专利名称：一种低冗余度高可靠性安全阀智能化校验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种低冗余度高可靠性安全阀的智能化校验装置，属于承压特种设备检测技术领域，具体地说是涉及开启压力范围在O.1Mpa 42Mpa，介质为空气、水蒸气、水和其他化学物质的压力容器、压力管道和机械设备上的安全阀校验装置。二背景技术：
近年来，随着国民经济的快速发展，对石油、化工原料的需求量大幅度增加，石油化工产业得到迅猛发展，生产装置规模越来越大，加工深度不断加深。石油化工产业在国民经济中发挥着重要的作用，是我国经济发展的重要支柱行业之一。安全阀，是一种智能化阀门，不借助任何外力而利用系统介质本身的力来排出一额定数量的流体，以防止压力超过额定的安全值。当压力恢复正常后，阀门再行关闭并阻止介质继续流出。安全阀，作为特种设备的安全附件，是确保石化企业压力容器和压力管道安全，防止重大事故的最后手段。石油化工装置安全阀通常运行在高温、高压设备上，介质多为有毒、有害、易燃、易爆介质，在操作压力、温度、介质洁净度以及环境介质腐蚀等物理、化学因素作用下，安全阀性能特别是开启压力和密封性能会发生改变，将导致安全阀不能按规定压力开启或回座，造成生产安全隐患和环境污染。根据TSG ZF001-2006《安全阀安全技术监察规程》B6. 3.1条的规定“安全阀定期校验，一般每年至少一次”。安全阀的定期校验包括开启压力和密封压力试验。安全阀开启压力是指安全阀在运行条件下开始开启的预定压力，在该压力下，在规定的运行条件下由介质压力产生的使阀门开启的力同使阀瓣保持在阀座上的力相互平衡，通常也称为开启压力或整定压力。安全阀分为全启式和微启式两种，微启式是指阀瓣的开启高度为阀座喉径的l/4(Tl/20，全启式是指阀瓣的开启高度为阀座喉径的1/4，由此安全阀的动作特性有很大区别，全启式安全阀的动作特性属于两段作用式，微启式安全阀为圆弧式，只有合格的开启动作特性才能保证安全阀的排量，进而防止被保护设备超压破坏。密封压力是指进行密封试验时安全阀进口的静压力，在该压力下测量通过关闭件密封面的泄漏率。当前的安全阀离线校验采用的方式主要是校验台校验，目前大多数校验台安装的都是模拟仪表。这样的校验方式存在的主要问题是I)模拟仪表的精度普遍较低，目前安全阀校验采用的模拟仪表精度为O. 4级，无法做到高精度测量；2)采用单一的模拟仪表无法进行对比测量，当仪表出现故障时，得不到正确的测
量数据；3)采用模拟仪表需要操作人员读数，要求操作人员在压力值达到整定压力附近时，根据安全阀开启时的声音，读取压力值回档前的最高压力，而这一压力值出现和保持的时间很短，操作人员很难捕捉和精准读取；4)使用模拟仪表无法记录安全阀校验过程中的整个压力值变化曲线，校验过程中的相关数据、表格都需要操作人员手工填写。 随着石油化工产业的壮大，每年送检安全阀数量也越来越多，被检安全阀的检验技术文档均由人工填写，如何防止常规离线校验台的模拟压力表出现异常误差，提高校验开启压力精度，避免安全阀校验中人工读数和判定合格开启压力可能发生的差错，进而提高安全阀的校验准确率和效率是各管理机构、检验机构和使用单位所共同关心的问题，安全阀智能化校验装置的研究意义重大。三
