浙江中特气动阀门成套有限公司
LNG管廊关键阀门车间气密试验及工装设计

关键阀门是指在LNG管廊中处于关键部位,对管线介质执行关键操作的气动或电动阀门,包括控制球阀和控制闸阀等。

由于关键阀门具有执行和控制机构复杂,体积大,重量重等特点,在安装和移除关键阀门时难度大,且需要投入大量的人力和设备。为保证关键阀门安装后能够正常使用,在关键阀门安装前必须对阀门进行气密试验。即使制造商已做过数次测试,但模块制造商应在阀门收到之后、安装之前,在场地对关键阀门进行系统测试。阀门气密试验应在计划的安装日期前充分进行,任何气密试验不合格的阀门应返工或更换。

ICHTHYS项目是海洋石油工程(青岛)有限公司目前承建的最大的天然气液化管廊建造项目,其中管道试压及阀门试压是项目的最重要组成部分之一。以下对LNG管道的关键阀门试压流程及工装设计进行系统探讨和研究。

1 关键阀门试压流程

1.1 试压流程图和装置图

针对关键阀门的气密性试验,海工根据项目规格书及业主要求,编制了试压程序文件,绘制出关键阀门试压流程图及装置示意图。试压流程图见图1,关键阀门试压测试装置示意图见图2。

图1 关键阀门试压流程图

图2 关键阀门气压测试示意图

图2显示,在关键阀门试压过程中,需要有稳定、充足的干空气,控制气源和控制电源供应;必须设置安全泄放装置以保证试压的安全性,需要设置透明水槽以便观察气泡数量来衡量泄漏量。

1.2 关键阀门试压前准备

在阀门放到指定位置开始测试之前,应当先对阀门进行彻底检查,确保阀门内部清洁,没有沙子和残渣等异物;要特别注意,确保阀座区清洁无异物;检查阀座区,确保阀座区免于被清洗;检查数据表中确认的泄压孔,确保里面无堵塞物。确保永久性的不锈钢金属标签显示“孔侧”在泄压孔上面的法兰模板上。

对所有的法兰面应进行检查,不合格的法兰在维修前不能用于测试,具体要求参照ASMEB16.51996。将阀门的上流侧和下流侧分别标记出来。对于气压阀,提供可调节的干空气,使其保持关闭状态;对于电动阀,提供稳定的电流,使其保持在关闭状态;手动阀门,应该用手关闭,不能用任何机械工具关闭阀门,敲打阀门五次,证明其操作流畅。

1.3 动力及试压介质选取

选取可调节的清洁干燥的仪表气源,为气压传动装置提供原动力。对于电动阀门,选取400V/240V50Hz的电力供应,依据阀门铭牌标识的电力要求选用,用于调节电动阀门。所有供应仪器气源的管线应该对铁锈和污染物进行清理,进口位置压力计必须有合适的量程并且附带有效的鉴定证书。

根据阀门尺寸和阀门类型的不同,关键阀门的试压分为低压密闭试验和高压密闭试验两种。不同试压类型需要的介质不同,低压密闭试验采用干空气(温度介于10-52℃),这就要求有充足的、可调节的清洁干空气作为试压介质。高压密闭试验使用氯离子含量≤30ppm的纯净水(温度<50℃)。具体要求见表1A和表1B。

表1A 试压类型选取表

Valves:NPS≤4&ASMEClass≤1500,NPS>4&ASMEClass≤600

表1B 试压类型选取表

Valves:NPS≤4&ASMEClass>1500,NPS>4&ASMEClass>600

根据试压类型选取表中要求,结合ICHTHYSLNG项目需要,海工场地进行的关键阀门试压类型全部进行低压密闭试验,试压介质为洁净干空气。

1.4 确定试验压力及稳压时间

将干空气连接阀门的上流侧进行试压,试验压力选取参照表2。根据表1A和表1B选取合适的试压类型和介质后,低压密闭试验和高压密闭试验的试验压力的选择,如下:

低压试验:截止阀/放泄阀及其他非开关阀按照ANSI/FCI70-22006[3]规定压力为3.5bar,球阀和蝶阀按照API598规定压力为4-7bar。

高压试验:球阀测试压力是110%的允许试验压力;蝶阀是110%设计压差。

由于海工场地进行的关键阀门试压类型全部进行低压密闭试验,关键阀门为球阀、蝶阀和闸阀,同时从安全角度考虑,最终选取的气密试验压力为6bar。

现场进行气密试验时,要求试压时间应不小于规定的最小测试时间,最小测试时间与阀门尺寸有关,具体参照表2,现场实际试压的稳压时间在5-10min。表2是不同阀门试压的最小稳压时间。

