離線式高壓氣體安全閥校驗(yàn)臺(tái)概論

離線式高壓氣體安全閥校驗(yàn)臺(tái)概論第1頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一序言隨著航天、石油、天然氣、煤炭、化工、生物、制藥、電力等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，與之相關(guān)的試驗(yàn)、生產(chǎn)裝備越來(lái)越大型化、復(fù)雜化，高溫高壓低溫深冷技術(shù)應(yīng)用更加普及，工藝條件更加苛刻，環(huán)境更加惡劣。這就對(duì)設(shè)備安全保障措施的要求提高到了前所未有的高度，大大促進(jìn)了智能化儀表、安全聯(lián)鎖報(bào)警裝置的應(yīng)用。但是安全閥做為設(shè)備及裝置安全最后一道防線的地位從來(lái)沒(méi)有動(dòng)搖過(guò)，這在《安全生產(chǎn)法》、《特種設(shè)備監(jiān)察條例》等法律法規(guī)中得到了進(jìn)一步確認(rèn)和加強(qiáng)。有關(guān)安全閥設(shè)計(jì)、材料、工藝等新工藝新技術(shù)層出不窮，這就對(duì)安全閥校驗(yàn)技術(shù)及裝置也提出了更高要求。高壓氣體壓力源、智能測(cè)控、信息管理代表了安全閥校驗(yàn)臺(tái)更新改造和推陳出新的一個(gè)主要方向。第2頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

