摘 要

摘　要：阐述自力式切断阀的分类和工作原理，介绍行业标准CJ／T 335—2010{城镇燃气切断阀和放散阀》的检验要求，以某型号自力式切断阀产品为例，详述5项检验项目的检验内容和检

摘　要：阐述自力式切断阀的分类和工作原理，介绍行业标准CJ／T 335—2010{城镇燃气切断阀和放散阀》的检验要求，以某型号自力式切断阀产品为例，详述5项检验项目的检验内容和检验方法——切断压力精度等级试验、响应时间试验、复位压差试验、极限温度适应性试验、耐用性试验，分析各种试验条件对切断阀性能的影响，提出了相关建议。

关键词：城镇燃气切断阀；  自力式；  检验；  试验

Inspection and Performance Analysis of City Gas Self-operated Slam-shut Valve

Abstract：The classification and working principie of self-operated slam-shut valve are expounded．The inspection requirements in the industry standards namely Slam-shut VaIres and Relief Valves for City Gas(CJ／T 335—2010)are introduced．Taking a certain type of self-operated slam-shut valve for example，the inspection contents and methods of five inspection items including shut-off pressure precision grade test，response time test，reset differential pressure test，limit temperature adaptability test and durability test are detailed．The influence of various test conditions on slamshut valve performance is analyzed，and the related suggestions are put fmlvard．

Keywords：city gas slam-shut valve；self-operated type；inspection；test

 

1　概述

燃气切断阀作为城镇燃气输配系统中重要的安全设备，广泛地应用于燃气输配厂站、各级调压站和调压箱内。燃气切断阀安装于调压器的上游管道上，其主要功能是，当调压器出现工作异常情况而导致出口压力过高或过低时，及时切断燃气通路(超压切断或欠压切断)，确保下游用户和设备的用气安全^[1-2]。城镇燃气切断阀一旦关闭后，一般需要人工复位，不能自动开启^[3]。切断阀的质量和性能直接影响到城镇燃气输配系统的安全可靠性。

现行城镇燃气切断阀产品标准为CJ／T 335—2010《城镇燃气切断阀和放散阀》(以下简称CJ／T 335—2010)，适用于该标准的切断阀为以城镇燃气(液化石油气除外)为工作介质、进口压力不大于4.0MPa、工作温度为-20～60℃、公称口径不大于300mm、以流经阀门自身的燃气作为驱动源的燃气自力式切断阀。

标准CJ／T 335—2010规定的试验条件和检验方法较为复杂，有些条款难于理解。为了提高和保证燃气自力式切断阀的产品质量，产品生产企业和检验机构必须对产品标准CJ/T 335—2010具有正确和深刻的理解及掌握。本文根据标准CJ／T 335—2010颁布实施后的大量检验经验，对标准CJ／T 335—2010的相关条款进行分析和解读，并对产品的检验和产品性能的改进提出建议。

2　燃气自力式切断阀的工作原理

2.1　自力式切断阀的分类

城镇燃气自力式切断阀根据组装方式不同，主要分为两大类：一种是作为独立的切断装置，安装于调压器之前，称为独立式切断阀，见图1；另外一种是集成于调压器上，作为调压器的辅助构件之一，称为嵌入式切断阀，见图2。

 

 

嵌入式切断阀与调压器共用一个阀口，嵌入式切断阀的切断装置在正常工况下处于开启状态，对阀口的开度不存在任何影响，调压器通过调压部件来调节阀口的开度，进而起到调压、稳压的作用。当切断阀的信号管所反馈的调压器出口压力超过切断阀切断压力设定值时，切断阀的切断装置立即切断阀口，调压器的燃气通路被切断。

2.2　自力式切断阀的工作原理

适用于CJ／T 335—2010的自力式切断阀主要为机械式切断阀。本文以结构如图3所示的切断阀(具有超压切断功能)为例，简要说明切断阀的工作原理。由信号管将信号压力pc反馈至控制器，当信号压力pc升高时，控制器的膜片和执行机构上移，关闭元件的位置不变。当信号压力pc超过切断阀的切断压力设定值时，执行机构和关闭元件分离，在弹簧的作用下下落，关闭元件落于阀座上，阀口关闭，切断阀关闭。在利用复位装置手动复位前，阀门一直保持关闭状态^[4]。

