Как проверить герметичность крана

На последнем этапе сборки клапанов, задвижек, вентилей и заслонок в обязательном порядке производится испытание запорной арматуры на герметичность и прочность. Производителю это необходимо для сертификации товара и обеспечения гарантийных обязательств.

Пользователю испытание запорной арматуры позволяет определить экономическую эффективность применения ее отдельных модификаций в собственных трубопроводах. Методы контроля описаны в ГОСТ53402 от 2009 года.

ПРИЧИНЫ

Неспособность прочитать и понять причины, лежащие в основе методов испытаний, приводит ко второй наиболее распространенной ошибке, заключающейся в убеждении, что заводские испытания проводятся для подтверждения того, что клапан будет работать при номинальном давлении. Стандарты API и ISO тщательно определяют риск такого мышления. Каждый из них содержит важное примечание, предупреждающее о том, что испытания клапанов с мягким седлом под высоким давлением могут ухудшить работу при низком давлении. Настоящая цель заводского испытания на внутреннюю герметичность — проверить качество конечного продукта, а не прочности конструкции. Испытание на внутреннюю герметичность должно соответствовать типу клапана, и это должно быть самым сложным и комплексным испытанием клапана. Клапаны с эластичным седлом могут иметь уплотнения, работающие под давлением, в этом случае более высокое давление может увеличить силы уплотнения, потенциально маскируя любые дефекты размеров или поверхности. Для таких типов клапанов сложнее пройти испытание низким давлением, и это лучший показатель качества сборки.

Панель управления на этом изображении используется для управления испытательным стендом.

Для запорной арматуры, работающей в двухпозиционном режиме, подходят стандарты ASME, API и ISO. Они также могут быть применимы для регулирующих клапанов, которые должны обеспечивать изоляцию в процессе эксплуатации. Например, дисковые затворы поворотные часто используются как для регулирования, так и для изоляции. Если стандартное заводское испытание основано на API или ISO, нет необходимости проводить дополнительное испытание согласно ANSI FCI 70-2, поскольку качество сборки клапана уже было проверено.

Как правило, клапаны проходят заводские испытания давлением для проверки на возможность утечки перед отправкой. Тип и метод тестирования соответствуют одному или нескольким из множества различных стандартов. Цель этих тестов и ожидаемые результаты часто неправильно понимаются и используются конечным получателем, что приводит к ненужным задержкам и непредвиденным расходам.

Затвор с металлическим седлом на испытательном стенде

Существует множество стандартов, определяющих требования к испытаниям на герметичность кранов и клапанов. Часто разница между ними неясна, что приводит к путанице в том, какой из них использовать и почему. Для начала нужно понять, что существует два типа утечек, подвергаемых испытаниям:

Методы испытаний на внешние и внутренние утечки определены в многочисленных стандартах. Их слишком много, чтобы охватить в одной статье, однако, ниже мы приведем краткое пояснение некоторых наиболее распространенных стандартов:

В нормальных условиях промышленные клапаны во время эксплуатации не подвергаются испытанию на прочность, но после техобслуживания коррозионно поврежденный корпус и крышка клапана могут быть подвергнуты испытанию на прочность. В случае предохранительных клапанов постоянное давление, обратное давление и другие проверки должны соответствовать стандартам и связанным с ними правилам.  Испытание клапана на прочность и испытание на герметичность должны проводиться на гидравлическом испытательном стенде до того, как клапан будет установлен обратно. Двадцать процентов клапанов низкого давления должны быть испытаны случайным образом. Если они не квалифицированы, все клапаны должны быть испытаны; клапаны среднего и высокого давления должны быть проверены на 100%. Вода, масло, воздух, пар, азот и т.д. широко используются в качестве среды для испытаний клапанов под давлением.

Методы испытаний под давлением для различных промышленных клапанов, включая пневматические клапаны, представлены ниже:

1. Метод испытания давлением для шарового и дроссельного клапанов.