实用新型内容1、实用新型目的本实用新型的目的在于提供一种低冗余度高可靠性安全阀智能化校验装置和校验方法，打破传统校验装置由人工读数、判断、记录及检测精度比较低的现状，同时提出使用两个相同规格的高精度压力变送器，利用电脑做出各自的压力变化曲线，进行相互比对，进一步提高其测量的可靠性，实现了安全阀离线检测的低冗余度、高可靠性以及智能化，能提高安全阀的校验准确率和效率，保障安全阀的安全运行，节约经济成本。2、本实用新型的目的是通过以下的技术方案来实现的一种低冗余度高可靠性安全阀智能化校验装置，包括安全阀(I)、校验平台(2)、进口侧法兰(3)、高压管(4)、视频监控设备(5)、安全防护墙(6)、气源(12)、气瓶(13)、压缩机(14)、蓄能器(15)、出口侧法兰(16)、出口管(17)、水槽(18)、纯净水(19)和控制台
(20)上的升压阀(21)和泄压阀(22)，其特征在与该装置还包括两个相同规格的压力变送器(7)、输出信号线(8)、数据采集板(9)、串口数据线(10)、平板电脑及软件(11)、其中安全阀(I)竖立在校验平台(2)上，安全阀(I)底部的进口法兰朝下，进口侧法兰(3)与安全阀
(I)底部的进口法兰相连接，出口侧法兰(16 )与安全阀(I)的出口法兰相连接，出口管(17 )的一端与出口侧法兰(16)相连接，另一端连接到水槽(18)的纯净水(19)中，第一高压管
(4)的一端与进口侧法兰(3)连接，中部开2孔与两个相同规格的压力变送器(7)连接，另一端穿过安全防护墙(6)与控制台(20)相连接，输出信号线(8)—端与压力变送器(7)连接，另一端与数据采集板(9)连接，数据采集板(9)通过串口数据线(10)连接平板电脑(11)，在控制台(20)的下部分别安装升压阀(21)和泄压阀(22)，蓄能器(15)的一侧通过第二高压管(4)与控制台(20)连接，另一侧通过第三高压管(4)与压缩机(14)相连接，压缩机(14)一侧通过第四高压管(4)与气瓶(13)连接，气瓶(13)内装有检验用气源(12)，在水槽(18)上方安装-视频监控设备(5)。上述的低冗余度高可靠性安全阀智能化校验装置中的进口侧法兰3与校验平台2采用液压夹紧装置夹紧连接，液压夹紧装置夹紧力可调节，中间加高压垫片，确保密封；高压管4与进口侧法兰3、出口侧法兰16、压力变送器7、蓄能器15、压缩机14和气瓶13均采用螺纹连接；视频监控设备5，安装在安全阀I的出口侧密封试验水槽18的上方，能够清楚观察密封性试验时水槽18中的气泡数；校验用气源12由气瓶13提供，经压缩机14压缩后储存于蓄能器15中，系统所需压力高低由控制台20上的升压阀21和泄压阀22来控制；安全防护墙6是用钢筋混凝土制成,墙高2100mm,厚300_。上述的低冗余度高可靠性安全阀智能化校验装置，其特征在与所述平板电脑(11)中包含压力采集系统模块和开启值分析控制程序模块。使用上述低冗余度高可靠性安全阀智能化校验装置进行校验的方法，其校验步骤如下a、将待校验的安全阀(I)的进出口在连接之前用清洗剂进行清洗、去污；b、宏观检查安全阀(1)，检查其零部件是否完好，有无裂纹、锈蚀和机械损伤；[0021]C、通过安全防护墙(6)，制定完善的安全制度，将校验设备区域与人工操作区域隔离开，操作人员在安全防护墙(6)外操作，通过视频监控设备(5)的观察屏来观察；d、由气瓶(13)提供的气源(12)经第四高压管(4)到压缩机(14)压缩后，通过第三高压管(4)向蓄能器(15)内充装气源(12)蓄压；e、确认安全防护墙(6)后无人后，准备开始试验操作；f、打开控制台(20)上的升压阀(21)，使蓄能器(15)的气源(12)通过第一高压管
