探討了閥門用抗爆O 形圈快速泄壓檢測技術(shù)的基本原理、試驗方法與步驟、結(jié)果評價及檢測裝置的設(shè)計，提出并解決了檢測模具的設(shè)計、加熱與溫度準確控制方式等技術(shù)關(guān)鍵。

1、概述

　　目前，國內(nèi)石化及天然氣高壓閥門采用的抗爆O 形圈基本由國外進口，其價格是國內(nèi)同類產(chǎn)品的數(shù)十倍。其主要原因是我國缺乏抗爆O 形圈產(chǎn)品質(zhì)量失效評價檢測技術(shù)，即國際通用的快速泄壓( Rapid Gas Decompression - RGD) 檢測技術(shù)，以及相應(yīng)的檢測標準技術(shù)規(guī)范體系。通過對閥門用抗爆O 形圈RGD 檢測技術(shù)的研究，及RGD 檢測裝置的研制，完善了O 形圈失效分析與檢測手段。

2、檢測原理

　　美國石油協(xié)會標準API 6D 中規(guī)定，壓力在CL600( 10MPa) 及以上用于碳氫化合物氣體介質(zhì)的閥門，其O 形圈應(yīng)選擇抗爆O 形圈。美國TOTAL 公司通用技術(shù)規(guī)范“管道閥門”規(guī)定，除Class A 級( 即介質(zhì)為水、空氣、氮氣、液態(tài)油，溫度為室溫～ 75℃，用于灌水等工況) 外的其他等級用O 形圈必須通過RGD 或AED ( Anti - explosion Decompression) 測試。NORSOK M710 標準給出的RGD 定義是承壓設(shè)備內(nèi)部快速壓力降低導致滲入彈性材料( 如O 形圈) 的介質(zhì)膨脹以致爆破的檢驗方法。其前提是承壓設(shè)備內(nèi)部的壓力降低速率必須大于滲入彈性材料內(nèi)部的介質(zhì)的擴散速率。目前，RGD 或AED 檢測技術(shù)在國外逐步得到認可和推廣。

　　所有彈性材料都有一定的滲透性，當滲入密封圈內(nèi)的氣體壓力被釋放時，進入密封件內(nèi)的氣體膨脹并試圖向低壓方向逸散，如果突然泄壓，密封圈就會像氣球那樣爆破。在某些含氧的情況下，密封圈會由于急劇泄壓而燒毀。Park 公司對密封圈快速泄壓進行了大量的研究，并推薦采用N380 - 80 橡膠材料。挪威標準M710 將抵抗RGD 爆破性能列為密封件材料選擇的重要指標之一，并制定了RGD檢測技術(shù)規(guī)范。

3、RGD 試驗與分析

　　3.1、試驗條件

　　各標準對O 形圈RGD 試驗的規(guī)定見表1。

表1 抗爆O 形圈RGD 試驗條件

續(xù)表1

　　3.2、試驗步驟

　　目前，國內(nèi)外針對O 形圈的RGD 試驗均采用NORSOK M710 或美國TOTAL 公司的技術(shù)規(guī)范( 表2) 。

表2 RGD 試驗步驟

　　3.3、結(jié)果評價

　　當抗爆O 形圈試樣經(jīng)過RGD 帶壓熱循環(huán)試驗后，將試樣按徑向等分切成四段( 圖1) ，用顯微鏡或至少可放大10 倍的放大鏡觀察試樣橫截面上內(nèi)裂紋情況，進行等級評定( 表3) 。一般情況下，RGD試驗后，被測抗爆O 形圈的結(jié)果評價等級超過3 級即可以拒收。圖2 為RGD 試驗后O 形圈試樣截面典型示意圖，由于該試樣橫截面上出現(xiàn)超過8 條的內(nèi)裂紋，且有1 條以上的內(nèi)裂紋長度超過橫截面直徑的80%，但無貫穿性裂紋，故而評為4 級。

　　4.2、溫度控制

　　針對O 形圈RGD 檢測過程的溫度要求( t≤200℃，誤差± 2℃) ，采用特制箱體氣體加熱方式，利用模糊自適應(yīng)PID 控制與可控硅調(diào)壓及計算機采集與反饋技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)RGD 檢測過程溫度快速、準確控制。

　　加熱箱中，根據(jù)材料質(zhì)量、體積、傳熱面積、傳熱系數(shù)和材料性質(zhì)等因素，確定加熱片的總功率，同時為保證傳熱均勻，溫度控制準確，在試驗箱體內(nèi)壁四周均布安裝功率相同的加熱片。箱體底部安裝不銹鋼支撐架，以支撐試驗?zāi)＞摺�溫度控制是利用模糊自適應(yīng)PID 算法和可控硅調(diào)壓控制加熱片實現(xiàn)( 圖5) 。

圖5 RGD 檢測溫度控制流程

　　首先，可控硅調(diào)壓器接收4 ～ 20mA 的信號，調(diào)整輸出電壓。輸出電壓改變，加熱片的功率隨之改變，進而控制加熱溫度。溫度控制過程中，選取2 個測溫點，分別監(jiān)測加熱箱體內(nèi)部環(huán)境氣體和模具內(nèi)部試驗介質(zhì)溫度。通過此對工藝過程進行溫度監(jiān)視，并將采集到的溫度信號反饋到控制器，進行整體的溫度控制，從而達到控制要求。RGD 檢測時，首先將加熱箱體內(nèi)部環(huán)境氣體溫度加熱并穩(wěn)定在規(guī)定值，然后將模具內(nèi)部試驗介質(zhì)溫度穩(wěn)定在檢測規(guī)定值及誤差± 2℃范圍內(nèi)。

5、結(jié)語

　　RGD 檢測抗爆O 形圈高壓的氣體滲透、擴散、膨脹、爆破等過程及橫截面裂紋等失效分析與結(jié)果評價，彌補了彈性材料拉伸、硬度等常規(guī)測試的不足，有助于指導高溫高壓碳氫化合物工況彈性材料( O 形圈) 的選擇與產(chǎn)品質(zhì)量改進，解決出口石油化工管道閥門密封件的技術(shù)問題，提高抗爆O 形圈產(chǎn)品的國產(chǎn)化率。