摘 要

摘　要：闡述自力式切斷閥的分類和工作原理，介紹行業標準CJ／T 335—2010{城鎮燃氣切斷閥和放散閥》的檢驗要求，以某型號自力式切斷閥產品為例，詳述5項檢驗項目的檢驗內容和檢

摘　要：闡述自力式切斷閥的分類和工作原理，介紹行業標準CJ／T 335—2010{城鎮燃氣切斷閥和放散閥》的檢驗要求，以某型號自力式切斷閥產品為例，詳述5項檢驗項目的檢驗內容和檢驗方法——切斷壓力精度等級試驗、響應時間試驗、復位壓差試驗、極限溫度適應性試驗、耐用性試驗，分析各種試驗條件對切斷閥性能的影響，提出了相關建議。

關鍵詞：城鎮燃氣切斷閥；  自力式；  檢驗；  試驗

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

燃氣切斷閥作為城鎮燃氣輸配系統中重要的安全設備，廣泛地應用于燃氣輸配廠站、各級調壓站和調壓箱內。燃氣切斷閥安裝于調壓器的上游管道上，其主要功能是，當調壓器出現工作異常情況而導致出口壓力過高或過低時，及時切斷燃氣通路(超壓切斷或欠壓切斷)，確保下游用戶和設備的用氣安全^[1-2]。城鎮燃氣切斷閥一旦關閉后，一般需要人工復位，不能自動開啟^[3]。切斷閥的質量和性能直接影響到城鎮燃氣輸配系統的安全可靠性。

現行城鎮燃氣切斷閥產品標準為CJ／T 335—2010《城鎮燃氣切斷閥和放散閥》(以下簡稱CJ／T 335—2010)，適用于該標準的切斷閥為以城鎮燃氣(液化石油氣除外)為工作介質、進口壓力不大于4.0MPa、工作溫度為-20～60℃、公稱口徑不大于300mm、以流經閥門自身的燃氣作為驅動源的燃氣自力式切斷閥。

標準CJ／T 335—2010規定的試驗條件和檢驗方法較為復雜，有些條款難于理解。為了提高和保證燃氣自力式切斷閥的產品質量，產品生產企業和檢驗機構必須對產品標準CJ/T 335—2010具有正確和深刻的理解及掌握。本文根據標準CJ／T 335—2010頒布實施后的大量檢驗經驗，對標準CJ／T 335—2010的相關條款進行分析和解讀，并對產品的檢驗和產品性能的改進提出建議。

2　燃氣自力式切斷閥的工作原理

2.1　自力式切斷閥的分類

城鎮燃氣自力式切斷閥根據組裝方式不同，主要分為兩大類：一種是作為獨立的切斷裝置，安裝于調壓器之前，稱為獨立式切斷閥，見圖1；另外一種是集成于調壓器上，作為調壓器的輔助構件之一，稱為嵌入式切斷閥，見圖2。

 

 

嵌入式切斷閥與調壓器共用一個閥口，嵌入式切斷閥的切斷裝置在正常工況下處于開啟狀態，對閥口的開度不存在任何影響，調壓器通過調壓部件來調節閥口的開度，進而起到調壓、穩壓的作用。當切斷閥的信號管所反饋的調壓器出口壓力超過切斷閥切斷壓力設定值時，切斷閥的切斷裝置立即切斷閥口，調壓器的燃氣通路被切斷。

2.2　自力式切斷閥的工作原理

適用于CJ／T 335—2010的自力式切斷閥主要為機械式切斷閥。本文以結構如圖3所示的切斷閥(具有超壓切斷功能)為例，簡要說明切斷閥的工作原理。由信號管將信號壓力pc反饋至控制器，當信號壓力pc升高時，控制器的膜片和執行機構上移，關閉元件的位置不變。當信號壓力pc超過切斷閥的切斷壓力設定值時，執行機構和關閉元件分離，在彈簧的作用下下落，關閉元件落于閥座上，閥口關閉，切斷閥關閉。在利用復位裝置手動復位前，閥門一直保持關閉狀態^[4]。

 

