Σύγκριση και ανάλυση των ποσοστών διαρροής μεθανίου και ηλίου για δοκιμή χαμηλής διαρροής βαλβίδων

Εισάγεται ότι τα μέσα δοκιμής που καθορίζονται στα σχετικά πρότυπα για δοκιμή χαμηλής διαρροής βαλβίδων είναι το μεθάνιο και το ήλιο, και στην πραγματική διαδικασία δοκιμής, υπάρχει το φαινόμενο ότι οι κατασκευαστές βαλβίδων χρησιμοποιούν εκ των προτέρων ήλιο για τη δοκιμαστική αξιολόγηση και στη συνέχεια στέλνουν το τρίτο μέρος για δοκιμή τύπου χαμηλής διαρροής μεθανίου. Η δοκιμή χαμηλής διαρροής σχεδιάστηκε για τη διερεύνηση της αριθμητικής σχέσης μεταξύ ηλίου και μεθανίου για μια δομή στεγανοποίησης συσκευασίας υπό τις ίδιες περιβαλλοντικές συνθήκες και για την παροχή δεδομένων αναφοράς για τους χρήστες που πρέπει να συγκρίνουν τις παραμέτρους.

1. Επισκόπηση

Επί του παρόντος, οι νόμοι και οι κανονισμοί που σχετίζονται με τις εκπομπές πτητικών οργανικών αερίων (VOC) έχουν εκδοθεί και τεθεί σε εφαρμογή, και βιομηχανικές βαλβίδες are required to meet higher requirements for low leakage performance in various systems and conditions of use. The American Petroleum Institute (API) standard has taken the lead in implementing low leakage requirements for βαλβίδες ως υποχρεωτικές απαιτήσεις, και τα κύρια πρότυπα για δοκιμές είναι τα API 624, API 641, API 622 κ.ο.κ. Στην εγχώρια πρακτική της βιομηχανίας βαλβίδων, το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο πρότυπο είναι το ISO 15848, η κύρια διαφορά μεταξύ των δύο είναι ότι τα πρότυπα της σειράς API χρησιμοποιούν το μεθάνιο ως αέριο δοκιμής, ενώ το πρότυπο ISO προβλέπει ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί ήλιο ή μεθάνιο (στην πραγματική δοκιμή το μεγαλύτερο μέρος της χρήσης του ηλίου), αλλά το 2015 πριν από την αναθεώρηση του προτύπου, επειδή οι απαιτήσεις της μονάδας μέτρησης ποσοστού διαρροής για το μεθάνιο δεν έχουν λειτουργικότητα, το πραγματικό περισσότερο Ήλιο χρησιμοποιήθηκε ως μέσο δοκιμής. Ως σημαντικότερο αέριο του θερμοκηπίου, το μεθάνιο είναι πιο κατατοπιστικό για την αξιολόγηση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, επειδή έχει μικρότερο μοριακό όγκο από άλλα αέρια του θερμοκηπίου.
Υπάρχουν κίνδυνοι για την ασφάλεια που σχετίζονται με τη χρήση μεθανίου για δοκιμές κύκλου σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες. Εάν το ήλιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση του σχεδιασμού της στεγανοποίησης ως προς τη συμμόρφωση με τα πρότυπα της σειράς API, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αυτοεπιθεώρηση κατά τη διάρκεια της κατασκευής για τη μείωση του χρόνου και του κόστους των δοκιμών από τρίτους. Σύμφωνα με το πρότυπο ISO15848, το ήλιο ή το μεθάνιο χρησιμοποιείται ως μέσο δοκιμής για την κατηγορία της στεγανοποίησης, δεν υπάρχει αμοιβαιότητα και το πρότυπο δεν διευκρινίζει αν υπάρχουν άμεσα δεδομένα δοκιμών για την απόδειξη. Στην παρούσα εργασία, σχεδιάσαμε μια συσκευή δοκιμής και έναν εξοπλισμό μέτρησης που χρησιμοποιεί ήλιο ή μεθάνιο ως μέσο δοκιμής και συλλέξαμε πολλαπλά σύνολα δεδομένων για να συμπληρώσουμε τα κενά στα σχετικά δεδομένα δοκιμής.

2. Πειραματικός σχεδιασμός

2.1 Εγκατάσταση δοκιμής

Η διάταξη δοκιμής βασίζεται στα εργαλεία δοκιμής χαμηλής διαρροής που καθορίζονται στο API 622-2011 και το μέγεθος του δακτυλίου συσκευασίας γραφίτη που εφαρμόζεται είναι Φ254mm×Φ381mm. Η διάταξη δοκιμής έχει σχεδιαστεί με ξεχωριστή θύρα μέτρησης διαρροής στον δακτύλιο συσκευασίας και ο καθετήρας του εξοπλισμού ανίχνευσης διαρροών συνδέεται στη θύρα μέτρησης κατά τη διάρκεια της μέτρησης (Σχήμα 1).