四個(gè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》TSGR7001-2004《安全閥一般要求》GB/T12241-2005《壓力釋放裝置性能試驗(yàn)規(guī)范》GB/T12242-2005《彈簧直接載荷式安全閥》GB/T12243-2005第3頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一關(guān)于安全閥校驗(yàn)臺(tái)的法律法規(guī)依據(jù)法律法規(guī)的現(xiàn)實(shí)要求原勞動(dòng)部《關(guān)于在用鍋爐壓力容器安全閥校驗(yàn)的若干意見(jiàn)》1992年4月，（1995年追加補(bǔ)充規(guī)定）第三節(jié)對(duì)校驗(yàn)周期、項(xiàng)目和要求中提出在用安全閥的校驗(yàn)項(xiàng)目，一般以整定壓力和密封性能試驗(yàn)為主。第四節(jié)對(duì)校驗(yàn)裝置、場(chǎng)地要求：校驗(yàn)裝置由校驗(yàn)臺(tái)、氣源和管路組成，安全閥的校驗(yàn)介質(zhì)一般采用空氣或氮?dú)猓瑢?duì)于工作介質(zhì)為液體的也可用水進(jìn)行校驗(yàn)。第4頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一關(guān)于安全閥校驗(yàn)臺(tái)的法律法規(guī)依據(jù)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》TSGR7001-2004附件三＜安全閥校驗(yàn)要求＞除了提出了上述相似要求，同時(shí)又提出安裝在有毒、有害、易燃易爆的壓力容器上的安全閥，不允許進(jìn)行在線檢驗(yàn)。在線校驗(yàn)必須在保證人員和安全生產(chǎn)的前提下進(jìn)行。GB/T12243-2005《彈簧直接載荷式安全閥》GB/T12242-2005《壓力釋放裝置性能試驗(yàn)規(guī)范》GB/T12241-2005《安全閥一般要求》第5頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一利用水介質(zhì)進(jìn)行校驗(yàn)的局限性關(guān)于利用水介質(zhì)試驗(yàn)應(yīng)用的問(wèn)題：原理正確，實(shí)際應(yīng)用中存在以下幾個(gè)問(wèn)題：1、因前泄的干擾影響整定壓力的判斷2、密封壓力的判斷3、防腐蝕問(wèn)題。對(duì)奧氏體不銹鋼閥門(mén)而言存在氯離子不得超過(guò)25ppm的問(wèn)題。而碳鋼則易生銹。第6頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一泄漏的危害性介質(zhì)物料的損失大量的蒸汽、化工物料浪費(fèi)驚人嚴(yán)重的環(huán)境污染沖蝕閥瓣閥座給下一周期的調(diào)校制造困難甚至引起報(bào)廢第7頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一利用水進(jìn)行安全閥校驗(yàn)的解決方案1、積累經(jīng)驗(yàn)。同一安全閥利用水和氣進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，積累閥座閥瓣開(kāi)啟的特征的辨析。積累密封壓力的判斷能力。2、采取水介質(zhì)的防銹防腐處理。采用純水、凈化處理、加2%重鉻酸鉀。第8頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一安全閥在線校驗(yàn)分析安全閥在線校驗(yàn)是利用外加輔助提升裝置對(duì)在線運(yùn)行的安全閥閥桿進(jìn)行微位移提升使閥座閥瓣分離形成介質(zhì)外泄來(lái)模擬安全閥開(kāi)啟，利用閥座閥瓣密封面積和在線介質(zhì)的壓力以及輔助提升裝置的提升力來(lái)計(jì)算整定壓力的。安全閥在線校驗(yàn)無(wú)論是從理論還是實(shí)踐上都得到了驗(yàn)證。優(yōu)點(diǎn)：為解決化工及電力裝置的長(zhǎng)周期滿負(fù)荷運(yùn)行與法律法規(guī)的沖突找到了出路。同時(shí)減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了檢修周期。第9頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一安全閥在線校驗(yàn)分析局限性：操作人員的安全保障困難。對(duì)閥門(mén)的制造精度要求高，發(fā)生無(wú)法控制的泄漏恢復(fù)困難。安全閥使用過(guò)程中很有可能發(fā)生氧化生銹從面使配合面出現(xiàn)問(wèn)題。國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》附件三上明確規(guī)定安全閥校驗(yàn)的項(xiàng)目至少應(yīng)包括整定壓力和密封壓力。而在線校驗(yàn)還主要停留在整定壓力的校驗(yàn)上，密封壓力的測(cè)定理論上還存在困難。很多情況下所謂的密封只是在工作壓力下不泄漏而已。在GB/12243-2005《彈簧直接載荷式安全閥》5.6.1密封試驗(yàn)第10頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一安全閥在線校驗(yàn)分析壓力見(jiàn)表10中詳細(xì)規(guī)定了密封試驗(yàn)壓力。而事實(shí)上很多裝置的工作壓力可能低于這個(gè)數(shù)值。GB/T12243-20055.6.3.1中密封性要求中提出，對(duì)蒸汽用安全閥密封試驗(yàn)時(shí)，用目視或聽(tīng)音的方法檢查閥的出口端，如未發(fā)現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，則認(rèn)為密封性合格?？墒窃诰€校驗(yàn)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的嘈雜和噪聲可能掩蓋安全閥密封面的輕微泄漏聲，而且安全閥出口還可能連接著管道從而目視和聽(tīng)聲更加困難。5.6.3.2中對(duì)空氣或其他氣體用安全閥密封試驗(yàn)時(shí)，檢查以每分鐘泄漏氣泡數(shù)表示泄漏率，這又如何執(zhí)行。第11頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一安全閥在線校驗(yàn)分析在調(diào)校粘性介質(zhì)、存在自聚可能的介質(zhì)安全閥和軟密封安全閥時(shí)也存在也難以克服的不足。解決的辦法1、修改標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；2、規(guī)定應(yīng)用范圍。第12頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一中小流量高壓校驗(yàn)氣源問(wèn)題的提出應(yīng)用背景：高壓氣體壓力源在安全閥調(diào)校專(zhuān)業(yè)上的應(yīng)用需求越來(lái)越迫切。石化行業(yè)高壓聚乙烯、醋酸乙烯-乙烯共聚樹(shù)脂生產(chǎn)裝置中超高壓安全閥整定壓力均設(shè)定為200-275MPa之間、煤加氫液化裝置安全閥整定壓力設(shè)定為20-25MPa、壓縮天然氣工程安全閥整定壓力設(shè)定為27-34MPa。CO2中藥萃取裝置安全第13頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一中小流量高壓校驗(yàn)氣源問(wèn)題的提出閥整定壓力設(shè)定為15-50MPa。上述裝置的安全閥應(yīng)用介質(zhì)大多為易燃易爆氣體或窒息性氣體，如果調(diào)校超差或氣密不嚴(yán)很可能造成嚴(yán)重事故。而利用高壓液體進(jìn)行安全閥調(diào)校存在著難以克服的固有缺陷，因此只能利用高壓氣體對(duì)上述安全閥進(jìn)行整定壓力和密封壓力的調(diào)校和測(cè)試。由于專(zhuān)為安全閥調(diào)校購(gòu)置造價(jià)昂貴的高壓壓縮機(jī)顯然極不經(jīng)濟(jì)也不可行，因此開(kāi)發(fā)小型高壓氣體壓力源裝置已成為必然。第14頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一中小流量高壓氣源問(wèn)題的提出利用高壓氣體壓縮機(jī)原理設(shè)計(jì)的氣體增壓泵是小型高壓氣體壓力源的最佳解決方案。高壓氣體增壓泵的適用性問(wèn)題：可調(diào)試整定壓力和密封壓力；添置緩沖罐可調(diào)回座壓力。兼容性強(qiáng)，低、中、高（<100MPa)可全部涵蓋，一機(jī)多用,也可對(duì)閥門(mén)進(jìn)行氣密試驗(yàn).第15頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一高壓氣體增壓泵的基本工作原理增壓泵利用中低壓氣體經(jīng)一級(jí)或二級(jí)壓縮產(chǎn)生高壓超高壓氣體。增壓泵由驅(qū)動(dòng)缸（低壓缸）和兩端的壓縮缸（高壓缸）組成。驅(qū)動(dòng)缸的大口徑活塞和壓縮缸的小口徑柱塞通過(guò)傳動(dòng)活塞桿相連。壓縮缸的進(jìn)出口各有一個(gè)高壓?jiǎn)蜗蜷y。驅(qū)動(dòng)缸附帶換向組件。當(dāng)通過(guò)換向組件向驅(qū)動(dòng)缸內(nèi)輸入低壓壓縮空氣時(shí)，壓縮柱塞在驅(qū)動(dòng)活塞的牽拉推動(dòng)下做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于驅(qū)動(dòng)活塞和壓縮柱塞存在面積差，當(dāng)?shù)蛪簤嚎s空氣作用在驅(qū)動(dòng)活塞端時(shí)，在壓縮柱塞端就會(huì)輸出高壓或超高壓氣體。第16頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一基本結(jié)構(gòu)上圖所示為一段式增壓泵基本結(jié)構(gòu)。壓縮缸最大輸出壓力與驅(qū)動(dòng)缸輸入壓力之比為壓力放大系數(shù)，即增壓比。增壓比取決于驅(qū)動(dòng)活塞和壓縮柱塞的面積之比，即：