3　檢驗內容及檢驗方法

燃氣自力式切斷閥主要根據行業標準CJ／T 335—2010的檢驗要求進行檢驗。

3.1　檢驗內容

①城鎮燃氣切斷閥的密封性試驗和閥座密封性試驗；

②城鎮燃氣切斷閥的強度試驗，包括承壓件液壓強度試驗和膜片耐壓試驗；

③城鎮燃氣切斷閥的流量系數檢驗；

④城鎮燃氣切斷閥的切斷性能試驗，包括切斷壓力精度等級試驗、響應時間試驗和復位壓差試驗；

⑤城鎮燃氣切斷閥的耐用性試驗；

⑥城鎮燃氣切斷閥的極限溫度適應性試驗。

本文主要介紹城鎮燃氣切斷閥切斷壓力精度等級試驗、響應時間試驗、復位壓差試驗、極限溫度適應性試驗和耐用性試驗等檢驗項目。

3.2　檢驗方法

以廠家聲明參數(標稱參數，見表1)的切斷閥為例，詳細分析切斷閥的檢驗方法。

 

一般廠家聲明的切斷閥的切斷壓力設定值為一個范圍dps＝ps,1～ps,2，切斷閥的切斷壓力設定范圍dps反映的是切斷閥的切斷性能，在使用過程中，需要根據燃氣工況和安全性要求對切斷閥的切斷壓力進行沒定，即切斷閥在實際工作過程中的設定壓力ps是確定的。當燃氣工況和安全性要求發生變化時，可對切斷閥的設定壓力ps進行重新設定，但設定的ps必須滿足ps∈dps。

在切斷閥的檢驗過程中，需要對切斷閥的切斷壓力設定范圍印。進行試驗。切斷閥由于使用過程中的安全陛要求不同，其結構不盡相同，其安全性切斷功能也有所差別：

有的切斷閥僅具有超壓切斷功能，有的切斷閥僅具有欠壓切斷功能，而有的切斷閥兩種安全功能兼而有之。檢驗過程中，需要根據切斷閥的安全性切斷功能進行相應的檢驗。

值得注意的是，對于切斷閥供貨合同中有特殊要求的情況，即該產品用于特定工況，則切斷閥的標稱切斷壓力設定范圍也可以是確定的值ps。

3．2．1切斷壓力精度等級試驗

切斷閥的切斷壓力精度等級，與調壓器的穩壓精度等級^[5]相似，指的是實際切斷壓力與切斷壓力設定值之間最大偏差的絕對值與設定值的比值乘以100，即：

 

式中AQ——切斷閥的切斷壓力精度等級

pt——切斷閥的實際切斷壓力，kPa

ps——切斷閥的切斷壓力沒定值，kPa

切斷壓力精度等級試驗在常溫(25℃±5℃)下進行，包括超壓切斷壓力精度等級試驗和欠壓切斷壓力精度等級試驗。

①超壓切斷壓力精度等級試驗

將切斷閥按照CJ／T 335—2010的圖l所示安裝。根據CJ／T 335—2010的圖l可知，切斷閥的閥體承壓由連接切斷閥的試驗管路壓力決定，而輸入切斷閥控制器的信號壓力pc則由與試驗管路不相關的另外一組控壓系統決定，即閥體承壓與輸入切斷閥控制器的信號壓力pc彼此獨立。為了模擬切斷閥工作過程中的全部工況，試驗條件選取切斷閥的閥體承壓為常壓(大氣壓力，即表壓為0)和高壓(表壓為最大入口壓力p1)兩種極限工況。

首先在常壓條件下進行切斷閥超壓切斷壓力精度等級試驗，即切斷閥的進口和出口壓力均為大氣壓。將切斷閥的切斷壓力設定值調節為廠家聲明的設定壓力下限值，即ps＝ps,1。將切斷閥保持開啟狀態，信號壓力pc從0.8ps開始緩慢增加，增壓的速率為每ls不大于1.5％ps，直至切斷閥切斷，記錄實際的切斷壓力值。接下來在閥體處于高壓條件下(閥體處于開啟狀態，切斷閥的進口和出口壓力均為最大入口壓力p1)進行上述測試。

超壓切斷壓力精度等級試驗還需將切斷壓力設定值調節為廠家聲明的設定壓力上限值進行測試，即ps＝ps,2，測試過程也分為常壓工況和高壓工況兩個試驗過程，具體試驗過程與下限值的測試方法相同。每個試驗過程重復6次，取6次測試的平均值作為測試得到的切斷閥實際的切斷壓力值pt。

值得注意的是，對于廠家聲明切斷壓力設定值為確定值ps而并非切斷壓力范圍dps時，試驗過程簡化為ps一個點的檢驗，而并非ps,1和ps,2兩個點的檢驗。

②欠壓切斷壓力精度等級試驗

欠壓切斷壓力精度等級試驗與超壓切斷壓力精度等級試驗的方法基本相同，不同點在于欠壓切斷壓力精度等級試驗的起始壓力為1.2ps，試驗過程為從起始壓力開始緩慢降壓，降壓的速率為每1s不大于l.5％ps，直至切斷閥切斷。