表2 稳压时间

试压介质应逐渐注入到管线试压系统,直到压力达到试验压力要求,逐步加压并在停点至少稳压5-10min,观察压力表数值变化。具体的加压步骤见图3所示。

图3 加压步骤

说明:PT-试验压力值;PD-设计压力。

1.5 最大允许泄漏量

在海工青岛场地进行试压的关键阀门共36个,其中球阀28个,蝶阀4个,闸阀4个。通过测量仪器记录气泡数,记录其泄漏量,与测试规定的最大泄漏量进行比较。不同类型的阀门泄漏量见表3和表4,其他类型的阀门最大允许泄漏量参考标准API598。表3为截止阀最大允许泄漏量,表4为球阀和蝶阀的最大允许泄漏量。

表3 截止阀允许泄漏量

表4 球阀和蝶阀的最大允许泄漏量

关键阀门试压完成并合格后,对系统进行泄压,移除连接管,在松动螺丝之前应将供气管从盲板上移除。如果测量结果不大于规定数值,敲打阀门五次证实操作正常后,利用同样的方法在阀门另一侧进行测试。最后进行阀门的复位和维护,生成检验报告满足项目需求。

2 试压工装设计及操作方法

2.1 试压管汇装置

在关键阀门试压过程中,为提高阀门试压的安全性,结合图2关键阀门气压测试示意图中要求,由设计团队及组块配套部现场预制团队研究并预制阀门气压试验试压管汇装置,专门用于阀门试压。

由于项目初期关键阀门的种类和试压介质的不确定性,海工场地共设计了两种不同类型及材质的试压管汇装置。一种用于高压试验,介质为水,材质为不锈钢和碳钢两种,试压管汇装置见图4[2]。此装置由压力控制阀组(由闸阀、单向阀组成)、压力显示单元(压力表及压力温度记录仪)和管汇组成,一端与增压泵连接,一端与试压管线系统连接,中间连接件是高压软管(配有安全锁扣)。

图4 高压试验用试压管汇装置

另一种用于低压试验,介质为干空气,材质为不锈钢,试压管汇装置见图5。此试压管汇装置相对简单,是高压试验用的试压管汇装置的简化版,保留了气源控制阀、压力表、安全阀及管汇。关键阀门试压使用低压试验试压管汇装置,既简单灵活又能保证试压的安全性。

试压管汇装置提高了试压安全性;控制和显示单元的集成可有效减少人力投入;在选材上使用不锈钢和碳钢两种材质,分别适用于不锈钢管线试压和碳钢管线试压,避免了交叉污染;整个装置装在一个带支架的移动小车上,使用方便,可根据需要随意移动。

图5 低压试验用试压管汇装置

2.2 盲板和垫片的选取

与阀门相连的盲板在应用于阀门时,应大于等于试压压力值。盲板上开孔并焊接短管,用于连接试压管汇的软管,短管焊接处焊点应进行100%NDT检测。盲板将由模块制造商/转包商和承包商QC/HSE检测、批准,一经核准,盲板将被标记(用一种特有的识别码)以确定盲板可用。所有的盲板都应该进行铁锈和污染物的清理。

在与项目标准相符并且适用测试压力的情况下,可以使用临时垫片(一次性/单独使用)。本项目中选用1.5mm或3mm厚石墨缠绕垫片,不得重复使用,严禁使用石棉垫圈。

2.3 阀门试压底座设计

关键阀门试压时要求阀门摆正进行试压,由于关键阀门的执行和控制机构复杂,体积大,重量重,所以需要一个承重能力大并能保证阀门稳固的支撑装置。设计团队及组块配套部现场预制团队研究并预制了阀门试压底座装置,见图6、图7。此装置由支撑梁、法兰固定板和螺栓构成,在支撑梁上开有螺栓固定滑道,可以按照阀门大小调节梁的间距,使用螺栓进行固定,法兰固定板可以调节阀门的高度。

图6 阀门试压底座设计示意图

图7 阀门试压底座实物图

阀门试压底座装置具有占用空间小、承重能力强、可灵活调节适用不同尺寸的阀门等特点,运输可使用人力托盘车托运,运输方便。

3 关键阀门试压后维护

阀门测试完毕后,应吹干阀体内部,并在阀座两端面上涂抹适当的保护涂层,防止生锈。使用原阀门所带的塑料封堵重新将阀门两端封上,以保护连接端面。法兰面保护及存放见图8。

图8 关键阀门的维护与存放

阀门放到设备仓储库房或船用集装箱内指定位置,按照相应维护等级进行保存。

4 结论

本文对LNG管廊关键阀门的试压流程进行了系统介绍,介绍了关键阀门的试压介质选取、试验压力选取、试验结果的判定标准等内容,对关键阀门进行现场试压具有重要指导意义。阀门试压工装结构简单,操作方便灵活,其投入使用可大大提高阀门气密试验的安全性,保证项目阀门现场试压的顺利完成,同时节省了购买大型阀门试压装置的费用,提高了该项目的经济效益。

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