(4)进入安全阀(I)；g、缓慢升高安全阀(I)的进口压力，升高到开启压力的90%以后，升压速度应当不闻于每秒1%的开启压力；h、观察平板电脑及软件(11)中的安全阀(I)进口压力曲线变化，根据开启准则，当测到压力曲线曲率变化到设定值，且压力值负增长，自动记录负增值前点压力为此刻压力，并报操作人员确认，操作人员听到开启声音正常，确认此刻压力为安全阀(I)的开启压力；j、校验完毕后，通过控制台(20 )上的泄压阀(22 )将安全阀(I)的压力平稳泄压至零位后，拆卸连接的进口侧法兰(3 )和出口侧法兰(16 )。k、对校验好的安全阀(I)挂合格牌、铅封、出具校验记录和校验报告。上述步骤h中的压力曲线是通过下述方法对两只相同规格的压力变送器(7)的数据进行误差识别和归一化处理，并判断被校验安全阀的开启压力，其方法步骤如下I)两只相同规格的压力变送器(7)将电流信号分别传输给数据采集板(9)，平板电脑及软件(11)接收数据采集板(9)两只压力变送器(7)模数转换结果，自动逐点比较两条压力变化曲线上每个采样时刻对应的两个点的数据，如果各采样时刻获得的两个压力数据相对误差小于等于O. 4%的组数超占总组数85%以上，则认为安全阀智能校验装置整个系统正常、可靠，此次试验测量数据真实、有效，去掉可能因瞬时电磁干扰而造成的两个压力数据相对误差大于O. 4%的组数后，再把每个采样时刻的压力值取为该时刻两个点的数据的平均值，形成新的曲线即为本次压力试验和校验曲线；2)如果各采样时刻获得的两个压力数据相对误差小于等于O. 4%的组数小于总组数40%，则需要检查安全阀智能校验装置整个系统是否正常，尤其需要检查加压管路是否有漏气，两只压力变送器与管路的连接密闭是否可靠，检查完毕再进行测量；3)校验前在平板电脑及软件(11)中设定安全阀(I)类型及开启准则，安全阀开启准则如下当校验的安全阀(I)类型为全启式时，当压力曲线曲率值小于-1，且压力值负增长，自动记录负增值前点压力为此刻压力，并报操作人员确认，操作人员听到开启声音正常，确认此刻压力为合格开启压力，当校验的安全阀(I)类型为微启式时，压力曲线曲率值转向为负值，且压力值负增长，自动记录负增值前点压力为此刻压力，并报操作人员确认，操作人员听到开启声音正常，确认此刻压力为合格开启压力。上述低冗余度高可靠性安全阀智能化校验装置进行校验的原理如下压力曲线由两只连接于高压管4中相同规格压力变送器7将电流信号分别传输给数据数据采集板9，平板电脑及软件11接收数据采集板9两只压力变送器7的模数转换结果并进行误差识别和归一化处理后转换成相对应的压力值构成，升压前在平板电脑及软件11中选择安全阀I类型，当校验的安全阀I类型为全启式时，曲率偏转到设定值，且压力值负增长，自动记录负增值前点压力为此刻压力，并报操作人员确认，操作人员听到开启声音正常，确认此刻压力为合格开启压力，当校验的安全阀(I)类型为微启式时，曲率偏转到设定值，且压力值负增长，自动记录负增值前点压力为此刻压力，并报操作人员确认，操作人员听到开启声音正常，确认此刻压力为合格开启压力。3、有益效果a.本实用新型的低冗余度高可靠性安全阀智能化校验装置采用了电气自动化技术，用高精度压力变送器(精度级O. 075%)替代传统高精度模拟压力表(精度级O. 4%)，使得整个装置精度级达到O. 175%。其校验方法建立在数学模拟的基础上，核心是在安全阀进口处的校验管道直管段中连接2个相同规格的压力变送器，保证压力降为最小，对2个相同规格的压力变送器的数据结果进行误差识别和归一化处理后转换成相对应的压力值，进而绘制成压力曲线，保证采集的压力值准确可信，具有精确的自检能力。c.软件中插入了根据低冗余度高可靠性安全阀的不同动作特性制定的开启评价准则，检测结果可靠，打破了传统校验方法，提高安全阀的校验准确率和效率。四