③切斷壓力精度等級判定

根據試驗得到的切斷閥的實際切斷壓力值pt和公式(1)，計算得到切斷閥的實際切斷壓力精度等級AQ。合格的切斷閥，其實際切斷壓力精度等級AQ不應大于廠家聲明的AQ。

3．2．2響應時間試驗

響應時間是指切斷閥的關閉元件從開始動作直至完全關閉所持續的時間。響應時間試驗在常溫(25℃±5℃)下進行，包括超壓切斷響應時間試驗和欠壓切斷響應時間試驗。

在進行切斷閥的響應時間試驗時，首先要設定切斷閥的切斷設定壓力ps，要求ps∈dps。但是標準CJ／T 335—2010對切斷閥響應時間試驗過程中ps的具體值并未進行明確的規定，目前我們檢驗中心在試驗過程中將切斷壓力設定值ps分別設定為ps,1，和ps,2，分別進行響應時間試驗，要求兩次試驗結果均滿足標準要求。對于廠家聲明切斷壓力設定值為確定值ps而并非切斷壓力范圍dps時，試驗參數則相對明確。

超壓切斷響應時間試驗的信號壓力pc從0.5ps開始，以每1s不大于1.5％ps的速率緩慢增壓，直至切斷閥切斷，測量切斷閥的關閉元件從開始動作直至完全關閉所持續的時間。欠壓切斷響應時間試驗的信號壓力pc從1.5ps開始，以每ls不大于1.5％ps的速率緩慢降壓，直至切斷閥切斷，測量切斷閥的關閉元件從開始動作直至完全關閉所持續的時間。每項測試獨立進行3次，取算術平均值作為測試結果。

標準CJ／T 335—2010要求切斷閥的響應時間不超過2s。目前響應時間的測試主要通過人工實現，測試工具為秒表。而目前高精度切斷閥的切斷響應時間基本為10～100ms，現有的測試方法所得到的測試結果只能判定切斷閥的響應時間是否滿足標準要求，卻無法測得切斷閥準確的切斷響應時間，因此現有的試驗方法無法滿足切斷閥相應性能研發的需要。

3．2．3復位壓差試驗

適用于CJ／T 335—2010的切斷閥一般采用機械切斷結構，自力式切斷閥的復位壓差反映的是機械結構的工作穩定性。若切斷閥機械結構的工作穩定性較差，產生外界擾動(施工安裝或運行過程中對安裝管道的外力撞擊)時，切斷閥穩定的工作狀態將隨即被破壞，會發生切斷閥的誤切斷事故。切斷閥的復位壓差試驗在常溫(25℃±5℃)下進行，包括超壓切斷復位壓差試驗和欠壓切斷復位壓差試驗。

標準CJ／T 335—2010對復位壓差試驗方法的描述不夠詳盡，尤其是試驗設定壓力的確定不夠明確。目前我們檢驗中心在進行復位壓差試驗的過程中，主要根據大量的檢驗經驗來確定試驗的設定壓力。

①超壓切斷復位壓差試驗

對于具有超壓切斷功能的切斷閥，應對其超壓切斷復位壓差進行檢驗。根據我們檢驗中心的檢驗經驗得知，如果忽略切斷閥實際切斷壓力與切斷壓力設定值的偏差，那么當信號壓力pc≥ps時，切斷閥一直處于切斷狀態；當信號壓力pc≤ps-Dp時，切斷閥在可預見的外力干擾條件下均可以保持穩定的開啟工作狀態，不會發生誤切斷事故；只有當信號壓力pc滿足ps-Dp<pc<ps時，開啟狀態的切斷閥才可能因外界的干擾而切斷。

超壓切斷復位壓差試驗根據CJ／T 335—2010中的條款6．2．8．1進行：按照圖4安裝被測切斷閥。檢驗過程中，為了模擬切斷閥的正常工況，需要通氣試驗，因此首先將試驗管路壓力調整至切斷閥的最大入口壓力p1。然后將切斷閥的信號壓力pc調整至稍高于切斷閥的切斷壓力設定值ps，此時切斷閥處于切斷狀態。隨后緩慢降低信號壓力pc，嘗試手動復位，當復位裝置剛剛能夠復位時，記錄此時的信號壓力psc(切斷閥剛剛能夠復位的信號壓力值為pc,a)。若pc,a<ps-Dp，則說明標稱復位壓差卸不合理，直接判定切斷閥的復位壓差試驗不合格。若ps-Dp≤pc,a<ps，則說明標稱復位壓差Dp合理，繼續進行切斷閥的復位壓差試驗：繼續緩慢降低信號壓力pc直至信號壓力pc＝ps-Dp，此時進行10次沖擊試驗(重塊的質量參照CJ／T 335—2010中的表9選取，重塊的下落高度如圖4所示)。若切斷閥均不會切斷，則判定該切斷閥的超壓復位壓差試驗合格。

