LNG用隔离阀适用性验证试验规范的分析――EN12567标准的解读

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Analysis of Isolating Valves for LNG Specifcation for Suitabilityand Appropriate Verification Tests- - EN 12567 Standard ExplanationsZHANG Qing-shuang ，XU Rang-shun ，ZHANG Jing(1.Jiangsu Shentong Valve Co.，Ltd.，Qidong 226232，China；2.Wenzhou Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Wenzhou 325027，China)Abstract：Introduces the scope of(EN 12567-2000 Industrial Va1Ve--Isolating valves for LNG speci-fication for suitability and appropriate verification tests)and points out the key type test of cryogenicvalve，not included in other standards。

Key words：LNG；Isolation valve；Cryogenic valve；Standard；Thermo·shock test；Fatigue test；Low tem-perature test1 概述液化天然气(LNG)是-种清洁、优质和高效的能源，深冷阀门是LNG管路的-个重要附件。目前，只有欧盟制定了关于LNG阀门适用性验证的型式试验规范 EN 12567-2000标准。本文拟通过对该标准的分析，为我国LNG阀门国产化工作提供-些借鉴。

2 标准适用范围EN 12567规定 了 LNG用隔离阀(闸阀、截止阀、球阀及蝶阀)的总体性能要求，适用于 LNG的生产、储存和运输 (管线运输、铁路运输、公路运输及船运)所需的深冷阀门(表 1)。对于车、船等运输机械用 LNG作为动力燃料的灌装阀则不在该标准使用范围之内。

3 设计要求3.1 稳态热应力对于稳态热应力，其应力及强度的校核按 EN表 1 EN12567适用范围性能 范围公称尺寸公称压力(欧洲标准)压力等级(美洲标准)适用温度DN8-1oo0PN16～10H0CLassl50～900- 196～6OqC3.2 瞬态热应力由于瞬态热应力通常大大超过静态应力，并且随着阀体壁厚的增加而增加，因此标准要求设计时应考虑深冷工况下所产生的瞬态热应力。然而对于采用何种方法保证瞬态热应力不会导致阀门的承压边界失效，标准没有做出明确规定。但标准规定如果型式试验通过热冲击试验，则认可该阀门关于瞬态热应力的设计。标准以规范性附录的形式规定了热冲击试验的方法及验收准则。

12516-1～3的要求进行计算。 (1)试验目的作者简介：张清双(1971-)男，吉林长春人，工程师，从事新产品开发和技术管理工作。

2013年第2期 阀 门 - 37-确认阀门能否承受内部瞬间接触工作介质在冷却过程中所产生的瞬态热应力。

(2)试验方法阀门在试验之前和试验后都要进行尺寸检查，以确定任何方向上尺寸的变化。标准中没有规定热冲击试验后对裂纹的无损检测方法，而是提出由制造商和买方规定。标准还规定了热冲击试验的条件。

②阀门在增压过程中，其关闭件应处于半开状态，即所有容易接触试验介质内表面区域都应受到热冲击。

④阀门充入试验介质应在5min之内完成，在没有加压条件下尽最大可能完成试验介质的填充，且保证试验介质中没有气泡。

对于法兰连接阀门，当阀门回升到室温以及阀门从试验台上取下后，都要重新检查尺寸，然后，将阀门完全解体，所有非承压部件应进行外观检查。

阀门内部承压部件要按制造商和买方达成的协议对热冲击可能产生的裂纹进行无损检测。

③对于法兰连接阀门，各方向尺寸检测结果要在制造商和买方达成协议的允许范围之内。

3.3 中腔泄压由于 LNG-旦受热汽化，其体积将膨胀 600多倍，可能导致阀门承压边界失效。因此标准规定阀门应设计成避免 LNG封闭在中腔内，要求对中腔进行泄压设计 ，防止中腔异常升压，同时也规定 LNG不允许泄放到大气中。

3.4 颈部加长由于热传导的作用，阀门填料部位的温度-旦低于填料的最低允许工作温度，可能导致填料失去密封作用或者结冰，破坏阀杆的密封或妨碍阀门的操作。因此标准要求对颈部加长，以使填料及阀门操作装置处温度大于最胁全操作温度。