Клапан нормально помещен в стойку испытания давлением во время испытания на прочность запорного клапана и дроссельного клапана, диск клапана открыт, среда впрыснута к заявленной величине, и тело клапана и крышка клапана испытаны на потливость и утечку. Испытание на прочность также может быть проведено на одной детали. Для испытания на герметичность используются только запорные клапаны. Во время испытания шток запорного клапана находится в вертикальном положении, заслонка клапана открывается, и среда прибавляется к указанному значению с нижнего конца заслонки клапана. Проверьте сальник и прокладку; после прохождения проверки закройте заслонку клапана и откройте ее другой конец, чтобы проверить герметичность.

Испытание на прочность должно быть проведено сначала, если необходимо провести оба испытания клапана на прочность и герметичность, затем давление опускается до требуемого значения испытания на герметичность и проверяется упаковка и прокладки; затем заслонка клапана закрывается и выходной конец открывается, чтобы проверить герметичность уплотнительной поверхности.

2. Метод испытания задвижки на герметичность.

Испытание на прочность задвижки такое же, как и у шарового клапана. Существует два метода испытания задвижки на герметичность.

Чтобы увеличить давление внутри задвижки до заявленной величины, откройте задвижку; затем задвижку закройте и быстро снимите задвижку, чтобы осмотреть уплотнения на утечку с обеих сторон задвижки или впрысните испытательную среду до заявленной величины непосредственно в плунжер на крышке задвижки. Вышеуказанный метод называется тестом на промежуточное давление. Этот метод не подходит для испытания на герметичность задвижки с номинальным диаметром ниже DN32 мм.
Чтобы поднять испытательное давление клапана до заданного значения, необходимо открыть затвор, затем закрыть затвор и с одного конца открыть заглушку, чтобы проверить, не протекает ли уплотнительная поверхность. Задвиньте головку, повторите вышеописанный осмотр до тех пор, пока она не будет квалифицирована. Перед испытанием на герметичность затвора необходимо провести испытание на герметичность пневматического сальника затвора и уплотнения прокладки.

3. Метод испытания под давлением шарового крана.

Испытание пневматического шарового крана на прочность должно проводиться при полуоткрытом корпусе шарового крана.

Тест на герметичность плавающего шарового крана: поместите клапан в полуоткрытое состояние, вставьте испытательную среду на одном конце и закройте другой конец; поверните шар много раз, откройте закрытый конец, когда клапан закрыт, и в то же время проверьте эффективность уплотнения на упаковке и прокладке. Не должно быть никакой утечки. Затем введите испытательную среду с другого конца и повторите тест, упомянутый выше.
Испытание на герметичность неподвижного шарового крана: повернуть шар несколько раз до испытания без нагрузки, при закрытом неподвижном шаровом кране испытательная среда наносится с одного конца до указанного значения; проверить эффективность герметизации входного конца манометром, при этом точность манометра составляет 0,5 -1, диапазон измерений в 1,6 раза превышает испытательное давление. В течение указанного периода не происходит никакой декомпрессии, а затем вводится испытательная среда с другого конца и проводится повторное испытание, упомянутое выше. Затем переведите клапан в полуоткрытое состояние, закройте его с обоих концов, и внутренняя полость заполнится рабочей средой. Проверьте упаковку и прокладку под испытательным давлением, при этом утечки не должно быть.
Трехходовой шаровой кран должен быть проверен в каждом положении на герметичность.

4. Способ проверки давления плунжерного клапана.

Среда вставляется с одного конца во время испытания плунжерного клапана на прочность, другие проходы закрываются, и плунжер поворачивается в полностью открытое рабочее положение для проведения испытания. Если нет утечки, то клапан квалифицируется.
Во время испытания на герметичность прямоходовой кран должен поддерживать давление в полости, аналогичное давлению в проходе, повернуть плунжер в закрытое положение, осмотреть с другого конца, а затем повернуть плунжер на 180°, чтобы повторить вышеописанное испытание; трехходовой или четырехходовой плунжерный клапан. Давление в полости и на одном конце прохода должно поддерживаться одновременно, плунжер следует повернуть в закрытое положение, одновременно следует проверить давление с прямоугольного конца, а также с другого конца. Остановите испытательный стенд, прежде чем позволить герметизировать уплотнительные поверхности, покрытые некислотным разбавленным смазочным материалом, в течение заранее установленного времени без утечек, при этом допускается расширение капель воды. Время испытания плунжерного клапана может быть короче, обычно 1~3мин в зависимости от номинального диаметра.
Клапан газового плунжера проверяется на герметичность при давлении, в 1,25 раза превышающем рабочее давление.