 

與切斷響應時間試驗前的設定相同，標準CJ／T 335—2010對切斷閥復位壓差試驗過程中ps的具體值并未進行明確的規定，目前我們檢驗中心在試驗過程中同樣將切斷壓力設定值ps分別設定為ps,1和ps,2進行試驗。對于廠家聲明切斷壓力設定值為確定值ps而并非切斷壓力范圍dps時，僅需根據ps進行一次檢驗。

②欠壓切斷復位壓差試驗

對于具有欠壓切斷功能的切斷閥，應對其欠壓切斷復位壓差進行檢驗。根據我們檢驗中心的檢驗經驗得知，如果忽略切斷閥實際切斷壓力與切斷壓力設定值的偏差，那么當信號壓力pc≤ps時，切斷閥一直處于切斷狀態；當信號壓力pc≥ps+Dp時，切斷閥在可預見的外力干擾條件下均可以保持穩定的開啟工作狀態，不會發生誤切斷事故；只有當信號壓力pc滿足ps<pc<ps+Dp時，開啟狀態的切斷閥才可能因外界的干擾而切斷。

欠壓切斷復位壓差試驗根據CJ／T 335—2010中的條款6．2．8．2進行：按照圖4安裝被測切斷閥。檢驗過程中，為了模擬切斷閥的正常工況，需要通氣試驗，因此首先將試驗管路壓力調整至切斷閥的最大入口壓力p1。然后將切斷閥的信號壓力pc調整至稍低于切斷閥的切斷壓力設定值ps，此時切斷閥處于切斷狀態。隨后緩慢升高信號壓力pc，嘗試手動復位，當復位裝置剛剛能夠復位時，記錄此時的信號壓力pc(切斷閥剛剛能夠復位的信號壓力值為pc,a)。若pc,a>ps+Dp，則說明標稱復位壓差Dp不合理，直接判定切斷閥的復位壓差試驗不合格。若ps<pc,a≤ps+Dp，則說明標稱復位壓差卸合理，繼續進行切斷閥的復位壓差試驗：緩慢升高信號壓力pc，直至信號壓力pc＝ps+Dp，此時進行10次沖擊試驗(重塊的質量參照CJ／T 335—2010中的表9選取，重塊的下落高度如圖4所示)。若切斷閥均不切斷，則判定該協斷閥的欠壓復位壓差試驗合格。

③復位壓差的分析

CJ／T 335—2010對復位壓差試驗的升壓和降壓速率并無確切要求，檢驗過程中的升壓和降壓速率目前主要依靠檢驗人員根據檢驗經驗確定。

標準CJ／T 335—20l0中的條款6．2．8．1規定，只有對于進口公稱直徑和出口公稱直徑均不大于150mm的切斷閥，才進行復位壓差試驗。因為對于進口公稱直徑或出口公稱直徑大于150mm的切斷閥，由于閥體和管道系統的體積和質量較大，慣性較大，可預見的外力因素的擾動對切斷閥機械結構的影響在工程上可以忽略不計。

3．2．4極限溫度適應性試驗

極限溫度適應性試驗包括低溫適應性試驗和高溫適應性試驗。

①極限溫度適應性試驗方法

切斷閥的極限溫度適應性試驗在恒溫恒濕試驗箱中進行，試驗介質為空氣。首先將切斷閥在常溫條件下設定為低限值狀態(ps＝ps,1)，保持切斷閥處于開啟狀態，閥體承壓10kPa。將恒溫恒濕試驗箱的試驗條件分別設置為低溫極限溫度狀態(-10℃或-20℃)和高溫極限溫度狀態(60℃)，當切斷閥各部分溫度均達到試驗溫度時(允許存在±2℃的偏差)，即開始測試切斷閥的超壓切斷壓力精度等級和欠壓切斷壓力精度等級。測試方法與常溫條件下的切斷壓力精度等級試驗相同。

