CN105699068A - 安全阀性能测试及在线校验仪校验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全阀性能测试及在线校验仪校验装置。高压气源的出口一路经截止阀、减压阀、压力表、电磁阀和流量传感器与缓冲罐入口连接；另一路经球阀与储罐连接，储罐上还接有安全阀和压力表；缓冲罐上接有温度传感器，其上出口与安全阀夹持台相接，其下出口与放空阀连接；缓冲罐上出口与试验安全阀的入口连接，第一压力传感器接在试验安全阀的入口处；储罐出口经第二流量传感器、第二压力传感器和试验安全阀的排放口连接；安全阀在线校验仪安装在试验安全阀上；两个压力传感器、温度传感器和两个流量传感器与调校试验控制屏相连。本发明可快速测试安全阀性能；校验安全阀在线校验仪的准确性；可以模拟高温环境、背压环境的安全阀性能测试。

Description

安全阀性能测试及在线校验仪校验装置

技术领域

本发明涉及安全阀性能测试及校验装置，特别是涉及一种安全阀性能测试及在线校验仪校验装置。

背景技术

安全阀是锅炉、压力容器、压力管道等承压类设备中使用最为广泛的一种安全附件，用以防止压力超过允许的极限值，确保系统的安全可靠运行。因此，安全阀作为生产系统的最终泄压保护装置，常被称为生产系统安全的最后一道防线。在承压设备生产过程中，每一个压力系统、压力源出口一般都安装有安全阀对系统进行超压保护，尤其以弹簧全启式安全阀的应用最为广泛。而国内相关法规和标准均未提供明确的排量系数，如GB150-2011《压力容器》和GB/T12241-2005《安全阀一般要求》规定，当排放介质为气体时，取额定排量系数进行安全阀排量的计算，而额定排量系数由安全阀制造厂提供或通过试验测得。在安全阀出厂时，生产厂家都会把额定排量系数标于铭牌上，这就造成了计算安全阀排量时可能将排量系数视为唯一的定值，实际上安全阀排量系数不仅与阀的结构尺寸有关，排放工况(如排放管路中存在着一定背压)和介质物性参数的不同也会造成排放系数的差异，所以铭牌上标定的额定排量系数实际上是不完善的，不一定适用于实际的排放工况。另外，国内外相关法规和标准规定的可压缩气体在亚临界排放下的排量公式仅适用于安全阀背压已知的排量计算，而实际生产过程中的安全阀往往连接有排放管道，由于无法事先确定管道压损带来的附加背压，从而得不到实际的安全阀背压进行准确的排量计算，导致安全阀选型不准，需要模拟实际工况的测试装置进行安全阀性能测试。

弹簧安全阀的开启、关闭动作是依靠其进口端的介质压力变化和弹簧预紧力来使阀芯自动开启及关闭。当介质压力(内压)升高到提升力比弹簧预紧力大时，阀芯克服弹簧预紧力自动开启，泄放多余的介质，使内压下降，又由于弹簧力的作用，当内压降至安全值时，阀芯自动关闭，泄放停止。根据这个原理，在线(又称热态)测量或调整安全阀时，如果由外部提供一个向上的附加力，则当介质压力与这个附加力的总和刚刚克服弹簧预紧力时，阀芯同样也会开启，甚至在没有介质作用的离线(又称冷态)条件下，单独由外部附加力克服弹簧预紧力时，阀芯也可开启，目前判开方法有基探针法、音频法、位移法、附加外力曲线拐点，附加外力曲线拐点是目前最成熟的安全阀在线校验技术判开准则。安全阀在线校验仪的安全阀校验精度关键因素是判开准则准确性，尤其曲线拐点识别法需要精准捕捉安全阀开启的拐点，在线校验时无法准确测定校验安全阀入口压力及流量等参数，需要一套更加精密模拟实际工况的校验装置校验安全在线校验仪的准确性。

