井下消防洒水减压阀

煤矿井下消防洒水管道的减压方式一般 有两种:一种是采用降压水池减压,另一种是采用减压阀减压。但多年来由于国内减压阀产品的研制、开发大多数针对建筑工程,而通过行业鉴定、真正能使设计人员及用户放心选用的国产矿用减压阀几乎是空白,如果采用国外同类产品从设计选型到用户订货、施工安装、维修服务等方面有诸多不便。因此,在煤矿井下消防洒水管道上普遍采用的仍是降压水池的减压方式。 上海申弘阀门有限公司主营阀门有：减压阀(气体减压阀,可调式减压阀,水用减压阀,蒸汽减压阀近几年来,我院在进行煤矿井下消防洒水管道设计时遇到下列几个问题上海申弘阀门有限公司主营阀门有：减压阀(组合式减压阀,可调式减压阀,自力式减压阀
:(1)矿井瓦斯浓度高,井下所有电气设施必须采用防爆型。如华晋焦煤公司吕梁公司沙曲矿井,晋城矿务局寺河矿井等高瓦斯矿井采用降压水池其进水电动阀及水位控制装置必须采用防爆型
;
(2)巷道沿着煤层布置,有起伏变化,如寺河矿井在井筒采用降压水池减压后,井底车场至采区的巷道均处于上坡,减压后的管道又需增压才能满足采区用水的要求。
(3)煤层开采深度大,需多处设置降压水池,如新汶矿务局潘西矿井,井筒垂高900多米,在井筒设置了6处降压水池进行减压;
(4)为了使降压水池设置在合适的位置,增加了消防洒水管道的长度,如韩城矿务局象山矿井,其井下消防洒水管道从回风立井进入,为了满足巷道及采区的用水压力要求,降压水池不能设置在井底附近,需设置在斜井,这样增加了往返管路1000多米。上述遇到的几种情况如采用减压阀减压,则简单 方便,可根据不同的压力要求随意在干管上、支管上设置减压阀,使整个消防洒水管路简单、灵活、节水、节电,并可大大节省基建投资。鉴于这些情况,设计人员迫切希望能选到性能优良、质量可靠、能适应国情的减压阀来解决这些问题。 1996年4月,上海申弘阀门有限公司经过广泛接触,达成共识,决定联合研制、开发矿用比例减压阀产品,来满足煤矿井下消防洒水管道的减压需要。该项目被列入煤炭工业部
5九七年度煤炭工业设计科研项目计划
6,经过课题小组的不懈努力,已经完成了全部工作,并于1998年6月15日通过了煤炭部鉴定。

上海申弘阀门有限公司就阀门设备的有关设计、制造、供货、指导安装、调试、生产运转及技术服务和培训业务。除合同有关条款外，经双方授权代表进一步协商，对该批阀门设备技术方面确定如下协议：

控制阀的压力试验至关重要

摘要：控制阀是工业装置过程控制中重要的流体控制执行元件，同时是压力管道元件（承压设备）。为了保证控制阀的设备安全和应用安全，在生产制造、型式检验以及解体检修后的压力试验至关重要。控制阀的检验和试验和工业阀门的检验和试验是有差别的，在压力试验项目和要求、试验条件方面的规定有些不同，尤其是阀座泄漏分级和要求上不同。国际标准IEC 60534-4：2006构建了控制阀检验和试验的项目和方法的基础框架，特别强调了检验和试验的要求，明确规定了控制阀压力试验中的壳体流体静压试验和阀座泄漏试验是强制性试验项目，必须严格执行。

关键词：控制阀压力试验；强制性要求；试验方法

引言

控制阀是工业装置过程控制中重要的流体控制执行元件，同时是压力管道元件（承压设备）。为了保证控制阀的设备安全和应用安全，在生产制造、型式检验以及解体检修后的压力试验至关重要。控制阀的压力试验通常包括壳体及其固定连接处的液体静压试验（耐压强度试验和静密封泄漏试验）、填料密封试验（动密封泄漏试验）、阀座泄漏试验，按照相关标准和技术规范所规定的试验程序和要求进行验证，其中壳体流体静压试验（Shell hydrostatic test）和阀座泄漏试验（Seat leakage test）被国际标准IEC 60534-4：2006规定为强制性试验项目，必须严格执行。

