75吨和360吨试验台ASME B16.20试验
检查指导垫圈测试的标准。
流体密封协会

随着1990年《清洁空气法修正案》的发布,阀门和其他工艺设备的无组织排放测试迅速开始。动态密封,如阀杆密封,是排放的主要来源,是最终用户检查的优先事项。

直到21世纪初,静态密封才引起了人们的注意。在炼油厂和其他石化工厂的法兰垫片和其他静态密封上观察到大量泄漏,特别是当它们经历热循环时。一些早期的测试是由垫圈制造商使用他们的协议进行的。通常情况下,测试是在室温下使用甲烷气体进行的,并使用检漏仪测量泄漏量为百万分之一体积(ppmv)。

图5:基本测试参数
图1:基本测试参数

正在制定的标准

2004年,雪佛龙德士古公司的David Reeves联系了一家阀门测试服务公司,他在加州埃尔塞贡多的工厂遇到了垫圈泄漏的问题。这两个小组编写了第一个法兰垫圈的逸散排放测试标准,题为:“管道法兰垫圈测试协议”。

该标准类似于阀门的测试标准,设置的参数在今天的其他API测试标准中仍在使用(图1)。虽然1000 ppmv被规定为允许泄漏,但这从未被认为是可接受的。该标准是作为开始一些比较测试的基础而编写的,1,000 ppmv是测试将结束的极限。大多数泄漏低于100 ppmv。

2010年,里夫斯需要在更高的温度下测试垫圈,因此编写了“雪佛龙超高温垫圈测试程序”。它包括100小时的浸泡时间,在1000华氏度或800华氏度,这取决于垫圈类型。2011年,垫圈测试标准进行了修改,并重新命名为“管道法兰垫圈的雪佛龙无组织排放测试(cet)协议”,并进行了一些重要的更改。在以前的测试和现场测试中注意到,凸起的表面的外径经常会与螺旋缠绕垫圈的外金属环难以接触。由于这些环经常被涂漆,测试表明密封可以发生在该界面。为了从测试结果中去除该变量,该版本的标准要求在垫圈两侧的四个位置上在外圈上切割凹槽。

在这个版本中,螺栓扭矩从200英尺磅(ft-lb)增加到260英尺磅(ft-lb)。为了模拟热交换器中的不均匀加热,只有一个法兰被加热到500华氏度。不均匀加热的设计是为了在垫片上产生径向剪切。最近一次修改是在2013年,螺母扭矩降低到190英尺/磅。

Shell MESC SPE 85-300 & ISO 15848-1

壳牌石油公司有编写阀门和垫圈类型验收测试标准的历史。虽然石油工程师协会(SPE)的材料和设备标准代码(MESC) 85/300包含许多无组织排放测试,但它指定了国际标准化组织(ISO) 15848-1的测试。ISO标准是阀门的无组织排放测试标准。它包括机械循环和热循环的标准。由于机械循环是不可能的,那么只能进行热循环。虽然没有规定,但通常在美国国家标准协会(ANSI)法兰的全额定压力下完成四个热循环。四个热循环将模拟ISO标准的CO3耐久等级,这是大多数应用。

ASME B16.20

2017年,美国机械工程师学会(ASME)发布了新版B16.20,“管道法兰的金属垫圈”。虽然大多数标准是设计标准,但对于螺旋缠绕垫圈,有两个重要的测试部分。“SW-2.2结构”部分规定了压缩到指定应力水平后的最小厚度。“章节SW-2.6性能测试”是在四小时保持期后用甲烷进行的室温无组织排放测试。由于首先进行的泄漏测试的指定压应力水平较低,因此厚度测试的应力随后会增加。

图2:FSA基本测试参数
图2:FSA基本测试参数

流体密封协会

2017年,流体密封协会(FSA)开始为垫圈创建无组织排放测试标准。该标准使用雪佛龙标准作为起点,但扩展了装配法兰组件和泄漏测量技术的细节,使其可重复和精确。一些垫圈制造商和测试实验室进行了研究和开发测试。

基本参数如图2所示。与雪佛龙规范的主要变化包括将热循环减少到三次,并通过两个级别的选择减少允许的泄漏。图3显示了温度/压力分布图。这些部件的组装在标准的附录C中给出。密封垫外径周围的气体密封套被设计用来捕捉周围的泄漏,并将其通过检漏仪。用这种方法可以获得准确而稳定的泄漏读数。甲烷检漏仪根据最新的美国石油学会622标准进行校准,提供可重复的ppmv泄漏读数,与所使用的检漏仪的采样率无关。

图3:螺旋缠绕垫圈测试压力和温度分布
图3:螺旋缠绕垫圈测试压力和温度分布

随着2020年的事件,该标准的发布出现了一些延迟。目前,它正在接受审查,预计将于今年晚些时候发布。

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