5. Метод испытания на герметичность дроссельного клапана.

Испытание на прочность пневматического дроссельного клапана такое же, как испытание шарового клапана. Испытание на герметичность дроссельной заслонки требует испытательной среды от приточного конца среды, пластина бабочки должна быть открыта, другой ее конец должен быть закрыт, и давление нагнетания должно соответствовать указанному значению; после испытания уплотнения и других уплотнений без утечки, закройте пластину бабочки, откройте другой конец и проверьте пластину бабочки. Если на уплотнении нет утечки, оно соответствует требованиям. Дроссельный клапан, используемый для регулировки расхода, не может быть проверен на герметичность.

6. Метод проверки давления мембранного клапана.

Для проверки прочности мембранного клапана среда добавляется с любого из концов, заслонка клапана должна быть открыта, а другой конец – закрыт. После того, как испытательное давление поднято до указанного значения, можно проверить, нет ли утечек в корпусе клапана и на крышке клапана. Снизьте давление до давления испытания на герметичность, закройте заслонку клапана и откройте другой конец для осмотра. Нет утечки, клапан будет квалифицирован.

7. Метод испытания на герметичность обратного клапана.

Состояние проверки обратного клапана: ось диска подъемного обратного клапана перпендикулярна горизонтальной; ось канала поворотного обратного клапана и ось диска приблизительно параллельны горизонтальной линии.

При испытании на герметичность с выходного конца наносится испытательная среда, а с входного – уплотнительная поверхность. Отсутствие утечки на сальнике и прокладке, клапан получает квалификацию.

8. Метод испытания под давлением предохранительного клапана.

Испытание на герметичность должно проводиться под давлением при номинальном давлении, число раз должно быть не менее двух, и утечка не должна быть признана допустимой в течение указанного срока.

Существует два способа обнаружения утечки: один – герметизация соединений предохранительных клапанов, а тонкая бумага на фланце выпускного клапана покрыта маслом. Если тонкая бумага разбухает, а тонкий пластик не разбухает, то утечка происходит. К нижней части выходного фланца прикрепляется пластина или другие пластинчатые уплотнения, а диск клапана герметизируется заполнением водой. Если вода не пузырится, она становится квалифицированной. Количество испытаний предохранительного клапана на постоянное давление и обратное давление должно быть не менее 3-х раз и должно быть квалифицировано только в том случае, если оно соответствует требованиям.

9. Метод испытания редукционного клапана на давление.

ВНУТРЕННЕЕ ТЕСТИРОВАНИЕ

Хотя аргументы относительно вопросов внешней герметичности или тестирования корпуса кажутся значительными, они менее сложны, чем вопрос внутренней герметичности. Что касается внутренней герметичности, необходимо понимать, что такие термины, как нулевая утечка и герметичность, часто неправильно интерпретируются, что является очень распространенной грубой ошибкой. Выражения «герметичность» и «нулевая утечка» требуют дальнейшего изучения. Таблица 2 определяет измеримые скорости утечки и объясняет их в повседневных терминах.

Большинство испытаний на внутреннюю герметичность клапана проводится с воздухом в течение относительно короткого периода времени, от нескольких секунд до нескольких минут. Этого времени достаточно, чтобы обеспечить быстрое визуальное наблюдение за значительной утечкой, не будучи чрезмерно затратным по времени и не снижая возможности завода по изготовлению и отгрузке клапанов.

Хоть поднимающиеся пузырьки в воде можно наблюдать уже и со скоростью утечки 1 x 10-4 см3 в секунду, заводские испытания непродолжительны, поэтому чувствительность типичных заводских испытаний на герметичность составляет около 1 x 10-3 см3 в секунду. Это примерно эквивалентно четырем кубам (четыре игровых кубика или шарика) утечки в час. Как правило, подобная утечка незначительна, потому что газу потребуются годы, чтобы просто заполнить объем трубы после клапана.

Увеличение продолжительности с нескольких минут до часа приводит к тому, что чувствительность теста достигает диапазона 1 x 10-4 см3 в секунду. Это эквивалентно одному игровому кубику или шарику по объему утечки за три часа.