指导控制阀压力试验的标准

指导和规范控制阀压力试验的现行标准有：国际标准IEC 60534-4：2006《Industrial-process control valve – Part 4: Inspection and routing testing（工业过程控制阀 第四部分：检验和例行试验）》、中国国家标准GB/T 17213-4-2005《工业过程控制阀 第四部分：检验和例行试验》（IEC 60534-4：1999 IDT）、GB/T 4213-2008《气动调节阀》，以及适用逸散性介质控制阀的采用修改ISO 15848-2：2006的中国国家标准GB/T 26481-2011《阀门的逸散性试验（ISO 15848-2：2006.MOD ）》。对于特殊结构、特殊用途的控制阀，制造商或用户或引用其它相关标准，有时会另外制定标准或技术规范规范并要求执行。

目前世界各国多已接受IEC 60534-4，并与其*新版（2006-6 Ed 3.0版）保持一致性，例如欧洲标准为EN 60534-4-2006、德国标准为DIN EN 60534-4-2007、日本标准为JIS B2005-4-2012。除此之外，欧盟还要求各成员国强制执行有关承压设备的97/23/EC 指令《Pressure Equipment Directive（PED ）》，以及通行欧洲标准EN 12266-1-2012《Industrial valves – Testing of metallic valves – Part 1: Pressure tests, test procedures and acceptance criteria – Mandatory requirements（工业阀门- 金属阀门的试验 –*部分：压力试验、试验过程和验收标准 – 强制性要求）》（该标准基于ISO 5208）和EN 12266-2-2012《Industrial valves – Testing of metallic valves –Part 2: Tests, test procedures and acceptance criteria – Supplementary requirements（工业阀门- 金属阀门的试验 –第二部分：试验、试验过程和验收标准 – 补充性要求）》以及EN 1349-2013《Industrial-process control valve （工业过程控制阀）》。美国还通行美国国家标准/美国国际自动化学会标准ANSI/ISA 75.19.01-2013《Hydrostatic Testing of Control Valves（控制阀的流体静压试验）》和美国国家标准/美国流体控制学会标准ANSI/FCI 70-2-2013《Control valve seat leakage（控制阀阀座泄漏）》。由于各国具体情况不同，上述标准之间还是存在一定差异的，但在控制阀压力试验项目和试验方法及要求上基本相同，各标准有着相互借鉴的关系。

控制阀的检验和试验和工业阀门的检验和试验是有差别的，在压力试验项目和要求、试验条件方面的规定有些不同，尤其是阀座泄漏分级和要求上不同。我国相当一部分控制阀制造厂是由通用工业阀门厂扩证发展而来，对控制阀压力试验的相关标准有些生疏，习惯性地沿用工业阀门压力试验的相关标准，如国标GB/T 13927工业阀门 压力试验（GB/T 13827-2008，ISO/DIS 5208:2007，MOD ）、国标GB/T 26480-2011 阀门的检验和试验（修改采用API 598-2009）、机械行业标准JB/T 9092-1999《阀门的检验和试验》以及美国石油协会标准API 598-2009《Valve Inspection and Test（阀门检验和试验）》、国际标准化组织标准ISO 5208：2008《Industrial valves – Pressure testing of metallic valves（工业阀门–金属阀门的压力试验）》、美国阀门和管件工业制造商标准化协会标准MSS SP-61-2009《Pressure Testing of Valves（阀门的压力试验）》，等等。这些工业阀门的压力试验标准可以借鉴，但是不应该直接引用到控制阀的压力试验上。还有些厂家仍在引用已作废的标准，如ASME B16.104。实际上早在1998年ASME 就取消了ASME B16.104的标准号并将此项标准工作移交给美国流体控制学会FCI ，虽然FCI 70-2标准是在1970年11月采用ASME B16.104建立的，但经过了1998年与IEC 60534-4保持一致性的修订以及后来多次澄清和编辑性修改，*新版本为ANSI/FCI 70-2-2013。

