口的止回阀达到36in．-class900（DN900－PN150），在这些高参数的工况中，传统的旋启式止回阀已无法适应，这些高参数的止回阀一般选用进口的轴流式止回阀。
    2 问题提出
    按照我国油气工业大型工程成套机组现场施工监理的规定，止回阀在使用前必须逐台进行壳体试验和密封试验，试验合格后才能安装。按照API6D标准规定的方法，对口径12～36in.（DN300～900），压力为class600（PN110）和class900（PN150）的轴流式止回阀进行密封试验。在对轴流式止回阀出口端加压时，出口端无法建立压力差。经分析证明，进入止回阀出口腔的介质流量小于止回阀的泄漏量，同时还表明了止回阀的泄漏量大，不能满足API6D标准的要求。为了验证国外轴流式止回阀的性能，对轴流式止回阀的结构特点进行了分析研究，用常规的压力试验方法无法对高压大口径的轴流式止回阀进行密封试验，应结合输送流体工况设计和建造一套轴流式止回阀试验台架。
    3 结构分析
    轴流式止回阀有圆盘型和环盘型结构，阀门应具有合理的流道型线，开启压力与压降小和流通能力大等特性。圆盘型结构（图1）的轴流式止回阀阀芯简单，易加工，但运动的阀芯是悬臂结构，当阀门口径较大时，由于阀芯盘的自重和体积大，阀芯运动时易卡阻，因此DN≤250的轴流式止回阀多为圆盘型结构，DN≥300的轴流式止回阀多为环盘型结构（图2）。环盘型结构克服了圆盘型的缺点，阀芯轻，灵活，但结构复杂，阀芯是环形的，密封面大，泄漏面多，不易密封。

图1 圆盘型轴流式止回阀

图2 环盘型轴流式止回阀

    4 试验方案
    大口径轴流式止回阀通常用于大型泵机组和大型压缩机组的出口，防止介质倒流，保护泵机组和压缩机组。在机组停止或切换时，介质从正向流动变为反向倒流的时间较短，流量较大，介质反向流动的动能较大，易形成初始密封和有效密封。流通能力、开启压力、压降是止回阀的关键性能指标。开启压力小和压降低，机组消耗的动力则少，轴流式止回阀为了获得较小的开启压力和压降，阀芯上复位弹簧的刚度在设计时尽可能取小值。这样会造成初始密 封力较小，泄漏量大，难以建立压差。因此用常规压力试验的方法无法对高压大口径轴流式止回阀的密封性能进行试验。
    轴流式止回阀的密封试验方案应结合实际工况和标准的试验方法，才能真正考核止回阀密封性和其他性能指标。试验方案应考虑3个方面。①模拟止回阀的运行工况，用一定压力和流量的介质快速充满止回阀的出口腔。②用隔离阀密闭止回阀的出口腔。③在止回阀的出口腔升压至1.1PN进行密封试验。
    5 试验系统
    （1）试验系统
    试验系统（图3）由水泵、安全阀、稳压罐、快开阀、隔离阀、管路和压力表等组成。用水泵往稳压罐内充水，使稳压罐上腔空气的压力升至0.8MPa。开启快开阀使轴流式止回阀出口腔内快速充满水，并保持能形成≥0.5MPa的压差。关闭隔离阀，开启增压泵，使轴流式止回阀出口腔的压力升至1.1PN，并检漏。     
    （2）试验台架设备参数
    高压大口径轴流式止回阀检测时需要专用的试验台架（图4）。
    被试止回阀 class900，36in．（PN150，DN900）
    初始密封压力 0.5MPa     
    稳压罐 V=5m3，Ps=1.0MPa     
    水泵 Q=350m3/h，H=100m
    进水管径  DN=150mm
    快开阀 PN=1.6MPa，DN=150mm
    隔离阀 class900，8in．（PN150，DN200）

图3 止回阀试验系统

图4 轴流式止回阀专用试验台架

    6 结语      
    高压大口径轴流式止回阀为实现合理的开启压力和低压降等关键的性能指标而进行的优化设计，使得按常规的压力试验方法不能考核其密封性，其密封性能的考核应在专门设计的试验系统中进行。轴流式止回阀在专用试验台架上的检测结果符合标准要求，与国外提供的产品试验数据基本一致。该阀密封性和其他性能满足使用要求，得到用户的认可。