Часто неопытный техник наносит мыльный раствор на закрывающий элемент и ждет час или более, прежде чем наблюдать образование пены. Этот метод тестирования обеспечивает уровень чувствительности 1 x 10-5, что эквивалентно одному игровому кубику или шарику утечки за один день. Принимая во внимание некоторые из опасных газов, которые может содержать клапан, разумно надеяться, что соединения корпуса и другие статические уплотнения в клапане будут герметичными при испытании с использованием этого метода. Однако, не следует ожидать, что запорные элементы, которые являются динамическими уплотнениями, будут обеспечивать такой уровень герметичности.

Существует множество различных типов клапанов и типов конструкции затвора с различными материалами. Отсюда существует и множество стандартов тестирования, учитывающих уникальное поведение каждого из них.

НА ПРОИЗВОДСТВЕ

Третья распространенная ошибка состоит в заблуждении, что заводские производственные испытания показывают, как клапан будет работать в эксплуатации. Часто конечные пользователи указывают, что клапан должен быть испытан при расчетном давлении и температуре технологического процесса. Хоть это и не проблема лаборатории, оборудованной для проведения подобных испытаний, это непрактично делать в типичной заводской среде. Такие испытания являются подтверждением конструкции клапана, а не качества сборки.

Жизнь была бы проще, если бы все клапаны были ограничены отсутствием утечек на время испытания. Но это технически невозможно. Для испытания клапана давлением целесообразно использовать стандартную практику, применяемую производителем. Производитель не хочет отправлять дефектный продукт и, естественно, мотивирован использовать самые требовательные методы испытаний с наименьшим риском повреждения клапана.

Испытание крана шарового. Обратите внимание на конструкцию в верхней части клапана, которая используется для измерения скорости утечки во время внутреннего испытания. Секундомер используется для измерения времени теста.

ИСПЫТАНИЕ КОРПУСА КЛАПАНА НА ПРОЧНОСТЬ

Обычно первой остановкой в ​​производственном процессе уже собранного клапана является внешний тест, известный как испытание корпуса гидростатическим давлением. Этот тест подтверждает надежность и прочность корпуса клапана. Он также предварительно опрессовывает корпус клапана, что помогает избежать быстрого износа от циклического давления. В целях безопасности это испытание обычно проводится с водой, давление которой в полтора раза превышает номинальное давление корпуса клапана. Подобное испытание также обычно проводится на полностью собранном клапане в частично открытом положении.

Для испытаний корпуса стандарт API-598 ссылается на ASME B16.34, в котором представлены значения номинального давления корпуса, в зависимости от материала. Например, клапан класса 150 из углеродистой стали (например, WCB) испытывается при давлении 31 бар. Тот же клапан из нержавеющей стали (например, CF8M) испытывается при давлении 29 бар. Стандарты EN (Европейский комитет по стандартизации) и DIN (Немецкий институт стандартизации) учитывают только номинальное давление корпуса. Так, вне зависимости от материала корпуса, клапан PN10 испытывается при давлении в 15 бар, а PN40 — при 60 бар. Клиенты, ведущие международный бизнес и привыкшие работать со стандартами EN и DIN, нередко заявляют, что было применено неправильное испытательное давление при испытании корпуса клапана в соответствии с API или ASME.

Большой кран шаровый на испытательном стенде. Динамометрический ключ на конце штока измеряет крутящий момент, необходимый для поворота клапана.

Кроме того, даже такой простой тест, как испытание корпуса на прочность, имеет следующие проблемы:

Таблица 1. Избыточное давление ударной волны

Испытательное оборудование

Для нагнетания газов и жидкостей во внутренние полости клапанов, задвижек и заслонок, снятия показаний характеристик рабочей среды и состояния запорной арматуры во время исследований применяются специальные испытательные установки. В таких установках оснастка, измерительные средства, оборудование и средства автоматизации собраны в технологический комплекс, чтобы сделать проверку безопасной и максимально эффективной.

Собирают испытательную установку для клапанов и прочей арматуры из следующих элементов:

Конструкция клапана отличается от заслонки и прочих типов запорной арматуры. Для отдельных модификаций могут использоваться не одинаковые методики исследований. Поэтому проверку выполняют на стендах следующих видов:

Результаты исследований по арматуре заносятся в журнал вместе с возможными неисправностями и отказами. В паспорт изделия заносятся только положительнее результаты, выявленные при проверке оговоренного количества арматуры из серии.