3.5 阀杆密封标准规定阀杆密封应足够远离阀体以防止结冰的风险。

3.6 连接螺栓由于LNG的温度为 -162%，阀门从环境温度到工作温度的温度变化很大。标准规定阀门在温度交变工况中，进行阀门启闭时，应保证阀门在环境温度和最低使用温度下，无论阀门处于任何工作位置，其都应无外漏。由于壳体和螺栓的冷却时间不同，加之壳体材料和螺栓材料的线膨胀系数不同，因此阀门冷却时螺栓会产生松弛现象，标准要求设计螺栓载荷时应予以考虑，以确保阀门在环境温度和最低工作温度下，阀门密封所需的螺栓载荷。

3.7 连接方式法兰连接和焊接连接依照欧洲标准执行。从该条内容分析，法兰连接的阀门可以用于LNG工况。

3.8 外部保护零件加工后和装配前，应进行钝化处理。但买方和制造商可以对钝化的必要性进行协商。对于材料为奥氏体不锈钢的零件，如果零件的储存、加工和处理均有相应程序文件控制，则没有必要再进行钝化处理。

3.9 金属承压、控压件材料对于与 LNG直接接触的金属承压、控压件材料，标准要求选用奥氏体不锈钢、镍钢和铝合金材料。

LNG工况中常用的金属和合金材料按照 EN 1160列出的材料选择，对于所选用的材料按照 EN 10045-1的规定在 -196℃时测定冲击性能，其数值大于 60J为合格。对于铝合金材料，则不要求做冲击试验。由于铝合金的熔点很低，-般为660C，因此标准规定，当选用铝合金材料制造阀门时，应提供防火系统。标准也允许选用 EN 1160未列出的金属材料，但是其必须能够承受 -196℃的低温。

3.10 电化学效应 ，由于不同材料的金属之间存在电位差，当它们暴露在电解质溶液中时，形成电接触产生电偶电流，发生电偶腐蚀。为避免电偶腐蚀发生，标准规定在选择材料时需仔细研究其特性，以防止形成大于250mV的电解连接。这就要求在选择阀门材料时旧能选择同-种材料。

4 功能要求和试验4.1 抗静电试验标准要求阀体和阀轴或阀杆之间的电阻应不大于 1012，阀体、阀轴或阀杆和关闭件之间要有永久的电连续性。

- 38- 阀 门 2013年第2期4.2 壳体强度壳体 应能 承受 环境 温度下 压力 额定 值 的1.5倍。

4.3 疲劳试验每种新设计的阀门用 LNG或者液氮进行疲劳试验(表 2)。阀门完成疲劳试验后应形成最终试验报告，在试验报告中记录所有的测试结果并给出结论。阀门只有满足各项试验要求才能获得通过。

4.5 阀门密封性能对于≤1.1倍 P 的压力，阀门应满足密封要求。泄漏率应小于或者等于买方规定值。

4.6 可操作性最低许用温度及阀门压差为 1倍 P 下的最大操作扭矩或者最大操作力应由买方规定。对于执行机构驱动的阀门，最大操作扭矩或者最大操作力应由买方规定。对于手动阀门，操作力矩或者操作力不应超过 EN 12570规定的最大值。

4.7 手动阀门的转数阀门开启或关闭的旋转圈数超过 1/4圈，则应给出阀门从开启到关闭整个行程所需的旋转圈数。

4.8 阀门执行机构附件阀门执行机构附件要求按照 EN ISO 5210或EN ISO 5211的规定。

4.9 手轮操作力环境温度下和最低许用温度下施加的手轮操作力不得超过产品标准规定的范围。

表 2 疲劳试验试验项目及试验方法序号 试验项目 试验内容及方法壳体强度 按照EN 12266-1：1999中的要求进行环境温度l 密封性能 按照EN 12266-1：1999中的要求进行 ，液体试验压力 1.1×P下的试验带压时可操作性试验 在买方指定外界环境下进行，测试阀门启闭过程中的扭矩或操作力①阀门应垂直安装在试验台且其处于关闭位置。