发明内容

为了准确测量现有弹簧式安全阀开启与排放性能、校验安全阀在线校验仪的准确性，本发明的目的在于提供一种安全阀性能测试及在线校验仪校验装置，其结构相对简单、制造成本相对较低、可快速检测安全阀的性能与校验在线校验仪准确性的装置。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括多个高压气瓶、汇流排、截止阀、减压阀、压力表、流量传感器、第一流量传感器、安全阀夹持台、第一压力传感器、调校试验控制屏、温度传感器、缓冲罐、试验安全阀、第二压力传感器、第二流量传感器、储罐、球阀、安全阀、压力表、放空阀和安全阀在线校验仪；

多个高压气瓶与汇流排并接组成高压气源，高压气源的出口分为两路，一路依次经截止阀、减压阀、压力表、电磁阀和流量传感器与缓冲罐的入口连接；另一路经球阀与储罐上端口连接，储罐上还接有安全阀和压力表；缓冲罐上接有温度传感器，缓冲罐上出口与安全阀夹持台相接，缓冲罐下出口与放空阀连接；缓冲罐上出口与试验安全阀的入口连接，第一压力传感器接在试验安全阀的入口处；储罐出口经第二流量传感器、第二压力传感器和试验安全阀的排放口连接；安全阀在线校验仪安装在试验安全阀上；第一压力传感器、温度传感器、第一流量传感器、第二流量传感器和第二压力传感器与调校试验控制屏相连。

所述试验安全阀夹持台，采用思明特(济南)公司生产的DN10～400mm以液压三爪卡盘夹持，夹持公称通径为DN10～400mm安全阀。

所述多个高压气瓶为2～10个，每个均并接在汇流排上。

本发明具有的有益效果是：

1)可快速测试弹簧安全阀性能包括排放量、整定压力、回座压力；

2)校验安全阀在线校验仪的准确性；

3)可以模拟高温环境、背压环境的安全阀性能测试，安全在线校验仪精度校验。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。

图2是试验安全阀与安全阀在线校验仪装配图。

图中：1、多个高压气瓶，2、汇流排，3、截止阀，4、减压阀，5、压力表，6、电磁阀，7、第一流量传感器，8、安全阀夹持台，9、第一压力传感器，10、调校试验控制屏，11、温度传感器，12、缓冲罐，13、试验安全阀，14、第二压力传感器，15、第二流量传感器，16、储罐，17、球阀，18、安全阀，19、压力表，20、放空阀，21、安全阀在线校验仪。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，本发明包括多个高压气瓶1、汇流排2、截止阀3、减压阀4、压力表5、流量传感器6、第一流量传感器7、安全阀夹持台8、第一压力传感器9、调校试验控制屏10、温度传感器11、缓冲罐12、试验安全阀13、第二压力传感器14、第二流量传感器15、储罐16、球阀17、安全阀18、压力表19、放空阀20和安全阀在线校验仪21。

多个高压气瓶1与汇流排2并接组成高压气源，高压气源的出口分为两路，一路依次经截止阀3、减压阀4、压力表5、电磁阀6和流量传感器7与缓冲罐12的入口连接；另一路经球阀17与储罐16上端口连接，储罐16上还接有安全阀18和压力表19；缓冲罐12上接有温度传感器11，缓冲罐12上出口与安全阀夹持台8相接，缓冲罐12下出口与放空阀20连接；缓冲罐12上出口与试验安全阀13的入口连接，第一压力传感器9接在试验安全阀13的入口处；储罐16出口经第二流量传感器15、第二压力传感器14和试验安全阀13的排放口连接；安全阀在线校验仪21安装在试验安全阀13上；第一压力传感器9、温度传感器11、第一流量传感器7、第二流量传感器15和第二压力传感器14与调校试验控制屏10相连。