Разновидности испытаний трубопроводной арматуры

Для оценки экономической эффективности применения арматуры, безопасности, надежности и качества используется несколько испытаний на:

С одной стороны, результаты испытаний необходимы пользователю, чтобы определиться с межремонтным периодом оборудования и сроками ТО. С другой стороны, результаты испытаний позволяют производителю улучшать качество продукции, снижать себестоимость, повышать технологичность и производительность процессов.

Для вновь разработанных образцов арматуры применяют два типа испытаний – предварительные и приемочные. Для серийно выпускающейся арматуры используют несколько типов испытаний – приемо-сдаточные, типовые, квалификационные, сертификационные, периодические, эксплуатационные.

В компании ООО «Стройнефтегаз» Вы гарантировано приобретаете запорную арматуру прошедшую все испытания.

Условия для проведения изысканий

Созданием программ для испытаний арматуры занимается либо разработчик, либо производитель. Комиссия назначается согласно ГОСТ 15.201 и 15.309. Приемо-сдаточные испытание запорной арматуры всегда осуществляют подразделения ОТК производителя. В комплект технической документации входят:

Климатические условия для исследования образцов арматуры должны соответствовать:

Некоторые специальные исследования, например, на плотность и прочность, осуществляются до нанесения декоративного лакокрасочного слоя. Большинство испытаний может совмещаться, например, на работоспособность и герметичность.

Нормы безопасности

От персонала, выполняющего испытание запорной арматуры, требуется наличие квалификации и прохождение специальных курсов по ТБ, знание техпроцессов и конструкции стендов, устройства запорного клапана, отсечной задвижки. Испытывают арматуру минимум вдвоем, системы пожаротушения и нормы ПБ актуальны при наличии горючих, огнеопасных, воспламеняющихся и взрывоопасных сред.

Если арматуру испытывают инертными газами, следует озаботиться о наличии кислородных масок для персонала. Крупногабаритную арматуру протягивают со специальных площадок. Сотрудники обязаны находиться на безопасном удалении от трубопроводов под давлением.

В специальных бронекабинах арматуру испытывают воздухом по требованиям ГОСТ 12.1.010. Заполняя арматуру жидкими средами, необходимо убедиться, что внутренние полости освобождены от воздуха. Осматривать арматуру можно исключительно при рабочем давлении.

В процессе испытаний запорно-регулировочной арматуры категорически запрещено:

Предельные состояния, сторонние шумы, не предусмотренное изменение давления внутри запорной арматуры является поводом для немедленного прекращения испытания.

Характеристики испытательных сред

В 90% случаев пробными веществами во время испытаний запорной арматуры становятся газы гелий, воздух и жидкость вода. Разрешено применять для испытаний керосин, фреон, природный газ и азот.

Для испытаний применяют жидкость, если арматуру планируется монтировать в трубопровод с безопасными рабочими средами. Если арматуру будут эксплуатировать с опасными газами, при испытании на герметичность затвора и сальника применяется газ, а для испытаний на плотность/прочность жидкая или газообразная испытательная среда.

Качество пробных веществ для испытаний регламентируется ГОСТ Р 53402. Например, воздух должен соответствовать 4, 6 и 8 классу по содержанию масла, воды и твердых частиц, соответственно. Если испытание производится особыми средами, требования к их химическому составу указаны в КД арматуры.

Контроль визуальный и измерительный

Первое испытание арматуры – это зрительный контроль следующих параметров:

После визуальной испытательной проверки проводятся остальные исследования.

Испытания гидравлические/пневматические

На специальных стендах путем заполнения внутренних полостей арматуры жидкими и газообразными средами производится испытание гидравлического или пневматического типа. Рабочую среду закачивают под необходимым давлением, выдерживают в течение обозначенного времени для контроля герметичности отдельных узлов и деталей.

Жидкостные испытания арматура проходит манометрического или гидростатического вида. Газовые испытания подразделяются на масс-спектральный, пузырьковый и манометрический метод. При этом используется гелий или атмосферный воздух, сжатый компрессором. Конкретная технология испытания, которой подвергается клапан или прочая арматура, определяется ТУ или КД.