Σχήμα.1 Εργαλεία δοκιμής

2.2 Εξοπλισμός μέτρησης

Για τη μέτρηση του μεθανίου χρησιμοποιήθηκαν δύο σύνολα εξοπλισμού δοκιμών: υδρογόνο ανιχνευτή ιονισμού φλόγας, μοντέλο TVA-2020 (Thermofisher, ΗΠΑ), με ακρίβεια μέτρησης ±1×10-4% (v/v). Το σημείο μηδέν και το σημείο εύρους 0,012% βαθμονομήθηκαν πριν από τη μέτρηση. Για τις μετρήσεις ηλίου χρησιμοποιήθηκε ένας ανιχνευτής διαρροής με φασματογράφο μάζας ηλίου, μοντέλο L300i (Leybold, Γερμανία), με ελάχιστο ρυθμό ανίχνευσης διαρροής ≤5E-12 Pa-L/s, βαθμονομημένος με ενσωματωμένο πρότυπο διαρροής TL7.
Πίνακας.1 Ακολουθία συλλογής δεδομένων για διαρροή συσκευασίας μίας ομάδας

2.3 Συλλογή δεδομένων

Η συσκευασία γραφίτη για τη δοκιμή ελήφθη από έξι ομάδες, οι οποίες προέρχονταν από εισαγόμενα προϊόντα, προϊόντα κοινοπραξίας (εγχώρια παραγωγή) και εγχώρια προϊόντα. Κάθε ομάδα συσκευασίας συναρμολογήθηκε σύμφωνα με τους τεχνικούς κανονισμούς και τις απαιτήσεις, και στη συνέχεια δοκιμάστηκε σύμφωνα με τη σειρά στον πίνακα 1, και οι ποσότητες διαρροής μεθανίου και ηλίου μετρήθηκαν υπό τις ίδιες συνθήκες, και οι τιμές μέτρησης ήταν σε ppmv, και κάθε μέτρηση επαναλήφθηκε 10 φορές με διάστημα 6~10 s. Η δοκιμή δεν έλαβε υπόψη την επίδραση της θέρμανσης ή της ψύξης στις ποσότητες διαρροής των δύο μέσων δοκιμής, και η δοκιμή διεξήχθη σε θερμοκρασία δωματίου.
Πίνακας.2 Συγκριτικά δεδομένα διαρροής μεθανίου και ηλίου (μέσες τιμές)

Σύμφωνα με την παρατήρηση των μακροχρόνιων δοκιμών, ακόμη και αν η εσωτερική κοιλότητα του εργαλείου αποσυμπιεστεί, η διαφυγούσα διαρροή στη συσκευασία μπορεί να μετρηθεί σταθερά για έως και 30 λεπτά χωρίς σημαντική μείωση. Ως εκ τούτου, μετά την αλλαγή του μέσου δοκιμής, πρέπει να χρησιμοποιηθεί μια αντλία κενού για να γίνει αναρρόφηση στη θύρα μέτρησης για να αναρροφηθεί το υπολειπόμενο μέσο στη συσκευασία πριν από την επαναληπτική δοκιμή, διαφορετικά υπάρχει μεγαλύτερη επίπτωση στην τιμή μέτρησης.

2.4 Συγκέντρωση δεδομένων

Τα δεδομένα που προέκυψαν από τις συγκριτικές μετρήσεις διαρροής μεθανίου και ηλίου υπολογίστηκαν κατά μέσο όρο για 10 μετρήσεις ως αποτελέσματα μέτρησης. Τα σχετικά δεδομένα συγκεντρώθηκαν όπως φαίνεται στον (πίνακα 2).
Με βάση τα δεδομένα του πίνακα 2, τα δεδομένα συγκεντρώθηκαν όπως φαίνεται στο σχήμα 2.

Σχήμα.2 Λόγος διαρροής ηλίου προς διαρροή μεθανίου

3. Συμπέρασμα

Σύμφωνα με την ανάλυση των αποτελεσμάτων των δοκιμών, ο λόγος της διαρροής ηλίου προς τη διαρροή μεθανίου τείνει να είναι 4 φορές υψηλότερος με την αύξηση του όγκου διαρροής, που είναι το αντίστροφο του λόγου μοριακού βάρους (16 για το μεθάνιο και 4 για το ήλιο), υπό τις ίδιες συνθήκες σε θερμοκρασία δωματίου, εξαιρουμένου του σφάλματος μέτρησης σε χαμηλή συγκέντρωση μεθανίου. Πρέπει να διερευνηθεί αν υπάρχει σχέση μεταξύ της πτητικότητας του αερίου και του μοριακού βάρους του αερίου, αυξάνοντας τον αριθμό των δεδομένων που συλλέγονται υπό διαφορετικές συνθήκες δοκιμής (θερμοκρασία, πίεση, μέσο σύγκρισης κ.λπ.).