②阀杆/阀门组件应该是绝热的。热绝缘材料(聚氨酯、玻璃棉等)的厚度至少为 160mm。 2 整体试验③阀门应该进行预干燥处理，除去水分或液体，以防止冷却过程中出现结冰现象。

④如有必要，阀门关闭件的(中腔泄压)排放口，其排放侧应位于上游。

用 LNG或液氮进行冷却，无论选用哪种冷却介质 ，冷却介质的温度要低于 -l50℃。在冷 3 冷却却过程中必须重新紧固螺栓，并记下螺栓紧固扭矩阀门应处于关闭位置且下游管路应泄压或放空。-旦温度稳定，则分别在 0.5b (若可阀门内漏 行)、0.25×P 、0.5×P 、0.75 XP 和 1×P 压力下测量泄漏率4 低温预试验 应在壳体许用压力范围内进行外漏检测，阀门开启和关闭位置，均应检测。有必要(或外部密封性 者)对填料函的重新紧固做出记录。应用-个气体探测器(灵敏度为甲烷在空气中自燃极限的 10%)检测阀门泄漏率。气体不允许有任何可见泄漏带压时可操作性试验 在买方指定环境下操作 ，测量阀门启闭状态下的操作转矩或给定的操作力。

疲劳等级 疲劳等级撒于阀门的启闭循环次数，当疲劳等级为 I时启闭循环次数为 2 000，当疲劳低温 等级为 Ⅱ时启闭循环次数为500疲劳 应测试阀门在低温(按本表序号4)运行过程中的内漏和外漏值，及扭矩或操作力。疲劳试验 试验过程中 等级为 I级的循环次数为75、150、300、600、1 200、2 000，疲劳等级为 Ⅱ级的循环次数为2O、5 所需测试数据40、80、150、300和500壳体强度 按照 EN 12266-1：1999中要求 ，在环境温度下进行壳体强度试验最终试验 密封性能 按照 EN 12266-1：1999中的要求进行关闭件(阀座)密封性试验，液体试验压力等于 1.1×P阀门解体检查 阀门要完全解体，检查各零部件，尤其要注意转动和摩擦的零件及阀座等4.1O 阀杆防脱结构标准规定阀杆应设计成当拆开填料压盖、阀杆密封挡圈时，阀杆不会在介质压力作用下脱出阀体。

4.11 阀门低温试验当买方要求并且征得制造商的同意，阀门可以进行低温试验。标准以规范性附录的形式给出了低温试验方法，其与现行的国内外阀门低温试验标准有不同。

(1)超低温试验①试验目的是验证阀门在超低温工况下的2013年第2期 阀 门 - 39-性能 。

(2)试验前准备①阀门零部件需脱脂并干燥，随后阀门应在无油和无尘的环境中装配。

②应提供合适的测试连接装置确保阀门加压，所有螺栓应进行预紧。螺栓所需的预紧扭矩或预紧力由其连接形式和所使用的螺栓决定。

③阀门上需附加低温下适用的热电偶，用于监测整个试验过程中阀体和阀盖的温度。在阀体内部也应安装-个热电偶，用于监测试验介质温度。

(3)试验①阀门低温试验装置如图1所示。阀门要放置在低温槽内并连接好，应注意保护阀杆/轴上的填料函，使其免遭试验池顶部液体气化的热传导而破坏密封。

②首先，阀门应在室温下进行压力测试，测试压力应在阀座许用压力范围内，其 目的是为了检测阀门承受稳态热应力状况，以便继续进行低温测试。

③阀门要在冷却之前干燥，并且在整个冷却过程中应能承受加压净化过的氦气，阀门要浸在液氮中进行冷却，液氮深度应超过阀体/阀盖连接件。整个冷却过程中，关闭件应处于开启位置。

