Сравнение и анализ на скоростта на изтичане на метан и хелий за изпитване на клапани с ниска степен на течливост

Въвежда се, че изпитвателните среди, посочени в съответните стандарти за тест за нисък теч на клапани са метан и хелий, а в реалния процес на изпитване съществува феноменът, че производителите на клапани използват хелий за предварителна оценка на изпитването и след това изпращат третата страна за изпитване на метан с ниска степен на изтичане. Изпитването за ниска степен на утечка е предназначено за изследване на числената връзка между хелия и метана за структура на уплътнението на набивката при едни и същи условия на околната среда и за осигуряване на референтни данни за потребителите, които трябва да сравнят параметрите.

1. Преглед

Понастоящем законите и разпоредбите, свързани с емисиите на летливи органични газове (ЛОС), са публикувани и се прилагат, и индустриални вентили трябва да отговарят на по-високи изисквания за ниски нива на утечки в различни системи и условия на употреба. Американският Петрол (API) пое водеща роля при въвеждането на изисквания за ниски нива на течове за клапани като задължителни изисквания, а основните стандарти за изпитване са API 624, API 641, API 622 и др. В практиката на местната вентилна индустрия по-често използваният стандарт е ISO 15848, като основната разлика между двата е, че стандартите от серията API използват метан като газ за изпитване, докато стандартът ISO предвижда, че може да се използва хелий или метан (при действителното изпитване най-често се използва хелий), но през 2015 г. преди преразглеждането на стандарта, тъй като изискванията за единица за измерване на скоростта на изтичане за метан нямат оперативност, действително като среда за изпитване се използва повече хелий. Като основен парников газ, метанът е по-информативен за оценка на емисиите на парникови газове, тъй като има по-малък молекулен обем от другите парникови газове.
Използването на метан за циклични изпитвания при високи и ниски температури крие рискове за безопасността. Ако хелият може да се използва за оценка на конструкцията на уплътнението за съответствие със стандартите от серията API, той може да се използва за самоконтрол по време на производството, за да се намалят времето и разходите за изпитване от трета страна. Според стандарта ISO15848 хелият или метанът се използват като изпитвателна среда за класа на уплътнението, няма реципрочност и стандартът не уточнява дали има преки данни от изпитвания, които да го доказват. В този документ ние проектирахме устройство за изпитване и измервателно оборудване, използващо хелий или метан като среда за изпитване, и събрахме множество набори от данни, за да допълним пропуските в съответните данни от изпитванията.

2. Експериментален дизайн

2.1 Изпитвателна конфигурация

Настройката за изпитване се основава на инструментариума за изпитване на ниски течове, посочен в API 622-2011, а приложимият размер на графитния уплътнителен пръстен е Φ254mm×Φ381mm. Устройството за изпитване е проектирано с отделен отвор за измерване на течове в уплътнителния пръстен, а сондата на оборудването за откриване на течове е свързана към отвора за измерване по време на измерването (фигура 1).

Фигура.1 Инструменти за изпитване

2.2 Измервателно оборудване

За измерването на метана бяха използвани два комплекта тестово оборудване: водород пламъчно-йонизационен детектор, модел TVA-2020 (Thermofisher, САЩ), с точност на измерване ±1×10-4% (v/v). Нулевата точка и точката на обхват 0,012% бяха калибрирани преди измерването. За измерванията на хелия беше използван детектор за течове на хелиев масспектрометър, модел L300i (Leybold, Германия), с минимална скорост на откриване на течове ≤5E-12 Pa-L/s, калибриран с вграден стандартен теч TL7.
Таблица.1 Последователност на събиране на данни за изтичане на единична групова опаковка

2.3 Събиране на данни

Графитната опаковка за теста беше взета от шест групи, които бяха взети от вносни продукти, продукти на съвместно предприятие (местно производство) и местни продукти. Всяка група от опаковки беше сглобена в съответствие с техническите разпоредби и изисквания, след което беше тествана в съответствие с реда в таблица 1, а количествата на изтичане на метан и хелий бяха измерени при същите условия, като измерените стойности бяха в ppmv, а всяко измерване беше повторено 10 пъти с интервал от 6~10 s. При изпитването не беше взет предвид ефектът от нагряването или охлаждането върху количествата на изтичане на двете изпитвани среди и изпитването беше проведено при стайна температура.
Таблица.2 Сравнителни данни за изтичане на метан и хелий (средни стойности)

Според наблюденията от дългосрочните изпитвания, дори ако вътрешната кухина на инструменталната екипировка е подложена на понижено налягане, неорганизираното изтичане в опаковката може да се измерва постоянно до 30 минути без значително намаляване. Следователно след смяна на изпитвателната среда трябва да се използва вакуумна помпа за засмукване на измервателния порт, за да се изсмуче остатъчната среда в опаковката преди повторното изпитване, в противен случай има по-голямо въздействие върху стойността на измерването.

2.4 Събиране на данни

Данните, получени от сравнителните измервания на изтичането на метан и хелий, бяха осреднени за 10 измервания като резултати от измерванията. Съответните данни са събрани, както е показано в (Таблица 2).
Въз основа на данните в таблица 2 данните бяха събрани, както е показано на фигура 2.

Фигура.2 Съотношение на изтичане на хелий към изтичане на метан

3. Заключение

Според анализа на резултатите от изпитването съотношението на изтичане на хелий към изтичане на метан има тенденция да бъде 4 пъти по-високо с увеличаване на обема на изтичане, което е реципрочната стойност на съотношението на молекулните маси (16 за метан и 4 за хелий), при същите условия при стайна температура, като се изключи грешката при измерване при ниска концентрация на метан. Необходимо е да се проучи дали съществува връзка между дифузността на газа и молекулното тегло на газа, като се увеличи броят на данните, събрани при различни условия на изпитване (температура, налягане, среда за сравнение и др.).