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【世偉洛克技術文章】全面的測試如何確??煽康恼{(diào)壓閥性能
2021-10-13

  材料科學與測試事項:企業(yè)需要知道什么才能確??煽康恼{(diào)壓閥性能


  Jon Kestner


  隨著任何行業(yè)要求的演變,必須調(diào)整產(chǎn)品組合,使產(chǎn)品性能與在任何應用(從普通應用到極端應用)中取得成功所需的性能相吻合。這種模式適用于流體系統(tǒng)領域(在這個領域,閥門、配件、調(diào)壓閥和其他部件的性能界限不斷被重新定義)。


  世偉洛克認為,精密的設計和嚴格的測試是保證流體和氣體系統(tǒng)組件在實際應用中在受壓情況下工作的要素。測試不僅可以確保產(chǎn)品按預期工作,還可以幫助專家發(fā)現(xiàn)未直接評估的變量如何影響現(xiàn)場性能。特別是當在具有挑戰(zhàn)性操作條件的環(huán)境中使用產(chǎn)品時,任何情況都不應被視為理所當然 - 否則會發(fā)生生產(chǎn)效率的下降甚至人員可能處于危險之中。


  額定在零下溫度環(huán)境中使用的調(diào)壓閥是一個很好的組件例子,它需要接受全面測試以確認在極端條件下的性能。它們必須控制壓力,同時對應用(在這些應用中,故障不僅會導致利潤和財產(chǎn)損失,還會影響操作員的安全)中的系統(tǒng)變化做出反應。在低溫威脅到關鍵部件功能的情況下,細致的調(diào)壓閥工程設計和經(jīng)過深思熟慮的基于實驗室的分析決定了成敗。


  為何性能在低溫調(diào)壓閥應用中很重要


  低溫調(diào)壓閥經(jīng)常用于工業(yè)或大宗氣體供應等應用中。調(diào)壓閥用于在不同的流速下控制系統(tǒng)壓力,如果它們失效,則可能導致嚴重的問題。流體或氣體進入環(huán)境帶來的損失可能是巨大的,但還會有更壞的情況。調(diào)壓閥故障導致的壓力損失也可能危及整體系統(tǒng)性能或造成嚴重的安全隱患。


  世偉洛克認為,調(diào)壓閥可能失效的一個關鍵原因是它無法承受應用(例如大宗氣體供應)所固有的極端溫度。氣體供應減壓系統(tǒng)經(jīng)常安裝在室外,通常安裝在沒有氣候控制裝置的環(huán)境中。因此,容器暴露在世界各地發(fā)現(xiàn)的極端溫度環(huán)境(從赤道附近的高溫環(huán)境到靠近極地的低溫環(huán)境)。隨著壓力降低,氣體溫度下降會加劇低溫環(huán)境的影響。對于大多數(shù)氣體,氣體壓力的顯著下降將導致顯著的焦耳 - 湯姆遜冷卻效應,導致能量轉移發(fā)生時溫度顯著降低。這可能導致工業(yè)調(diào)壓閥暴露于 -40°C 甚至更低的溫度環(huán)境中。


  這些寒冷條件可能影響調(diào)壓閥性能,因為低溫經(jīng)常使彈性體部件變硬和收縮,進而導致泄漏或影響響應性。調(diào)壓閥中的主要傳感元件是彈性體隔膜或用彈性體 O 型圈密封的活塞。如果隔膜或活塞 O 型圈過于脆弱,它們會破裂并導致泄漏或變硬,從而影響調(diào)壓閥對系統(tǒng)流量需求變化做出反應的能力。各種其他調(diào)壓閥部件通常也由彈性體組成,包括提升閥芯密封的主閥座,高壓和低壓區(qū)域的分離,提升閥與閥體之間的動態(tài)密封,隔膜或活塞密封,以及閥體內(nèi)有壓力的靜態(tài)密封。調(diào)壓閥還包含非彈性聚合物,例如硬塑料座材料,其在極低溫度下會變得很硬,從而難以或不可能進行密封。因此,調(diào)壓閥本身就容易受到與低溫相關的性能下降的影響。


  為了盡可能降低昂貴或有害氣體泄漏的風險,世偉洛克建議在設計專門針對這些低溫應用的調(diào)壓閥時,選擇合適的材料至關重要。


  尋找適合低溫調(diào)壓閥應用的產(chǎn)品


  世偉洛克認為,材料選擇在選擇合適的調(diào)壓閥方面發(fā)揮很大的作用,不僅因為大宗氣體供應等應用中的組件需要具備耐低溫性,而且因為并非每種彈性體材料都與每種化學品相容。例如,乙烯丙烯在低溫下性能良好,但與烴不具有化學相容性,烴尤其可能存在于壓縮天然氣(CNG)和相關應用中。為了使材料在終端用途調(diào)壓閥設置中有效,環(huán)境性能和耐化學性必須與應用相匹配。