控制阀压力试验的标准概述

国际标准IEC 60534-4构建了控制阀检验和试验的项目和方法的基础框架，适用于压力等级不超过CL 2500磅级（PN 420）的控制阀、且仅为气动执行机构的配置。2006年6月Ed3.0版是对1999年 Ed2.0版的升级，特别强调了检验和试验的要求，明确规定了控制阀压力试验中的强制性试验项目，在“4.要求”条目中规定“每台控制阀都要进行表1的强制性试验”，“补充试验由买方和制造商的合同约定”，图1为IEC 60534-4：2006表1的截图。要求的试验项目：壳体流体静压试验（4.1条）、阀座泄漏试验（4.2条）、额定行程试验（4.4条）是强制的（Mandatory ）；填料密封试验（4.3条）、死区（4.5条）、流通能力和流量特性（4.6条）是补充的（Supplementary ）。并在试验方法中对壳体流体静压试验（5.4条）、阀座泄漏试验（5.5条）、填料密封试验（5.6条）做出具体规定。

图1 IEC 60534-4：2006的表1截图

控制阀的压力试验至关重要

国标GB/T 17213.4-2005是等同IEC 60534-4：1999 Ed2.0版的，还没有升级修改。或许是由于IEC 60534-4：2006 Ed3.0版明确分类了强制性试验和补充性试验，等同*新标准或保持一致性有待于标准起草单位对条文内容的工作验证。日本也是直到2012年才完成此标准升级，发布和实施等同的JIS B2005-4-2012。 国标GB/T 4213规定了工业过程控制系统用气动调节阀（控制阀）的产品分类、技术要求、试验方法、检验规则等，GB/T 4213-2008替代GB/T 4213-92，并对公称通径系列及公称压力等级系列进行了修改和补充，对技术要求作了修改，在检验规则中增加了阀单独出厂时泄漏量试验要求。标准的5.6.5强调了“在计算确定泄漏量的允许值时，阀的额定容量应按GB/T 17213.2规定的方法计算”，并条件判定修订为与IEC 标准相一致的“阻塞流公式条件判定”，阀额定容量的计算公式更是按规定试验条件对系数取值并圆整后的，使用起来较简便。6.9条中规定了符合IEC 标准的泄漏量的试验程序。GB/T 4213-2008在技术要求的16项中与压力试验有关的有泄漏量（5.6条）、填料函及其它连接处的密封性（5.7条）、气室的密封性（5.8条）、耐压强度（5.9条），并在试验方法中做出具体规定（6.2、6.3、6.9、6.10条）、在检验规则中对出厂检验和型式检验提出不同的项目要求。

国标GB/T 26481-2011修改采用 ISO 15848-2:2006《工业阀门 逸散性介质泄漏的测量、试验和鉴定程序 第2部分：阀门产品验收试验》并重新起草。该标准规定了逸散性介质用阀门逸散性试验的术语和定义、检验、试验、标志、阀门的合格证和再试验，以及吸气法的泄漏测量方法，适用于介质将会产生挥发性污染气体或危险性气体的切断阀和控制阀，对其阀杆（或轴封）和阀体连接处的外漏评定的试验程序。主要针对产品的型式检验和试验，或由制造厂和用户双方协议决定该项试验，要在控制阀压力试验合格后再进行逸散性试验。试验介质为97%的氦气，试验压力为0.6MPa ，在控制阀压力试验后进行逸散性试验的氦检漏。对阀杆密封处的密封等级分为A 、B 、C 三个等级：A 级适用典型结构为波纹管密封或具有相同阀杆密封的角行程阀，泄漏量值≤50ppmv；B 级适用典型结构为PTFE 填料或橡胶密封，泄漏量值≤100ppmv ；B 级适用适用典型为柔性石墨密封，泄漏量值≤1000ppmv。