④在冷却期间，应调整热电偶的位置监测阀体和阀盖的温度。

⑤当阀体和阀盖的温度达到-1962时，为确保阀门各部分温度均匀分布，阀门至少要浸泡 1h，并且在低温试验温度下进行压力试验。

阀门应该在优先密封方向进行密封试验，当内部温度稳定时才能进行泄漏测试，测量并记录阀门在关闭和开启时的操作力和扭矩，此时需要制造商和买方对试验状况达成-致。对于双向密封阀门的密封试验，在两个方向上都要进行。阀门的启闭力矩也应在两个方向上进行测量并记录。在测试阀门第二侧密封前，阀门应进行-次开关操作。

如果关闭件的许用压力低于公称压力 PN或压力等级 Class，关闭件的许用压力值应作为密封试验压力，内部泄漏只在该压力下进行测试。内部泄漏量应使用压力计进行测量，如流量转子或流量计。内部泄漏值不能超过 2倍的型式试验中阀门泄漏值。

阀门半开，关闭阀门出口侧的针阀，使阀体加压至阀座测试压力并保压 lOmin。随后进行阀门外漏检查。阀门应无任何外漏(所检测的氦气泄漏值≤10 em (n)/s)，试验完成后，打开阀门。

1.测试阀门 2.氦气罐 3.减压阀 4.泵5.针阀 6.压力表 7.冷却盘管 8.低温槽9.低温槽盖 1O.液氮 11.量筒 12.警示线圈图1 阀门低温试验装置5 检验规则阀门的出厂试验及型式试验的检验项目及要求按照表 3的规定，通过型式试验的阀门分为尺寸覆盖范围和压力级覆盖范围2种情况(表4和表 5)。

表 3 检验项目及要求检验类别 检验项目出厂试验 型式试验瞬态热应力 不要求 热冲击试验中腔泄压 检查图纸颈部加长 不要求阀杆的密封装置 证明阀门的材料和设计符合 疲劳试验时通过型式试验验证合格的阀门 进行检查阀门的装配 的材料和设计阀门的连接 检查图纸外部保护 ASTM A380适用 不要求金属承压、控压件材料 理化证明书电化学效应 检查技术数据表抗静电试验 不要求 测量电阻壳体强度 按EN 12266-1：1999的要求用液体进行试验疲劳试验 不要求 要求按照ISO 10497 防火试验 不要求进行防火试验按照EN 12266-1：1999在阀门密封性能 环境温度和1.1倍的P。下进 疲劳试验时进行行密封性能试验的试验可操作性 买方规定试验条件手动阀门的转数 检查制造商的技术数据表阀门执行机构附件 检查图纸疲劳试验时 手轮操作力 不要求进行检查阀杆防脱结构 检查图纸低温产品验收试验 要求 不要求标记 VT ，储运 VT 供方提供信息 文件证明- 40- 阀 门 2013年第2期20 -. -. - -. -- -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -。

20 25 - - - - - - - - - - - - - - -- 2O- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 252525323232表5 阀门公称压力和压力等级覆盖范围公称压力 压力等级 覆盖的阀门公称压力和压力等级注：例如，如果-个公称压力为 PN63的 门通过测试，那么标明所有从PN40-PN60以及从Clas300～Class600的阀门也通过测试。

6 标记对于优先流向的阀门，标准要求按照 EN 19进行标记，当优先密封方向与优先流向不同时，需进行附加标记(图2)。

△p 图2 优先密封阀门标记方法7 储运为了防止阀门表面残留可见的油、油脂、切削液或者钻孔液，应用溶剂清洁阀门外表面。清洗液应为有机溶剂且与金属零件不互溶，无机卤素含量 <5×10～。阀门端部应充分保护，以防止连接端或者密封面损伤。

9 结语在 EN 12567标准中规定的热冲击试验及疲劳试验在其他的低温阀门标准中并没有提及，而出厂试验项目的低温试验与其他的阀门低温试验标准也有多处不同之处。如该标准提出热电偶应位于阀腔内，以及阀体浸渍在液氮中的最低时间及温度要求等。而设计章节里要求考虑不同材料所引起的电化学效应，在阀门标准里也是首次提及。为了推进我国LNG阀门的发展和技术进步，有必要研究各国关于 LNG阀门的相关标准，以此为我国 LNG深冷阀门的国产化工作奠定基矗