 

3　检验内容及检验方法

燃气自力式切断阀主要根据行业标准CJ／T 335—2010的检验要求进行检验。

3.1　检验内容

①城镇燃气切断阀的密封性试验和阀座密封性试验；

②城镇燃气切断阀的强度试验，包括承压件液压强度试验和膜片耐压试验；

③城镇燃气切断阀的流量系数检验；

④城镇燃气切断阀的切断性能试验，包括切断压力精度等级试验、响应时间试验和复位压差试验；

⑤城镇燃气切断阀的耐用性试验；

⑥城镇燃气切断阀的极限温度适应性试验。

本文主要介绍城镇燃气切断阀切断压力精度等级试验、响应时间试验、复位压差试验、极限温度适应性试验和耐用性试验等检验项目。

3.2　检验方法

以厂家声明参数(标称参数，见表1)的切断阀为例，详细分析切断阀的检验方法。

 

一般厂家声明的切断阀的切断压力设定值为一个范围dps＝ps,1～ps,2，切断阀的切断压力设定范围dps反映的是切断阀的切断性能，在使用过程中，需要根据燃气工况和安全性要求对切断阀的切断压力进行没定，即切断阀在实际工作过程中的设定压力ps是确定的。当燃气工况和安全性要求发生变化时，可对切断阀的设定压力ps进行重新设定，但设定的ps必须满足ps∈dps。

在切断阀的检验过程中，需要对切断阀的切断压力设定范围印。进行试验。切断阀由于使用过程中的安全陛要求不同，其结构不尽相同，其安全性切断功能也有所差别：

有的切断阀仅具有超压切断功能，有的切断阀仅具有欠压切断功能，而有的切断阀两种安全功能兼而有之。检验过程中，需要根据切断阀的安全性切断功能进行相应的检验。

值得注意的是，对于切断阀供货合同中有特殊要求的情况，即该产品用于特定工况，则切断阀的标称切断压力设定范围也可以是确定的值ps。

3．2．1切断压力精度等级试验

切断阀的切断压力精度等级，与调压器的稳压精度等级^[5]相似，指的是实际切断压力与切断压力设定值之间最大偏差的绝对值与设定值的比值乘以100，即：

 

式中AQ——切断阀的切断压力精度等级

pt——切断阀的实际切断压力，kPa

ps——切断阀的切断压力没定值，kPa

切断压力精度等级试验在常温(25℃±5℃)下进行，包括超压切断压力精度等级试验和欠压切断压力精度等级试验。

①超压切断压力精度等级试验

将切断阀按照CJ／T 335—2010的图l所示安装。根据CJ／T 335—2010的图l可知，切断阀的阀体承压由连接切断阀的试验管路压力决定，而输入切断阀控制器的信号压力pc则由与试验管路不相关的另外一组控压系统决定，即阀体承压与输入切断阀控制器的信号压力pc彼此独立。为了模拟切断阀工作过程中的全部工况，试验条件选取切断阀的阀体承压为常压(大气压力，即表压为0)和高压(表压为最大入口压力p1)两种极限工况。

首先在常压条件下进行切断阀超压切断压力精度等级试验，即切断阀的进口和出口压力均为大气压。将切断阀的切断压力设定值调节为厂家声明的设定压力下限值，即ps＝ps,1。将切断阀保持开启状态，信号压力pc从0.8ps开始缓慢增加，增压的速率为每ls不大于1.5％ps，直至切断阀切断，记录实际的切断压力值。接下来在阀体处于高压条件下(阀体处于开启状态，切断阀的进口和出口压力均为最大入口压力p1)进行上述测试。

超压切断压力精度等级试验还需将切断压力设定值调节为厂家声明的设定压力上限值进行测试，即ps＝ps,2，测试过程也分为常压工况和高压工况两个试验过程，具体试验过程与下限值的测试方法相同。每个试验过程重复6次，取6次测试的平均值作为测试得到的切断阀实际的切断压力值pt。