ANSI/ISA 19.01-2013规范了控制阀的壳体流体静压试验，在相关管道规范、压力分等、材料应用方面考虑周到。按ASME 标准规定不同材料的试验压力，例如将钢、镍基和其它合金的铸件、锻件、板材、棒材分成3个材料大组，按ASME B16.34中的材料压力-温度关系等技术规格详细列表各材料组壳体流体静压试验的试验压力（bar 和psig ），为38℃（100℉）工作压力的1.5倍，还例如按ASME B16.1来规定铸铁阀的试验压力。试验介质为不超过52℃的水，试验压力持续时间则按不同压力等级而不同。

控制阀的压力试验

控制阀的压力试验项目为液体静压试验、阀座泄漏试验、填料密封试验，试验方法主要依据IEC 60534-4：2006。

图3 图

控制阀的压力试验至关重要

控制阀压力试验

控制阀的压力试验至关重要

3 控制阀压力试验示意图 图2 控制阀压力试验-试验台

控制阀的压力试验至关重要

1. 液体静压试验

液体静压试验是对阀体和阀盖等连接而成的整个阀壳体进行的冷态压力试验，目的是检验阀壳体、包括固定连接处在内的整个壳体的结构强度、耐压能力和密封性（静密封外漏），是针对控制阀的强制性试验，每台控制阀出厂前均应进行液体静压试验，在试验过程中不得对阀施加影响试验设备的外力。试验的控制阀组件带或不带执行机构，但不包括焊接的接管、渐缩或渐扩变径管。试验时可暂时拆除在液体静压试验压力的作用下可能损坏的阀内部件，如波纹管、膜片、后座、阀杆填料等。

壳体静压试验压力可根据阀体的设计规范和标准确定，或者为不低于20℃时额定压力的1.5倍，取其中较为合适的值。表1和表2（ANSI/ISA标准）给出可供参考的试验压力数值。如果阀有两个额定压力（入口额定压力大于出口额定压力）。有必要用一个临时的阻隔件将阀的高压部分与低压部分分隔，然后用相应的压力分别进行试验。试验用的压力仪表应满足其测量误差不超过试验压力的5%，仪表量程不大于试验压力的两倍。

试验使用5-50℃的水（水中可含水溶油或加防锈剂）。阀体端部应密封，使工作受压部分（阀内腔）同时承受试验压力，试验保压持续时间不少于表3（或表4）的规定值。试验期间，控制阀应处于部分开启或全开位置，应预先采取措施清楚阀内的残余空气。经与用户商定，液体静压试验可在部件上进行。如果液体静压试验在部件上进行，控制阀组装后应该进行压力不超过0.6MPa 的气体压力试验。

液体静压试验的验收：壳体上不能有任何肉眼可见的泄漏和渗漏。除非应用的控制阀产品标准另有规定，当压力在1.1倍的室温下允许工作压力之下时，阀杆密封是不能在壳体静压试验中有肉眼可见的泄漏。

表1 试验压力（公称压力PN ）

控制阀的压力试验至关重要

控制阀的压力试验至关重要

控制阀的压力试验至关重要

表2 试验压力（磅级Class ，ANSI/ISA 75.19.01-2013） 表3 壳体静压试验持续时间

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表4 壳体静压试验*小时间（ANSI/ISA 75.19.01-2013） 2. 阀座泄漏试验

控制阀阀座泄漏试验是验证阀芯阀座在运行中的紧密程度和符合设计要求及标准分级的内漏量值，保证应用安全。阀座泄漏量是指在规定的试验条件下，试验介质流过关闭状态控制阀的流量。试验介质为常温下的液体（水）或气体（清洁的空气或氮气）。试验条件包括气动执行机构调整到符合规定的工作条件并施加所需的关阀推力或扭矩、试验介质施加在阀体的正常或规定入口、阀体出口通大气或连接低压损测量装置及其出口通大气，等。使用水试验介质时，要先打开控制阀，让水充满阀体及出口管道，再将控制阀关闭，避免水中夹带气体。

IEC 60534-4-2006标准规定了2个阀座泄漏试验的试验程序：

试验程序1：试验介质的压力应在300kPa - 400kPa （3bar-4bar ）表压之间，如果此压力低于350kPa （3.5bar ），则应在买方规定的*大工作压差±5%的范围内。