Испытание прочности

Неоднородность материала корпуса, пористость, раковины, трещины и прочие дефекты литья позволяет выявить испытание арматуры на прочность по следующей методике:

Оценка испытаний визуальная, дефектные участки заметно по протечками запотеваниям корпуса, но занимается этим квалифицированный специалист.

Без испытаний прочности арматура не допускается к остальным типам исследований, поэтому это вторая операция после визуального контроля.

Контроль герметичности

Заведомо прочные изделия проходят следующее испытание арматуры на герметичность. При этом проверяются следующие узлы:

Основными нюансами испытаний арматуры на герметичность являются:

В этом случае соблюдаются нормы безопасности и требования технологического процесса.

Затвор

Осуществляется испытание арматуры на герметичность затвора при закрытом запорном органе, который имеет отличия конструкции у разных модификаций арматуры. Давление и длительность его воздействия для разных типов арматуры указаны в таблицах ГОСТ 9544. У некоторой арматуры направление потока одностороннее, что в обязательном порядке указывается стрелкой на корпусе. Поэтому при установке арматуры на испытательном  стенде необходимо соблюдать это условие.

При конструировании арматуры в проект закладывается и экономическая целесообразность. Поэтому изготовление абсолютно герметичных клапанов и задвижек обходится дорого, окупается очень долго. В ГОСТ 9544 имеется классификация арматуры по трем класса герметичности:

Для D класса имеются отдельные нормативы для вентилей и всей прочей арматуры.

Утплотнения

Запорный механизм арматуры приводится в действие штоком (шпинделем), герметичность которого обеспечивается двумя способами:

Поэтому для обычных сред используются сальники II класса, а для радиационных, пожаро- и взрывоопасных, токсичных сред сальники I класса. Шпиндель может выдвигаться из корпуса и оснащаться верхним уплотнением. В этом варианте испытание арматуры выполняется керосином, а для определения протечек используется меловый раствор. Для этого внутри сальниковой камеры создается избыточное давление в отсутствии набивки и верхнем положении шпинделя.

Испытания арматуры с разрывными мембранами выполняют без установки резинотехнических изделий, которые гарантированно разрушатся при избыточном давлении. Опрессовывают патрубки и седла, корпусные детали средами, указанными в ТУ или КД.

Механические испытания

В процессе эксплуатации запорной арматуры она не подвергается значительным механическим повреждениям. Потому проверка на вибростойкость и ударопрочность считается второстепенными исследованиями. С другой стороны, штурвалы арматуры с ручным приводом часто откручивают ключами и ломами, при монтаже возможны случайные удары и падения оборудования. Результаты испытаний в документации указывают крайне редко, поскольку для клапанов и прочей запорной арматуры они вторичны.

Вибростойкость

В трубопроводах часть динамических нагрузок может передаваться на элементы запорной арматуры от компрессоров, насосов и прочего технологического оборудования. Поэтому обычно производится проверка заслонок и клапанов на противостояние негативным воздействиям вибрации и сохранение работоспособности в полном объеме.

Вибропрочность арматуры в процессе испытания определяется несколькими методиками, в каждой из которых включаются не одинаковые вибрации:

От многократно повторяющихся динамических нагрузок запорная арматура может прийти в негодность. Например, у клапана ослабляются резьбовые соединения, разгерметизируются стыки.

Ударостойкость

Для определения сохранения возможности выполнения запорной арматурой, например, клапанов, своих функций после ударных нагрузок проверку производят по трем методикам:

Длительность ударной нагрузки зависит от резонансной частоты конструкционного материала изделия.

Определение ресурса

Проведение ресурсных испытаний осуществляется после опрессовки рабочим давлением и прочих типов исследований, так как в результате них оборудование и его отдельные узлы/детали приходят в негодность. Основными нюансами ресурсных испытаний запорных клапанов, задвижек, заслонок и кранов являются:

Сальники, прокладки и прочие типы уплотнений изначально обладают высокой ремонтопригодностью. Поэтому слабым местом запорной арматуры обычно является герметичность затвора. Именно ее ресурс выявляется в процессе испытания.