밸브의 저누설 테스트를 위한 메탄 및 헬륨 누설률 비교 및 분석

다음에 대한 관련 표준에 지정된 테스트 미디어를 소개합니다. 밸브의 낮은 누출 테스트 는 메탄과 헬륨이며, 실제 테스트 과정에서 밸브 제조업체는 시험 평가를 위해 헬륨을 미리 사용한 후 제3자에게 메탄 저누설 유형 테스트를 의뢰하는 현상이 있습니다. 저누설형 테스트는 동일한 환경 조건에서 패킹 씰 구조에 대한 헬륨과 메탄의 수치적 관계를 조사하고 파라미터를 비교해야 하는 사용자에게 참고 데이터를 제공하기 위해 설계되었습니다.

1. 개요

현재 휘발성 유기 가스(VOC) 배출과 관련된 법률 및 규정이 발표되어 시행되고 있습니다. 산업용 밸브 는 다양한 시스템 및 사용 조건에서 낮은 누설 성능에 대한 더 높은 요구 사항을 충족해야 합니다. 미국 석유 API(Institute) 표준은 다음과 같은 낮은 누출 요구 사항을 구현하는 데 앞장서고 있습니다. 밸브 를 필수 요구 사항으로 규정하고 있으며, 테스트의 주요 표준은 API 624, API 641, API 622 등입니다. 국내 밸브 업계 실무에서 더 일반적으로 사용되는 표준은 ISO 15848이며, 둘의 주요 차이점은 API 시리즈 표준은 테스트 가스로 메탄을 사용하는 반면 ISO 표준은 헬륨 또는 메탄을 사용할 수 있도록 규정하고 있지만 (실제 테스트에서는 대부분 헬륨 사용) 표준 개정 전 2015 년에는 메탄에 대한 누설률 측정 단위 요구 사항이 작동 가능성이 없기 때문에 실제 더 많은 헬륨이 테스트 매체로 사용되었습니다. 주요 온실가스인 메탄은 다른 온실가스에 비해 분자량이 작아 온실가스 배출량을 평가하는 데 더 많은 정보를 제공합니다.
고온 및 저온 사이클링 테스트에 메탄을 사용하는 데는 안전 위험이 있습니다. 헬륨을 사용하여 씰 설계가 API 시리즈 표준을 준수하는지 평가할 수 있다면 제조 중 자체 검사에 사용하여 타사 테스트에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있습니다. ISO15848 표준에 따르면 헬륨 또는 메탄이 씰 클래스의 테스트 매체로 사용되며 상호성이 없으며 표준에는이를 증명할 직접 테스트 데이터가 있는지 여부가 명시되어 있지 않습니다. 본 논문에서는 헬륨 또는 메탄을 시험 매체로 사용하는 시험 장치 및 측정 장비를 설계하고 여러 데이터 세트를 수집하여 관련 시험 데이터의 부족한 부분을 보완했습니다.

2. 실험 설계

2.1 테스트 설정

테스트 설정은 API 622-2011에 지정된 저누설 테스트 툴링을 기반으로 하며, 적용 가능한 흑연 패킹 링 크기는 Φ254mm×Φ381mm입니다. 테스트 설정은 패킹 글랜드에 별도의 누출 측정 포트로 설계되었으며, 누출 감지 장비 프로브는 측정 중에 측정 포트에 연결됩니다(그림 1).

그림.1 테스트 툴링

2.2 측정 장비

메탄 측정을 위해 두 세트의 테스트 장비가 사용되었습니다: 수소 화염 이온화 검출기, 모델 TVA-2020(Thermofisher, 미국), 측정 정확도 ±1×10-4%(v/v)를 사용했습니다. 영점과 0.012% 범위 지점은 측정 전에 보정되었습니다. 헬륨 측정에는 최소 누출 감지율이 ≤5E-12 Pa-L/s인 헬륨 질량 분석기 누출 감지기 모델 L300i(Leybold, 독일)가 사용되었으며, 내장된 TL7 표준 누출로 보정되었습니다.
표.1 단일 그룹 패킹 누출에 대한 데이터 수집 순서

2.3 데이터 수집

테스트 용 흑연 패킹은 수입 제품, 합작 제품 (국내 생산) 및 국내 제품에서 가져온 6 개 그룹에서 가져 왔습니다. 각 패킹 그룹은 기술 규정 및 요구 사항에 따라 조립 된 다음 표 1의 순서에 따라 테스트되었으며 동일한 조건에서 메탄 및 헬륨의 누출량을 측정하고 측정 값은 ppmv 단위로 측정되었으며 각 측정은 6 ~ 10 초 간격으로 10 회 반복되었습니다. 테스트는 두 테스트 매체의 누출량에 대한 가열 또는 냉각의 영향을 고려하지 않았으며 테스트는 실온에서 수행되었습니다.
표.2 메탄 및 헬륨 누출량 비교 데이터(평균값)

장기 테스트 관찰에 따르면 툴링의 내부 공동이 감압 되더라도 패킹의 비산 누출은 큰 감소없이 최대 30 분 동안 안정적으로 측정 할 수 있습니다. 따라서 테스트 매체를 전환 한 후 진공 펌프를 사용하여 측정 포트에서 흡입을 수행하여 패킹의 잔류 매체를 흡입 한 후 재 테스트해야하며, 그렇지 않으면 측정 값에 더 큰 영향을 미칩니다.

2.4 데이터 대조

메탄과 헬륨 누출을 비교 측정하여 얻은 데이터는 10회 측정에 대한 평균값을 측정 결과로 사용했습니다. 관련 데이터는 (표 2)와 같이 정리되었습니다.
표 2의 데이터를 기반으로 그림 2와 같이 데이터를 집계했습니다.

그림.2 헬륨 누출 대 메탄 누출 비율

3. 결론

시험 결과 분석에 따르면, 낮은 메탄 농도에서의 측정 오차를 제외하고 상온에서 동일한 조건에서 분자량비(메탄 16, 헬륨 4)의 역수인 누설량 증가에 따라 헬륨 누설 대 메탄 누설의 비율이 4배 이상 높아지는 경향을 보였습니다. 가스의 휘발성과 가스의 분자량 사이에 관계가 있는지 여부는 다양한 테스트 조건(온도, 압력, 비교 매체 등)에서 수집한 데이터의 수를 늘려 조사해야 합니다.