值得注意的是，对于厂家声明切断压力设定值为确定值ps而并非切断压力范围dps时，试验过程简化为ps一个点的检验，而并非ps,1和ps,2两个点的检验。

②欠压切断压力精度等级试验

欠压切断压力精度等级试验与超压切断压力精度等级试验的方法基本相同，不同点在于欠压切断压力精度等级试验的起始压力为1.2ps，试验过程为从起始压力开始缓慢降压，降压的速率为每1s不大于l.5％ps，直至切断阀切断。

③切断压力精度等级判定

根据试验得到的切断阀的实际切断压力值pt和公式(1)，计算得到切断阀的实际切断压力精度等级AQ。合格的切断阀，其实际切断压力精度等级AQ不应大于厂家声明的AQ。

3．2．2响应时间试验

响应时间是指切断阀的关闭元件从开始动作直至完全关闭所持续的时间。响应时间试验在常温(25℃±5℃)下进行，包括超压切断响应时间试验和欠压切断响应时间试验。

在进行切断阀的响应时间试验时，首先要设定切断阀的切断设定压力ps，要求ps∈dps。但是标准CJ／T 335—2010对切断阀响应时间试验过程中ps的具体值并未进行明确的规定，目前我们检验中心在试验过程中将切断压力设定值ps分别设定为ps,1，和ps,2，分别进行响应时间试验，要求两次试验结果均满足标准要求。对于厂家声明切断压力设定值为确定值ps而并非切断压力范围dps时，试验参数则相对明确。

超压切断响应时间试验的信号压力pc从0.5ps开始，以每1s不大于1.5％ps的速率缓慢增压，直至切断阀切断，测量切断阀的关闭元件从开始动作直至完全关闭所持续的时间。欠压切断响应时间试验的信号压力pc从1.5ps开始，以每ls不大于1.5％ps的速率缓慢降压，直至切断阀切断，测量切断阀的关闭元件从开始动作直至完全关闭所持续的时间。每项测试独立进行3次，取算术平均值作为测试结果。

标准CJ／T 335—2010要求切断阀的响应时间不超过2s。目前响应时间的测试主要通过人工实现，测试工具为秒表。而目前高精度切断阀的切断响应时间基本为10～100ms，现有的测试方法所得到的测试结果只能判定切断阀的响应时间是否满足标准要求，却无法测得切断阀准确的切断响应时间，因此现有的试验方法无法满足切断阀相应性能研发的需要。

3．2．3复位压差试验

适用于CJ／T 335—2010的切断阀一般采用机械切断结构，自力式切断阀的复位压差反映的是机械结构的工作稳定性。若切断阀机械结构的工作稳定性较差，产生外界扰动(施工安装或运行过程中对安装管道的外力撞击)时，切断阀稳定的工作状态将随即被破坏，会发生切断阀的误切断事故。切断阀的复位压差试验在常温(25℃±5℃)下进行，包括超压切断复位压差试验和欠压切断复位压差试验。

标准CJ／T 335—2010对复位压差试验方法的描述不够详尽，尤其是试验设定压力的确定不够明确。目前我们检验中心在进行复位压差试验的过程中，主要根据大量的检验经验来确定试验的设定压力。

①超压切断复位压差试验

对于具有超压切断功能的切断阀，应对其超压切断复位压差进行检验。根据我们检验中心的检验经验得知，如果忽略切断阀实际切断压力与切断压力设定值的偏差，那么当信号压力pc≥ps时，切断阀一直处于切断状态；当信号压力pc≤ps-Dp时，切断阀在可预见的外力干扰条件下均可以保持稳定的开启工作状态，不会发生误切断事故；只有当信号压力pc满足ps-Dp<pc<ps时，开启状态的切断阀才可能因外界的干扰而切断。