图1 :低冗余度高可靠性安全阀智能化校验装置的结构示意图；附图标记1-安全阀、2-校验平台、3-进口侧法兰、4-高压管、5-视频监控设备、6-安全防护墙、7-压力变送器、8-输出信号线、9-数据采集板、10串口数据线、11-平板电脑及软件、12-气源、13-气瓶、14-压缩机、15-蓄能器、16-出口侧法兰、17-出口管、18-水槽、19-纯净水、20-控制台、21-升压阀、22-泄压阀。图2 :压力采集系统硬件构成图；图3:压力采集系统软件模块。图4 :开启值分析控制程序软件模块。五具体实施方式
实施例1，低冗余度高可靠性安全阀智能化校验装置构成和连接如下图1为本实用新型的装置的结构示意图，根据图1所示，安全阀I竖立与校验平台2上，进口法兰朝下，进口侧法兰3与安全阀I底部的进口法兰采用液压夹紧连接，中间加高压垫片，第一高压管4的一端与进口侧法兰3螺纹连接，在第一高压管4上开两个1/2NPT的气路接口，接2个规格为罗斯蒙特2051T的压力变送器7，另一端穿过安全防护墙6的圆孔与控制台20螺纹连接，控制台20上装有升压阀21和泄压阀22，输出信号线8 一端与压力变送器7连接，另一端与数据采集板9连接，数据采集板9通过串口数据线10连接平板电脑及软件11，平板电脑及软件11安装与万利达T3平板电脑中，蓄能器15的一侧通过第二高压管4与控制台20连接，另一侧通过第三高压管4与压缩机14相连接，压缩机14 一侧通过第四高压管4与气瓶13连接，另一侧通过高压管4与蓄能器15相连接，在安全阀I的出口侧法兰16连接安装出口管17，将出口管17放置于水槽18，并保证纯净水19完全淹没出口管17，高压管4与气瓶13、压缩机14、蓄能器15和控制台20都是螺纹连接，出口侧法兰16与出口管17采用螺纹连接，气瓶13内装有检验用气源12，在安全阀I出口法兰上方为视频监控设备5。其它具体规格型号有1、安全阀I为开启压力范围在O.1Mpa 42Mpa，介质为空气、水蒸气、水和其他化学物质的压力容器、压力管道和机械设备上的低冗余度高可靠性安全阀。2、校验平台2材料为不锈钢304、长宽高为1500X800X800mm。3、高压管4和出口管17为316ss，外径为15_，壁厚为1. 8_。4、视频监控5安装在水槽18上方2m处，型号为CA-KS30NE。5、气源12为99. 9%纯度的氮气，气瓶13为容积40L，公称压力15Mpa的普通氮气瓶。6、压缩机14型号为普瑞格斯PGN42-0. 35。7、蓄能器15容积500L，材料为16MnR，最高工作压力50MPa。8、控制台20型号为上海科锋SAT-Q。9、升压阀21和泄压阀22为SUPERTEK型号30-11HF9。10、水槽18为长400mm,宽300mm,高300mm,板厚为2mm的不锈钢水槽。11、液压夹紧装置，型号为KHXT-20，夹紧力300-150000N，行程30_100mm。12、高压垫片为聚四氟乙烯垫片，根据压力不同选择不同厚度。13、输出信号线8为KVVP2屏蔽电缆。14、数据采集板9、串口数据线10由如图2所示构成。15、平板电脑及软件11由图3压力采集系统软件模块、图4开启值分析控制程序软件模块构成。如图2所示，压力变送器7输出的4_20mA电流信号经过由100R的高精度电阻组成的采样电阻网络，接入型号为⑶4051的模拟开关的X0、Xl端，模拟开关通过X端输出到AD的AINl端，并通过MUX2A、MUX2B、MUX2C端口与单片机进行交互，AD型号为AD7705，单片机型号为MSP430，AD与单片机通过端口 ADDOUT和ADDIN进行交互，单片机将AD转换的结果通过TXD和RXD连接串口 232通信与触控输入和显示交互，触控输入和显示处于万利达T3平板电脑中。