關(guān)鍵閥門在LNG模塊化建造中的測試方法分析

冷濤田張曉

（海洋石油工程股份有限公司）(青島德固特節(jié)能裝備股份有限公司）

關(guān)鍵閥門在LNG模塊化建造中的測試方法分析

冷濤田*張曉

（海洋石油工程股份有限公司）(青島德固特節(jié)能裝備股份有限公司）

關(guān)鍵閥門是LNG工廠極為重要的隔斷和控制設(shè)備，對保障各類單體生產(chǎn)設(shè)備和工藝生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有重要意義。詳細(xì)分析了LNG模塊化建造在其調(diào)試階段如何對關(guān)鍵閥門進(jìn)行測試，提出了測試的技術(shù)要點(diǎn)及注意事項。

關(guān)鍵閥門模塊化建造測試方法安全閥行程測試泄漏測試法蘭

在液化天然氣核心工藝模塊建造項目中，關(guān)鍵閥門因其在工藝生產(chǎn)中的特殊作用，測試的標(biāo)準(zhǔn)較高，測試的步驟較多，是工藝系統(tǒng)管線建造與調(diào)試的必經(jīng)環(huán)節(jié)和關(guān)鍵路徑之一。因此，掌握關(guān)鍵閥門的測試技術(shù)要點(diǎn)和測試步驟，對加強(qiáng)建造與調(diào)試各個環(huán)節(jié)的有效銜接，提高建造與調(diào)試的效率意義重大。本文依托正在進(jìn)行的YAMAL LNG模塊化建造項目，結(jié)合已完工的ICHTHYS LNG模塊化建造項目、GORGON模塊化建造項目，探討了關(guān)鍵閥門的測試以及相關(guān)的注意事項，可對項目的優(yōu)質(zhì)高效交付以及后續(xù)承攬LNG模塊化建造項目提供參考。

1 關(guān)鍵閥門定義

在液化天然氣（LNG）核心工藝模塊中，從項目伊始，就須根據(jù)工藝要求定義關(guān)鍵閥門的種類和數(shù)量[1]。在系統(tǒng)和子系統(tǒng)劃分階段，需要在工藝流程圖上明確對關(guān)鍵閥門進(jìn)行識別并編號。據(jù)此，試壓程序應(yīng)明確完成試壓后才能安裝關(guān)鍵閥門，管線系統(tǒng)清潔程序需規(guī)定關(guān)鍵閥門安裝前后進(jìn)行清潔檢查并作好記錄，氣密（GALT）程序和最大壓力（MOP）測試程序需定義關(guān)鍵閥門泄漏測試的技術(shù)要求。

定義如下情況的閥門為關(guān)鍵閥門：

（1）工藝安全閥和緊急關(guān)斷閥。

（2）用于關(guān)鍵工藝處理系統(tǒng)的手動隔離控制閥、儀表控制類閥門（公用氣、飲用水、生產(chǎn)水等系統(tǒng)除外）。

LNG管廊（PAR）模塊的關(guān)鍵閥門數(shù)量較少，單列LNG主管廊模塊關(guān)鍵閥門不超過20個。核心工藝模塊（PAU）中關(guān)鍵閥門的種類和數(shù)量較多。以亞馬爾天然氣模塊（YAMAL LNG）建造項目為例，共有3列核心工藝模塊，其中單列12個模塊中總計有266個關(guān)鍵閥門，即170個儀表控制關(guān)鍵閥門和96個手動控制關(guān)鍵閥門。

2 關(guān)鍵閥門測試步驟

2.1 關(guān)鍵閥門測試階段分類

關(guān)鍵閥門測試分為如下四個階段（如表1所示）：第一階段，廠家的出廠測試報告，要求測試數(shù)據(jù)詳實、報告齊全，如果條件允許，可以選派配管和儀表工程師見證廠家出廠測試。第二階段，關(guān)鍵閥門到達(dá)建造場地后，一般在安裝前，先在車間內(nèi)對其進(jìn)行測試，測試合格并與業(yè)主聯(lián)合簽署檢查測試單后，才能進(jìn)入到模塊安裝階段。第三和第四階段為安裝后的測試，分別為預(yù)調(diào)試階段工藝系統(tǒng)氣密測試期間進(jìn)行的低壓測試和調(diào)試階段最大壓力泄漏測試期間進(jìn)行的高壓測試。