超压切断复位压差试验根据CJ／T 335—2010中的条款6．2．8．1进行：按照图4安装被测切断阀。检验过程中，为了模拟切断阀的正常工况，需要通气试验，因此首先将试验管路压力调整至切断阀的最大入口压力p1。然后将切断阀的信号压力pc调整至稍高于切断阀的切断压力设定值ps，此时切断阀处于切断状态。随后缓慢降低信号压力pc，尝试手动复位，当复位装置刚刚能够复位时，记录此时的信号压力psc(切断阀刚刚能够复位的信号压力值为pc,a)。若pc,a<ps-Dp，则说明标称复位压差卸不合理，直接判定切断阀的复位压差试验不合格。若ps-Dp≤pc,a<ps，则说明标称复位压差Dp合理，继续进行切断阀的复位压差试验：继续缓慢降低信号压力pc直至信号压力pc＝ps-Dp，此时进行10次冲击试验(重块的质量参照CJ／T 335—2010中的表9选取，重块的下落高度如图4所示)。若切断阀均不会切断，则判定该切断阀的超压复位压差试验合格。

 

与切断响应时间试验前的设定相同，标准CJ／T 335—2010对切断阀复位压差试验过程中ps的具体值并未进行明确的规定，目前我们检验中心在试验过程中同样将切断压力设定值ps分别设定为ps,1和ps,2进行试验。对于厂家声明切断压力设定值为确定值ps而并非切断压力范围dps时，仅需根据ps进行一次检验。

②欠压切断复位压差试验

对于具有欠压切断功能的切断阀，应对其欠压切断复位压差进行检验。根据我们检验中心的检验经验得知，如果忽略切断阀实际切断压力与切断压力设定值的偏差，那么当信号压力pc≤ps时，切断阀一直处于切断状态；当信号压力pc≥ps+Dp时，切断阀在可预见的外力干扰条件下均可以保持稳定的开启工作状态，不会发生误切断事故；只有当信号压力pc满足ps<pc<ps+Dp时，开启状态的切断阀才可能因外界的干扰而切断。

欠压切断复位压差试验根据CJ／T 335—2010中的条款6．2．8．2进行：按照图4安装被测切断阀。检验过程中，为了模拟切断阀的正常工况，需要通气试验，因此首先将试验管路压力调整至切断阀的最大入口压力p1。然后将切断阀的信号压力pc调整至稍低于切断阀的切断压力设定值ps，此时切断阀处于切断状态。随后缓慢升高信号压力pc，尝试手动复位，当复位装置刚刚能够复位时，记录此时的信号压力pc(切断阀刚刚能够复位的信号压力值为pc,a)。若pc,a>ps+Dp，则说明标称复位压差Dp不合理，直接判定切断阀的复位压差试验不合格。若ps<pc,a≤ps+Dp，则说明标称复位压差卸合理，继续进行切断阀的复位压差试验：缓慢升高信号压力pc，直至信号压力pc＝ps+Dp，此时进行10次冲击试验(重块的质量参照CJ／T 335—2010中的表9选取，重块的下落高度如图4所示)。若切断阀均不切断，则判定该协断阀的欠压复位压差试验合格。

③复位压差的分析

CJ／T 335—2010对复位压差试验的升压和降压速率并无确切要求，检验过程中的升压和降压速率目前主要依靠检验人员根据检验经验确定。

标准CJ／T 335—20l0中的条款6．2．8．1规定，只有对于进口公称直径和出口公称直径均不大于150mm的切断阀，才进行复位压差试验。因为对于进口公称直径或出口公称直径大于150mm的切断阀，由于阀体和管道系统的体积和质量较大，惯性较大，可预见的外力因素的扰动对切断阀机械结构的影响在工程上可以忽略不计。

3．2．4极限温度适应性试验

极限温度适应性试验包括低温适应性试验和高温适应性试验。

①极限温度适应性试验方法

切断阀的极限温度适应性试验在恒温恒湿试验箱中进行，试验介质为空气。首先将切断阀在常温条件下设定为低限值状态(ps＝ps,1)，保持切断阀处于开启状态，阀体承压10kPa。将恒温恒湿试验箱的试验条件分别设置为低温极限温度状态(-10℃或-20℃)和高温极限温度状态(60℃)，当切断阀各部分温度均达到试验温度时(允许存在±2℃的偏差)，即开始测试切断阀的超压切断压力精度等级和欠压切断压力精度等级。测试方法与常温条件下的切断压力精度等级试验相同。