压力采集系统软件模块如图3所示，启动步骤a开始采集压力数据，接着进行步骤b，如误差不符合O. 15%的要求，则进行步骤c报错结束，如误差符合要求则进行步骤d，然后进行步骤e，如达到开启压力的50%，进行步骤f，没达到继续步骤e判断，当压力达到步骤g要求开启压力的90%，进行步骤h，否则继续步骤g，最后由操作人员进行步骤i结束采集。开启值分析控制程序软件模块如图4所示，首先进行步骤a选择低冗余度高可靠性安全阀，接着进行步骤b采集压力数据，根据步骤b数据进行步骤c计算，接着进行步骤d根据低冗余度高可靠性安全阀的开启准则判断合格的开启压力段，接着进行步骤e，在合格的开启压力段中查询压力负增值，得到首个负增值点，以步骤f得到开启压力值，进行步骤g提示用户保存数据。开启数据发至出具报告系统，出具报告系统不在本次实用新型内容。
权利要求1.一种低冗余度高可靠性安全阀智能化校验装置，包括安全阀(I)、校验平台(2)、进口侧法兰(3)、高压管(4)、视频监控设备(5)、安全防护墙(6)、气源(12)、气瓶(13)、压缩机(14)、蓄能器(15)、出口侧法兰(16)、出口管(17)、水槽(18)、纯净水(19)和控制台(20)上的升压阀(21)和泄压阀(22)，其特征在与该装置还包括两个相同规格的压力变送器(7)、输出信号线(8)、数据采集板(9)、串口数据线(10)、平板电脑及软件(11)、其中安全阀(I)竖立在校验平台(2)上，安全阀(I)底部的进口法兰朝下，进口侧法兰(3)与安全阀(I)底部的进口法兰相连接，出口侧法兰(16)与安全阀(I)的出口法兰相连接，出口管(17)的一端与出口侧法兰(16)相连接，另一端连接到水槽(18)的纯净水(19)中，第一高压管(4)的一端与进口侧法兰(3)连接，中部开2孔与两个相同规格的压力变送器(7)连接，另一端穿过安全防护墙(6)与控制台(20)相连接，输出信号线(8)—端与压力变送器(7)连接，另一端与数据采集板(9)连接，数据采集板(9)通过串口数据线(10)连接平板电脑(11)，在控制台(20)的下部分别安装升压阀(21)和泄压阀(22)，蓄能器(15)的一侧通过第二高压管(4)与控制台(20)连接，另一侧通过第三高压管(4)与压缩机(14)相连接，压缩机(14)一侧通过第四高压管(4)与气瓶(13)连接，气瓶(13)内装有检验用气源(12)，在水槽(18)上方安装-视频监控设备(5)。
专利摘要本实用新型公开了一种安全阀智能化校验装置，该装置是对现有传统校验装置的改进和升级，本装置采用电气自动化技术，核心是在被校验安全阀进口处的校验管道直管段对称两端配接两个相同规格的压力变送器，由现场电脑对这两个相同规格的压力变送器连续自动进行数据采集、存储，通过归一化处理和两者误差判别，保证采集的安全阀试验压力值准确可信，达到了低冗余度、高可靠性。同时，在平板电脑软件中插入了根据安全阀动作特性制定的开启评价准则，相比目前广泛采用的由人工听到安全阀开启声后目视读出指针式压力表示值的传统校验方法，其检测结果准确可靠，可显著提高安全阀的校验准确率和效率。
文档编号G01M3/08GK202903461SQ20122049359
公开日2013年4月24日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者业成, 章彬斌, 周杏鹏, 梁华, 陈辰, 沈正军 申请人:南京市锅炉压力容器检验研究院, 东南大学