表1 關(guān)鍵閥門四個測試階段

2.2 關(guān)鍵閥門測試特點(diǎn)

（1）關(guān)鍵閥門的測試項

對于單個關(guān)鍵閥門其測試項分為兩類，一是行程測試（stroke test），二是氣體泄漏測試（leak test）。行程測試，即通常意義下的標(biāo)定過程，針對的是儀表控制關(guān)鍵閥門。也就是使用氮?dú)饣蛘吒稍锟諝庾鳛殚_啟氣源，以24 V電源、直流電流信號源等控制電磁閥開度，檢查測試閥門是否按照規(guī)格書要求正常啟閉，開度是否符合要求。氣體泄漏測試，主要是用干燥空氣對閥門的密性進(jìn)行測試。

關(guān)鍵閥門的測試項分類如表2所示。

（2）關(guān)鍵閥門安裝方式

關(guān)鍵閥門的安裝方式不同，測試項也有所不同。對于儀表控制類閥門，行程測試沒有區(qū)別，有區(qū)別的是泄漏測試。關(guān)鍵閥門主要有兩類安裝方式：一類是法蘭端面的閥門，這類閥門無論是在車間還是在模塊上，均要進(jìn)行泄漏測試；另一類是焊接端面的閥門，在車間測試階段，這類閥門由于無法在兩側(cè)端面實施密封措施，因此無法進(jìn)行泄漏測試，只能在模塊上焊接完成后才能進(jìn)行泄漏測試。

表2 關(guān)鍵閥門測試項分類

3 建造場地關(guān)鍵閥門典型測試技術(shù)要點(diǎn)

3.1 車間測試

根據(jù)關(guān)鍵閥門特點(diǎn)和模塊安裝需求編排出測試計劃，鎖定相關(guān)測試資源，例如提前預(yù)制關(guān)鍵閥門測試的臺架、測試的盲板、氣源等。

對于儀表控制閥門，首先需要進(jìn)行行程測試，測試閥門本身的控制是否完好。行程測試完成后進(jìn)行氣體密性測試，密性測試方法如圖1所示。測試壓力為6×105Pa，使用的氣體為氮?dú)饣蚋稍锟諝猓紤]到場地資源，使用干燥空氣較為方便。是否泄漏的標(biāo)準(zhǔn)：以加壓側(cè)壓力是否變化，另一側(cè)檢查是否有氣泡冒出為檢測參數(shù)，然后根據(jù)規(guī)格書查表核對其泄漏量是否在最大允許泄漏量控制范圍之內(nèi)。

圖1車間測試示意圖

完成車間測試并填寫完工檢查單后，即可釋放至現(xiàn)場安裝。

3.2 關(guān)鍵閥門安裝后的測試

關(guān)鍵閥門安裝后的測試分為兩步，第一步為工藝系統(tǒng)氣密（GALT）期間的測試，第二步為最大壓力（MOP）測試期間的測試。兩者的測試方法和測試流程是相同的。關(guān)鍵閥門的測試方法：完成氣密和MOP測試后，關(guān)鍵閥門所在的下游管線泄壓，繼續(xù)觀察壓力表的壓力。如果壓力表指數(shù)下降，表明此關(guān)鍵閥門泄漏；若壓力表在20 min內(nèi)無變化，表明此關(guān)鍵閥門無泄漏?；蛘?，可以使用超聲波檢測儀檢測關(guān)鍵閥門的法蘭處是否有泄漏。