标准CJ／T 335—2010要求切断阀在极限温度条件下的切断压力精度等级满足2倍的厂家声明切断压力精度等级即判定该项试验合格，即要求极限温度适应性试验后，切断阀的实际切断压力p1满足式(2)：

 

②极限温度对切断阀性能的影响

根据我们检验中心的大量检验实践可知，极限温度对切断阀的性能具有一定的影响。表2是5组不同厂家、不同型号切断阀极限温度(低温试验条件为-20℃)适应性试验后的切断压力与设定值的偏差。表2中偏差6按照式(3)计算：

 

 

表2中的常压条件指的是切断阀的阀体承压为大气压(表压为0)，高压条件指的是切断阀的阀体承压为最大入口压力p1(表压)。根据CJ／T 335—2010可知，切断阀在常温条件下的切断压力精度等级试验是在阀体处于常压和高压两种极限工况条件下进行的，而极限温度适应性试验则是在阀体承压为10kPa条件下进行的。两者试验条件并不相同，但是阀体承压10kPa属于两个极限工况范围内，因此试验结果仍然具有一定的可比性。

根据表2可知，极限温度试验条件会导致切断阀的实际切断压力与切断压力设定值有偏差，且比常温条件下的偏差更大。通常低温情况下大多数切断阀的实际切断压力会升高，而高温情况下切断阀的实际切断压力会降低。同时，切断压力设定值越大，极限温度条件对切断阀的实际切断压力的影响越小。根据多年的检测经验可知，对于切断压力设定值处于同一数量级的切断阀而言，切断阀抗外界条件干扰能力与切断阀的结构、制造和安装精度有关：切断阀的结构越简单，制造和安装精度越低，压力敏感元件尺寸越小，越容易因外部条件的改变而产生变化，极限温度试验条件对切断阀的性能影响越大。

3．2．5耐用性试验

切断阀的耐用性试验分为常温耐用性试验和低温耐用性试验。

①耐用性试验过程

常温耐用性试验是在常温条件(25℃±5℃)下进行100次切断动作，耐用性试验后检查阀座的密封性和切断压力精度等级性能。低温耐用性试验是在低温(-20℃)条件下进行50次切断动作，耐用性试验后检查阀座的密封性和切断压力精度等级性能。

②耐用性试验对切断阀性能的影响

表3是5组不同厂家、不同型号切断阀常温耐用性试验和低温耐用性试验(低温试验条件为-20℃)前后的实际切断压力与切断压力设定值的偏差对比。

 

根据表3可知，耐用性试验对切断阀的切断性能具有一定的影响，且低温条件下的耐用性试验比常温条件下的耐用性试验对切断阀性能的影响更大。

4　结论和建议

①目前高精度切断阀的切断响应时间基本为10～100ms，现有的人工测试方法无法满足切断阀相关性能研发的要求。为了进一步提高切断阀的切断性能，需要高精度的自动测控系统辅助相关研发工作的进行。

②切断阀的复位压差反映了其机械结构的工作稳定性，其值越小越好。为了提高切断阀机械结构的稳定性，应在今后相关产品标准的修订过程中加入对复位压差具体量值的规定。

③对于厂家声明切断压力范围为dps，标准CJ／T 335—2010对切断阀响应时间试验和复位压差试验过程中ps的具体值并未进行明确的规定，在今后标准修订过程中应加入相关的规定，以减少试验过程中的模糊之处，增强标准在执行过程中的明确性和统一性。

④极限温度条件会导致切断阀的实际切断压力值与切断压力设定值之间产生一定的偏差，且比常温条件下的偏差更大。因此厂家在进行产品研发时，要充分考虑极限温度条件对切断阀切断性能的影响。

⑤切断阀在使用过程中，实际的切断压力值与切断压力设定值相比会有一定的偏差，常温耐用性试验后的偏差会稍高于耐用性试验前的偏差，低温耐用性试验后的偏差更大，可见低温条件下的频繁切断会导致切断阀的实际切断压力漂移得更为严重。

 

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本文作者：岳明  柴飞  张乃方  陈浩  李军  杨文量

作者单位：中国市政工程华北设计研究总院