所述试验安全阀夹持台8，采用思明特(济南)公司生产的DN10～400mm以液压三爪卡盘夹持，夹持公称通径为DN10～400mm安全阀。

所述多个高压气瓶1为2～10个，每个均并接在汇流排2上。

调校试验控制屏10和安全阀在线校验仪21均为标准件，可在市场上选购。

本发明的工作原理是：

1)试验安全阀13的开启、关闭动作是依靠其进口端的高压气源1通过减压至缓冲罐12，缓冲罐12内介质压力变化或施加外力抵消试验安全阀13弹簧预紧力来使阀芯开启及关闭。当缓冲罐12压力(内压)升高到提升力比弹簧预紧力大时(模拟安全阀在线校验时可通过安全阀在线校验仪21的提升装置加力提升至试验安全阀13排放)，阀芯克服弹簧预紧力开启，泄放多余的介质，试验安全阀13入口压力继续升高，试验安全阀13开启至最高高度，达到额定的排放量，高压的介质泄放后，使内压下降(模拟安全阀在线校验时可通过安全阀在线校验仪21释放提升力让试验安全阀13回座)，又由于弹簧力的作用，当内压降至安全值时，阀芯关闭，泄放停止。

2)对于存在背压的试验安全阀13，在试验安全阀13的出口接一定压力(根据试验安全阀使用工况而定)的储罐16，背压的大小可通过高压气源(高压气瓶1与汇流排2出口球阀17)来调节储罐16的压力。

3)在试验安全阀13从开启至关闭过程中，调校试验控制屏10通过采集试验管路的第一压力传感器9、温度传感器11、第一流量传感器7、背压单元的第二流量传感器15和第二压力传感器14数据，绘制整个试验安全阀13试验过程的压力变化曲线、流量变化曲线图从而达到试验安全阀13与安全阀在线校验仪21的测试。

安全阀性能测试：

1)将试验安全阀13安装固定在安全阀液压夹持台8上；

2)选择适合量程的第一压力传感器9、第二压力传感器14、第一流量传感器7、第二流量传感器15和温度传感器11安装于管路上；

3)开启调校试验控制屏10电源，第一压力传感器9、第二压力传感器14、第一流量传感器7、第二流量传感器15和温度传感器11处于待采集状态；

4)开启高压气瓶1的高压气源至储罐16(容积5m³)的球阀17，当储罐16达到设定的压力，关闭球阀17(需有背压试验时)；

5)开启高压气瓶1的高压气源，打开截止阀3，高压气体经减压阀4接压力表5，电磁阀6开启，使缓冲罐12(容积1m³)加压至试验安全阀13微启，第一压力传感器9采集开启瞬间的内部压力P_z，此压力即为试验安全阀13的整定压力；

6)升高试验管路压力到试验安全阀13全开启，排放约5秒时间，此时调校试验控制屏10采集的第一压力传感器9的数据P₀、第二压力传感器14的数据p₁、温度传感器11的数据T₀，输入安全阀13的流道面积A，通过公式GB150-2011规定可压缩气体的理论排量按下式计算：

$W=\frac{\left(0.001P_0\right)\·AK\sqrt{\frac{k}{k-1}\[{\left(\frac{P_1}{P_0}\right)}^{\frac{2}{k}}-{\left(\frac{P_1}{P_0}\right)}^{\frac{k+1}{k}}\]}}{3600\×1.79\×{10}^{-2}}\sqrt{\frac{M}{{\mathrm{ZT}}_0}}---\left(1\right)$

式中：W—安全阀排量值，kg/s；

A—安全阀或爆破片的最小泄放面积，mm²；

K—排量系数；

P₁—安全阀背压力(绝压)；kPa；

P₀—安全阀的排放压力(绝压)，包括整定压力和超压限度两部分，kPa；

M—气体的摩尔质量，kg/kmol；

Z—气体的压缩系数，对于空气Z＝1.0；

k—在排放时进口状况下的绝热指数(对于理想气体，k等于比热容比)