试验程序2：试验压差应在买方规定的控制阀前后*大工作压差±5%以内。

阀座泄漏量与泄漏等级、试验介质和试验程序、阀额定流量系数和阀额定容量有关。试验压力的不同取值及压力单位影响阀额定容量计算过程，这一点要在阀座泄漏试验的计算中加以注意。泄漏等级、试验介质和试验程序和阀座*大泄漏量应符合表5的规定。ANSI/FCI 70-2-2006规定的泄漏等级、试验介质和试验程序和阀座*大泄漏量见表6，可以参照。

控制阀的压力试验至关重要

表5 IEC 60534-4-2006规定的泄漏等级和阀座*大泄漏量3. 填料密封试验

填料密封试验用于检验阀杆填料密封（动密封）的外泄漏，这个试验可以和阀座泄漏试验同时进行。填料压紧程度应符合制造厂技术要求并在试验期间始终保持压紧。试验介质为常温的洁净空气，控制阀入口压力应在300kPa - 400kPa（3bar-4bar ）表压之间，如果此压力低于350kPa （3.5bar ），则应在买方规定的*大工作压差±5%的范围内。试验在阀的两个全行程动作中应没有肉眼可见的泄漏，使用检漏剂或将阀浸入水中进行验证。

结束语

控制阀压力试验是*重要的试验项目，壳体及其固定连接处的液体静压试验、填料密封试验、阀座泄漏试验，以及更高要求的逸散性试验，都应按照标准严格执行，试验压力和试验持续时间都得到有效的保证，做到试验数据合理、验证合格。了解控制阀检验和试验的现行标准，做好技术基础工作，提升*水平，推行高标准高要求的控制阀压力试验，既有产品质量和技术层面的追求，也是*精神和注重安全环保的体现。

一、本技术协议选用中乙方生产的阀门设备，必须完全满足甲方井筒及井下消防洒水工程项目正常生产使用的要求。

二、供货规格型号、数量，由甲方提供数据,详见附表一。

三、技术生产要求

1、一般要求

1）阀门制作的图样及设计文件应符合国家有关标准的规定，并经规定程序予以审核、批准。

2）公称通径按GB/T1047-2005《管道元件  DN(公称尺寸)的定义和选用》优先选用。

3）公称压力系列按GB/T1048-2005《管道元件  PN(公称压力)的定义和选用》优先选用，公称压力PN后面的数字单位为（bar）。

4）压力-温度等级

阀门的压力-温度等级符合GB/T9124-2000  《钢制管法兰技术条件》

使用规定的压力为6.4mpa，阀体理应承受负荷的2倍压力保持20分钟，温度应达到甲方使用标准-5℃～425℃

5）法兰的结构形式及尺寸符合GB/T9113-2000 《整体钢制管法兰》的规定。

6）机械加工件应符合YB/T036.17《冶金设备制造通用技术条件　机械加工件》的规定。

7）热处理件应符合YB/T036.16《冶金设备制造通用技术条件　热处理件》的规定；

2、材质

阀体材质选用WCB高碳钢且化学成份、力学性能应符合YB/T036.3、GB/T700、GB/T699、GB/T3077标准的规定。主要零部件材料应根据使用温度、工作压力、介质等因素选用。使用温度在-5℃～425℃时，阀内各部件应选用耐热钢。阀杆材质采用不锈钢2Cr13；螺栓采用高强度螺栓（10.9级），且硬度与强度均大于阀杆；阀杆衬套材质为青铜套，其硬度与强度均应不大于阀杆，且在水浸泡状况下与阀杆、阀体不形成电化学腐蚀。