兩者唯一不同的是測試的壓力不同，氣密測試的壓力低于7×105Pa，而最大壓力測試的壓力大于等于7×105Pa，有的系統(tǒng)壓力甚至達(dá)到了80×105Pa。高壓泄漏測試往往是出問題最多的環(huán)節(jié)，幾乎已完工的模塊在MOP測試期間都出現(xiàn)過閥門泄漏的問題。泄漏原因主要有兩類：一是閥門本身的質(zhì)量問題，需要廠家現(xiàn)場維修或者更換；二是現(xiàn)場保護(hù)不到位，例如關(guān)鍵閥門所在的管線內(nèi)部清潔未達(dá)標(biāo)即進(jìn)行了閥門安裝，致使雜質(zhì)進(jìn)入到閥門密封處。因此，對現(xiàn)場管線的保護(hù)必須嚴(yán)格按照項目保護(hù)程序嚴(yán)格執(zhí)行，否則得不償失。

（4）從布管區(qū)和非布管區(qū)的應(yīng)力分布圖可以看到，非布管區(qū)的應(yīng)力明顯大于布管區(qū)的應(yīng)力，而布管區(qū)管孔處的應(yīng)力由于受非布管區(qū)彎曲應(yīng)力的影響，從非布管區(qū)往布管區(qū)呈逐漸遞減的狀態(tài)。在以后的換熱器定期檢驗中，我們應(yīng)根據(jù)管孔的應(yīng)力分布情況，有重點(diǎn)、有針對性地進(jìn)行檢驗。

[1]陸征，蔣國．螺桿膨脹機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用[A]．見：2010年設(shè)備、機(jī)泵、攪拌年會會刊[C]．2010.

[2]GB/T 151—2015熱交換器[S].

[3]劉天豐，陳建良，林興華．非對稱管殼式換熱器的三維有限元結(jié)構(gòu)分析[J]．壓力容器，2009(3)：27-31.

[4]李永泰，顧永干，李勇,等．EA-304非對稱換熱器管板應(yīng)力分析計算[J]．壓力容器,2009(8)：10-14.

[5]劉天豐．非對稱管殼式換熱器結(jié)構(gòu)分析及改進(jìn)中的問題研究[D]．杭州：浙江大學(xué)，2005.

[6]Merah N，Al-zayer A，Shuaib A，ect．Finite element evaluation of clearance effect on tube-tubesheet joint strength[J]．International Journal of Pressure Vessels and Piping，2003，80：879-885.

[7]GB 150—2011壓力容器[S].

[8]JB 4732—1995鋼制壓力容器——分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（2005年確認(rèn)）[S].

每一次進(jìn)行的氣密測試和最大壓力泄漏測試所包含的關(guān)鍵閥門數(shù)量不一，最多一次達(dá)到24個關(guān)鍵閥門。在進(jìn)行MOP作業(yè)時，涉及到高壓作業(yè)，一般需對整個模塊進(jìn)行強(qiáng)制隔離，隔離的時間應(yīng)該統(tǒng)籌考慮關(guān)鍵閥門的測試時間。

4 總結(jié)

關(guān)鍵閥門測試是一個不容忽視的測試環(huán)節(jié)。系統(tǒng)化認(rèn)識關(guān)鍵閥門測試在工藝系統(tǒng)上的重要作用和準(zhǔn)確掌握測試方法，對LNG工廠模塊化建造調(diào)試的工期、安全、降本增效等有著重大的意義，對后續(xù)承攬LNG模塊、提高核心競爭力也具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]楊利平．運(yùn)行裝置閥門泄漏的原因分析及應(yīng)對措施[J].化學(xué)工程與裝備，2012（2）：109-111.

[2]王鐵民．關(guān)鍵閥門安全附件現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].石油化工安全技術(shù)，2005，21（3）：42-44.

(收稿日期：2015-12-12)

Analysis of Test Method of Critical Valve in LNG Modularization Project

Leng TaotianZhang Xiao

The critical valve is the crucial cut-off and control equipment for the LNG plant,which is of great significance for the proper functioning of the monomer production equipment and the process system.Moreover,the test method of the critical valve in the LNG modularization project during the debugging phase is analyzed in detail while the technical essentials and the notes are proposed.

Critical valve;Modularization project;Test method;Safety valve;Stroke test;Leakage test;Flange

TQ 050.6

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.12.009

2016-03-20）

*冷濤田，男，1983年生，碩士，工程師。天津市，300452。