T₀—气体的温度，K。

由公式(2)计算试验安全阀13的排量值；

7)关闭电磁阀6降低试验管路压力，使试验安全阀13阀回座，调校试验控制屏10通过第一压力传感器9采集压力为安全阀13的回座压力P_H；

8)停止高压气源供气，开启放空阀20泄放管路压力，拆除试验安全阀13。

安全阀在线校验仪校验：

1)将经过上述试验标定的试验安全阀13安装固定在安全阀液压夹持台8上；

2)将安全在线校验仪21框架安装固定在试验安全阀13上，选择安全阀在线校验仪21内置的压力传感器合适的量程；

3)选择适合量程的第一压力传感器9、第二压力传感器14、第一流量传感器7、第二流量传感器15和温度传感器11安装于管路上；

4)开启调校试验控制屏10电源，第一压力传感器9、第二压力传感器14、第一流量传感器7、第二流量传感器15和温度传感器11处于待采集状态；

5)开启高压气瓶1的高压气源至储罐16(容积5m³)的球阀17，当储罐16达到设定的压力，关闭球阀17(需有背压试验时)；

6)开启高压气瓶1的高压气源，打开截止阀3，高压气体经减压阀4接压力表5，电磁阀6开启，升高缓冲罐12压力至试验安全阀13开启压力的70％；

7)开启安全阀在线校验仪21的提升装置，加力至试验安全阀13开启。

在试验安全阀13开启瞬间，安全阀在线校验仪21采集外部附加力的数据F_W，调校试验控制屏10通过第一压力传感器9采集数据P_L、第二压力传感器14采集数据P₁，输入安全阀13的流道面积的数据A，由公式(2)、(3)计算试验安全阀13的整定压力。阀芯开启的条件为：

F_T＝F_W+P_L×A

其中：F_T——弹簧预紧力；F_W——外部附加力；

P_L——介质作用压力；A——流道面积。

则整定压力P为：P＝P_L+F_W/A(2)

当系统存在背压时，则整定压力P为：P＝P_L+F_W/A-P₁

当冷态时，F_T＝F_W，即：P＝F_W/A(3)

8)停止高压气源供气，开启放空阀20泄放管路压力，拆除安全阀在线校验仪21和试验安全阀13。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种安全阀性能测试及在线校验仪校验装置，其特征在于：包括多个高压气瓶(1)、汇流排(2)、截止阀(3)、减压阀(4)、压力表(5)、流量传感器(6)、第一流量传感器(7)、安全阀夹持台(8)、第一压力传感器(9)、调校试验控制屏(10)、温度传感器(11)、缓冲罐(12)、试验安全阀(13)、第二压力传感器(14)、第二流量传感器(15)、储罐(16)、球阀(17)、安全阀(18)、压力表(19)、放空阀(20)和安全阀在线校验仪(21)；

多个高压气瓶(1)与汇流排(2)并接组成高压气源，高压气源的出口分为两路，一路依次经截止阀(3)、减压阀(4)、压力表(5)、电磁阀(6)和流量传感器(7)与缓冲罐(12)的入口连接；另一路经球阀(17)与储罐(16)上端口连接，储罐(16)上还接有安全阀(18)和压力表(19)；缓冲罐(12)上接有温度传感器(11)，缓冲罐(12)上出口与安全阀夹持台(8)相接，缓冲罐(12)下出口与放空阀(20)连接；缓冲罐(12)上出口与试验安全阀(13)的入口连接，第一压力传感器(9)接在试验安全阀(13)的入口处；储罐(16)出口经第二流量传感器(15)、第二压力传感器(14)和试验安全阀(13)的排放口连接；安全阀在线校验仪(21)安装在试验安全阀(13)上；第一压力传感器(9)、温度传感器(11)、第一流量传感器(7)、第二流量传感器(15)和第二压力传感器(14)与调校试验控制屏(10)相连。

2.根据权利要求1所述的一种安全阀性能测试及在线校验仪校验装置，其特征在于：所述试验安全阀夹持台(8)，采用思明特（济南）公司生产的DN10~400mm以液压三爪卡盘夹持，夹持公称通径为DN10~400mm安全阀。

3.根据权利要求1所述的一种安全阀性能测试及在线校验仪校验装置，其特征在于：所述多个高压气瓶(1)为2～10个，每个均并接在汇流排(2)上。