標準CJ／T 335—2010要求切斷閥在極限溫度條件下的切斷壓力精度等級滿足2倍的廠家聲明切斷壓力精度等級即判定該項試驗合格，即要求極限溫度適應性試驗后，切斷閥的實際切斷壓力p1滿足式(2)：

 

②極限溫度對切斷閥性能的影響

根據我們檢驗中心的大量檢驗實踐可知，極限溫度對切斷閥的性能具有一定的影響。表2是5組不同廠家、不同型號切斷閥極限溫度(低溫試驗條件為-20℃)適應性試驗后的切斷壓力與設定值的偏差。表2中偏差6按照式(3)計算：

 

 

表2中的常壓條件指的是切斷閥的閥體承壓為大氣壓(表壓為0)，高壓條件指的是切斷閥的閥體承壓為最大入口壓力p1(表壓)。根據CJ／T 335—2010可知，切斷閥在常溫條件下的切斷壓力精度等級試驗是在閥體處于常壓和高壓兩種極限工況條件下進行的，而極限溫度適應性試驗則是在閥體承壓為10kPa條件下進行的。兩者試驗條件并不相同，但是閥體承壓10kPa屬于兩個極限工況范圍內，因此試驗結果仍然具有一定的可比性。

根據表2可知，極限溫度試驗條件會導致切斷閥的實際切斷壓力與切斷壓力設定值有偏差，且比常溫條件下的偏差更大。通常低溫情況下大多數切斷閥的實際切斷壓力會升高，而高溫情況下切斷閥的實際切斷壓力會降低。同時，切斷壓力設定值越大，極限溫度條件對切斷閥的實際切斷壓力的影響越小。根據多年的檢測經驗可知，對于切斷壓力設定值處于同一數量級的切斷閥而言，切斷閥抗外界條件干擾能力與切斷閥的結構、制造和安裝精度有關：切斷閥的結構越簡單，制造和安裝精度越低，壓力敏感元件尺寸越小，越容易因外部條件的改變而產生變化，極限溫度試驗條件對切斷閥的性能影響越大。

3．2．5耐用性試驗

切斷閥的耐用性試驗分為常溫耐用性試驗和低溫耐用性試驗。

①耐用性試驗過程

常溫耐用性試驗是在常溫條件(25℃±5℃)下進行100次切斷動作，耐用性試驗后檢查閥座的密封性和切斷壓力精度等級性能。低溫耐用性試驗是在低溫(-20℃)條件下進行50次切斷動作，耐用性試驗后檢查閥座的密封性和切斷壓力精度等級性能。

②耐用性試驗對切斷閥性能的影響

表3是5組不同廠家、不同型號切斷閥常溫耐用性試驗和低溫耐用性試驗(低溫試驗條件為-20℃)前后的實際切斷壓力與切斷壓力設定值的偏差對比。

 

根據表3可知，耐用性試驗對切斷閥的切斷性能具有一定的影響，且低溫條件下的耐用性試驗比常溫條件下的耐用性試驗對切斷閥性能的影響更大。

4　結論和建議

①目前高精度切斷閥的切斷響應時間基本為10～100ms，現有的人工測試方法無法滿足切斷閥相關性能研發的要求。為了進一步提高切斷閥的切斷性能，需要高精度的自動測控系統輔助相關研發工作的進行。

②切斷閥的復位壓差反映了其機械結構的工作穩定性，其值越小越好。為了提高切斷閥機械結構的穩定性，應在今后相關產品標準的修訂過程中加入對復位壓差具體量值的規定。

③對于廠家聲明切斷壓力范圍為dps，標準CJ／T 335—2010對切斷閥響應時間試驗和復位壓差試驗過程中ps的具體值并未進行明確的規定，在今后標準修訂過程中應加入相關的規定，以減少試驗過程中的模糊之處，增強標準在執行過程中的明確性和統一性。

④極限溫度條件會導致切斷閥的實際切斷壓力值與切斷壓力設定值之間產生一定的偏差，且比常溫條件下的偏差更大。因此廠家在進行產品研發時，要充分考慮極限溫度條件對切斷閥切斷性能的影響。

⑤切斷閥在使用過程中，實際的切斷壓力值與切斷壓力設定值相比會有一定的偏差，常溫耐用性試驗后的偏差會稍高于耐用性試驗前的偏差，低溫耐用性試驗后的偏差更大，可見低溫條件下的頻繁切斷會導致切斷閥的實際切斷壓力漂移得更為嚴重。

 

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本文作者：岳明  柴飛  張乃方  陳浩  李軍  楊文量

作者單位：中國市政工程華北設計研究總院