3、阀体铸造要求

    1）阀体内外腔表面要求光滑平整、披缝飞边清理干净。

2）要求无粘砂、无夹渣、无裂纹缺陷。

3）要求无明显气孔、砂眼、少肉等其它缺陷。

4）铸造尺寸公差按照±１／２ＩＴ１２级执行。

5）铸造材料、造型方法、铸造条件等符合JB／ZQ4000.5《铸件通用技术要求》的规定。

4、密封面

1)阀座密封面堆焊合金钢，用“H”表示。

2)堆焊的密封面，加工后其堆焊层厚度应不小于2mm，堆焊后应充分消除应力。

3)阀座、阀瓣&阀球密封面须经研磨，平面度误差不低于GB／T1184－1996标准5级精度的规定，表面粗糙度应不大于Ra0.8μm。

4)阀体两法兰端面应相互平行并与管道轴线垂直，其平行度和垂直度误差按GB／T1184－1996标准K级精度的规定。

5、轴端支撑及密封：

    根据使用温度，轴承座应满足使用要求，并采用抗磨油性石墨密封填料。

6、尺寸要求

1）法兰的尺寸公差包括法兰厚度和法兰外径、密封面直径、螺栓孔中心圆直径、相邻两螺栓孔的弦距、任意两螺栓孔的弦距、螺栓孔直径、螺栓孔中心圆与加工密封面的同轴度公差等执行GB/T9124-2000 《钢制管法兰技术条件》的规定。

2）阀门的结构长度公差按GB/T12221-2005 《法兰连接金属阀门结构长度》的规定执行和JB2205减压阀结构长度的规定。

7、强度及安全性要求

1）阀座、阀瓣/阀球、轴及其它部件采用的材料必须满足相应工作温度强度和刚度的要求。

2）阀体应能承受介质*大压力的2倍的负荷、阀瓣/阀球应能承受1.5倍的负荷而不产生变形。

五、检验与试验

    4、性能试验

1、 强度试验: 参照GB/T13927  通用阀门  压力试验进行。

a.试验前，不允许对阀门涂漆或使用其它防止渗漏的涂层，对已涂过漆的乙方库存阀门，甲方要求重做试验时，则不需除去涂层、费用由乙方承担

b.试验步骤：

   阀体圆法兰两端上盲板，加密封垫，压紧填料压盖，以便保持试验压力。阀瓣&阀球处于部分开启状态。给体腔充满试验介质，逐渐加大到试验压力，然后对壳体进行检查。要求壳体承压壁及阀体各连接处不得有可见渗漏，阀体不应有结构损伤。

   如无特殊规定，在壳体试验压力下，允许填料处渗漏，但当试验压力降到密封试验压力时，应无可见渗漏。

c. 试验压力为20℃时*大允许工作压力的1.5倍。

2)密封试验：

以设计给定的方式关闭阀门，封闭阀门高压侧，引入介质（水）并逐渐加压到试验压力，试验压力为阀门公称压力的1.1倍（或按甲方给定的密封压力试验）。如果甲方有特别要求，将在订货合同中另行规定。

4)压力试验及密封试验*短持续时间为10分钟。

六、检验要求：

1、每台产品必须由乙方质检部门按本协议和相关技术文件规定逐项检查，合格后方可出厂。

2、如甲方对产品有特殊要求时，检验与试验按其它约定并参照本协议进行。

七、包装要求

    1、包装

1) 阀门两侧应设或轻质堵板固封。 

2) 中、小口径阀门应以草绳捆扎，并以木板箱盛装。

3) 大口径阀门采用简易木条框架固体包装，按YB/T036.21-92 《冶金设备制造通用技术条件包装》标准执行。   

八、安装与使用

1、阀门与管道相联时,管道两端法兰要平行、同心，不得强力联接。

2、阀门要垂直安装。阀门具有方向性，不得反装。

减压阀连接示意图

九、交货时应提交的技术资料

1、产品合格证、阀门校验报告及出厂合格证。

2、使用说明书1份，包含以下相关数据：阀门规格；型号；工作压力；制造标准；阀体材质；阀杆材质；密封材质；阀轴填料材质；阀杆轴套材质；操作启动方向；制造厂厂名；出厂日期；出厂编号；连接法兰盘的孔径、孔数、中心孔距；以图示方式标明整体长、宽、高的控制尺寸；阀门出厂检测的相关数据及安装、维护的注意事项等。