  無論選擇何種材料,測試對于確認調(diào)壓閥密封件在極低溫度下的可靠性能至關重要。測試是確保調(diào)壓閥閥座不會發(fā)生內(nèi)部泄漏、不會因密封失效而發(fā)生殼體泄漏、并且調(diào)壓閥將繼續(xù)執(zhí)行其設計的動態(tài)功能、不斷自我調(diào)節(jié)以提供指定壓力水平的唯一方法。


  從低溫測試的角度看


  并非所有溫度測試方法都具有同等的適用性。沒有單一的行業(yè)認可的低溫性能標準測試,因此設備測試的全面性存在很大差異。美國機械工程師協(xié)會(ASME)和美國國家標準協(xié)會(ANSI)確立了可以采用的低溫測試,美國石油協(xié)會(API)等更專業(yè)的機構也有自己的測試方法。這些測試通常是針對具有特殊要求的特定應用而設計的,其廣泛程度不足以考慮采用流體系統(tǒng)產(chǎn)品的所有應用。


  另一個復雜因素是由于在溫暖設施中工作的固有限制而對極冷的溫度進行全流量曲線分析的挑戰(zhàn)。無論如何,都需要進行測試以確認調(diào)壓閥正確地使氣體流動,能夠打開和關閉,能夠保持密封,并且不會由于顯著的溫度變化而降低性能。


  世偉洛克認為,需要一種定制的溫度測試方法,以便知道低溫調(diào)壓閥在最極端條件下的額定性能。要了解它的樣子,請考慮世偉洛克產(chǎn)品開發(fā)團隊在分析最近發(fā)布的包含于寒冷條件下保持密封的部件的 RHPS 系列調(diào)壓閥的低溫版本的功能時所采取的步驟。


  案例分析:設計低溫調(diào)壓閥的測試計劃


  標準 RHPS 系列工業(yè)調(diào)壓閥目錄包括大約 900 種產(chǎn)品變型,在建立測試方法之前,有必要找到合理評估它們的方法。每個特點都從靜態(tài)性能的角度(確保任何密封件和 O 型圈適當?shù)匕瑝毫兔芊庖苑乐弓h(huán)境泄漏)和動態(tài)性能的角度(確保 O 型圈和圍繞他們動態(tài)運動的隔膜保持理想性能)接受了測試。


  工程團隊研究了閥門和配件的現(xiàn)有標準低溫測試。從室溫到低溫或高溫的一系列溫度循環(huán)是常見的做法。這適用于廣泛應用的大多數(shù)產(chǎn)品,它確認密封件將起作用,閥門將啟動,并且在多個溫度循環(huán)過程中捕捉任何性能下降情形。


  為了正確評估低溫調(diào)壓閥,特別擴展了測試以涵蓋調(diào)壓閥應用的所有功能需求。測試團隊知道低溫會降低性能,造成諸如閥門需要高驅動扭矩的情況或由于收縮而在低溫下出現(xiàn)泄漏的情況。因此,測試計劃旨在捕捉這些潛在問題,以便客戶在現(xiàn)場部署產(chǎn)品時不會遇到惱人的意外情況。


  通過成熟的測試方案,該團隊對 RHPS 系列低溫調(diào)壓閥采用了熱冷循環(huán)。極端低溫和環(huán)境室溫之間的溫度發(fā)生波動以確保在循環(huán)期間發(fā)生的任何下降在單次溫度下降期間可能未被注意到在隨后的降至低溫的溫度下將是明顯的。謹慎的方法確保產(chǎn)品能夠在各種低溫應用中按預期運行。


  采用單獨的程序進行背壓和減壓調(diào)壓閥設計,確保所有產(chǎn)品都以適合其設計的方式接受測試。最后,為該公司開發(fā)了專門的工業(yè)調(diào)壓閥低溫循環(huán)測試,以及在極端條件下工作的產(chǎn)品系列。


  在購買產(chǎn)品之前,請確保它們能夠按要求運行


  測試應該是任何研發(fā)過程的標準組成部分,但也不應該被視為理所當然。如上面的案例分析所示,需要格外小心以確保產(chǎn)品在極端溫度下運行。溫度額定值不能基于產(chǎn)品部件的總和;真實的實驗室數(shù)據(jù)對于了解產(chǎn)品能否安全可靠地運行至關重要。僅僅將產(chǎn)品暴露在低溫環(huán)境中也是不夠的,世偉洛克認為,制造商必須采用精心設計的溫度循環(huán)測試,以確保它能夠保持穩(wěn)定,并且沒有任何不可預見的問題可能會影響現(xiàn)場性能。


  如果企業(yè)需要幫助找到適合在應用中執(zhí)行的正確組件,歡迎隨時聯(lián)系當?shù)氐氖纻ヂ蹇虽N售和服務中心獲取指導。如果對現(xiàn)有流體或氣體系統(tǒng)的當前性能有任何疑問或在設計新系統(tǒng)時需要專家見解,請考慮利用世偉洛克評估和分析服務專業(yè)人員的知識進行現(xiàn)場檢查,并提出有關流體系統(tǒng)性能改進的建議。
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