高红彪，郭怀舟，吴怀昆，明 友，陈凤官，郝伟沙，耿圣陶

(合肥通用机械研究院有限公司，安徽 合肥230031)

摘要 介绍了低温阀门深冷试验对介质纯度的要求及其氦气回收加热系统的工作原理，分析了低温试验过程对氦气纯度的影响，给出了氦气回收再利用的实施方法以及提高回收率的措施。

关键词 低温阀门;深冷试验;氦气;回收

1 概述

低温阀门的使用温度低于-29℃，广泛应用于空分、LNG与乙烯石化等领域。低温阀门的检验和试验需要在低温环境下进行。根据试验温度的要求，冷却阀门的低温冷媒可以是干冰、液氮或者与酒精混合以达到合适的温度。当试验温度高于-110℃时，可以用氮气作试验介质，不仅纯净无污染，而且经济性较高。当试验温度低于-110℃时，可选择氦气作试验介质。

由于氦气的价格昂贵，导致试验成本较高。以每瓶高纯氦气1 000元价格计算，氦气的价格高达200元/m³(标准状况下)。以LNG气化站常用的12 in. - Class 900球阀为例，每次低温试验至少需要消耗氦气60 m³。通过合理的设计，将试验结束后阀腔中的氦气进行回收，可节约大量费用降低试验成本，增强产品的市场竞争力。

2 低温试验

低温阀门深冷试验作为低温阀门性能试验的重要组成部分，是检测其性能不可缺少的环节。关于低温阀门深冷试验的标准主要有GB/T 24925、BS6364,MESC SPE 77/200,MSS SP-134等，其中BS6364被广泛接受，M ESC SPE 77/200作为壳牌公司的企业标准可操作性更强。低温阀门的典型试验系统如图1所示。

1氮气或氦气气瓶2.气瓶调压阀3、8.截断阀4.压力变送器

5.待测阀6冷媒7.低温容器9.流量计

图1 低温阀门典型试验系统

低温阀门性能试验包括低温动作试验、密封性能试验、微泄漏试验和中腔泄压试验等。

（1）低温动作试验开关阀门多次并记录力矩。

(2)密封性能试验测试阀瓣的密封性能。

(3)微泄漏试验测试填料和法兰连接处的密封性能。

(4)中腔泄压试验测试球阀中腔压力升高时向上游泄压的能力。

阀门试验中，其低温动作试验和微泄漏试验所需氦气体积至少相当于试验温度和压力下阀门开启时阀腔容积与加长阀杆空腔的容积之和。

3 氦气回收

对阀门进行低温性能试验时，气瓶中的氦气经过高压管路进入待测阀门腔体。试验结束后，阀腔中的低温氦气经过原来的压力管路回收进入气瓶，完成氦气的使用和回收过程。

3.1 低温试验对氦气纯度的要求

标准MESC SPE 77/200对低温试验时采用的试验介质要求如表1所示，低温试验中使用的氦气纯度应不低于97%，采用工业氦(纯度)99%)完全可以满足要求。

表1 MESC SPE 77/200对试验介质的要求

3.2 低温试验对氦气纯度的影响

低温试验过程中，氦气纯度将产生一定的变化。

(1)室温下高压管路中的O₂、N₂、CO₂、Ar和水蒸汽等与氦气混合，降低其纯度。

(2)增压泵及其控制阀中的润滑油蒸汽与氦气混合，降低其纯度。

(3)无法被过滤器过滤的微小固体颗粒进入氦气中，降低其纯度。

同时，进入待测阀阀腔的氦气，由于低温的作用，O₂、N₂、CO₂、Ar、水蒸汽和润滑油蒸汽等杂质将被冷凝或固化，与氦气分离，从而起到纯化氦气的作用。对于微小固体杂质，必要时可采用活性炭吸附的方式去除，提高氦气纯度。

阀门低温试验要求对待测阀在冷媒中冷却一定的时间，足以将大部分杂质气体冷凝或固化，使氦气的纯度得到提高。因此，低温试验后氦气纯度并不会明显降低，满足回收和再次利用的条件。

3.3 氦气回收加热系统

低温试验结束后，低温氦气经过回收加热系统(图2)，由压差或者增压泵的作用进入氦气瓶，完成氦气的回收过程。未经加热回温的低温氦气进入高压管路系统，将对橡胶管路、增压泵以及高压气瓶等设备造成损坏，存在严重的安全风险。因此，低温氦气在回收之前必须加热至高压管路和设备可承受的温度范围。可采用空气自然对流换热与电加热结合的方式，通过智能控制系统实现对加热温度的自动化控制。

1.氮气或氦气气瓶2.气瓶调压阀3.加热系统4、9.截断阀

5.压力变送器6.待测阀7.冷媒8.低温容器10.流量计

图2 氦气回收加热系统

3.4 氦气回收率

氦气的回收率与多种因素有关。

(1)待测阀或高压管路密封不良，氦气向大气泄漏。

(2)增压泵增压比偏大，最小吸气压力偏高，过多残余氦气被泄放。

采用氦质谱检漏仪对待测阀进行微泄漏检测，排除阀门法兰、填料和管路接头处的漏点，选用合适增压比和吸气压力的增压泵，将有效提高氦气回收率，降低试验成本。

4 结语

低温阀门深冷试验中使用的氦气价格昂贵，对氦气进行回收再利用，将节约大量费用。回收之前，必须将低温氦气加热，可防控潜在的安全风险。试验前应排除压力管路系统中的漏点，选用合适的增压泵将提高氦气回收率。我国工业和实验室用氦气普遍依赖进口，因此对氦气进行回收再利用具有极大的经济价值。