第17頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一理論計(jì)算

第18頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一理論計(jì)算第19頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一動(dòng)作性能通過(guò)節(jié)流閥可以調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)氣進(jìn)氣速度和壓力進(jìn)而控制增壓泵增壓進(jìn)程，可獲得緩慢均勻的供氣以滿足安全閥校驗(yàn)的需要。通過(guò)調(diào)節(jié)氣控滑閥可以任意設(shè)定增壓壓力。當(dāng)達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，增壓泵停止工作而保持壓力不變。此時(shí)壓縮柱塞處于靜止?fàn)顟B(tài)，不再消耗能量，且無(wú)熱量產(chǎn)生，當(dāng)壓力平衡打破后，增壓泵將自動(dòng)開(kāi)始工作直至下一個(gè)平衡。

第20頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一自動(dòng)循環(huán)換向回路第21頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一推論在不考慮效率系數(shù)的前提下,壓縮高壓與驅(qū)動(dòng)低壓之比即增壓比K為驅(qū)動(dòng)活塞面積與增壓柱塞面積之比,同時(shí)又是驅(qū)動(dòng)活塞直徑與壓縮柱塞直徑的平方之比.在實(shí)際工況中要獲得適量的高壓氣體,需要大流量的驅(qū)動(dòng)氣供給.以上兩點(diǎn)是增壓泵的重要理論基礎(chǔ)第22頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一種氣動(dòng)增壓裝置的結(jié)構(gòu)第23頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一進(jìn)口單向閥第24頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一出口單向閥第25頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一增壓泵類(lèi)型按動(dòng)力來(lái)源分為氣動(dòng)增壓泵和電-液增壓泵按作用形式分為單作用增壓泵和雙作用增壓泵按過(guò)程原理分一段式增壓泵和兩段式增壓泵第26頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例:氣體單作用和雙作用增壓泵根據(jù)作用形式增壓泵分為單作用和雙作用型。單作用增壓泵增壓過(guò)程完畢后返回過(guò)程期間增壓作業(yè)中斷。雙作用增壓泵中驅(qū)動(dòng)活塞往返動(dòng)作過(guò)程中兩側(cè)壓縮缸交替壓縮增壓，可連續(xù)實(shí)施增壓作業(yè)。第27頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一氣體雙作用增壓泵之一段泵一段式增壓泵氣體增壓全過(guò)程在一個(gè)壓縮缸內(nèi)完成。第28頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一段泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)第29頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一氣體雙作用之二段泵二段式增壓泵氣體增壓過(guò)程經(jīng)過(guò)一段預(yù)增壓后進(jìn)入二段增壓至最終壓力。第30頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一兩段式內(nèi)部結(jié)構(gòu)第31頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電-液增壓泵電-液增壓泵是以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋片油壓泵,將電力轉(zhuǎn)化為油壓,進(jìn)而驅(qū)動(dòng)活塞壓縮中低壓氣體增至規(guī)定高壓.第32頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電-液增壓泵液壓原理圖第33頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電-液增壓泵工作原理電-液增壓泵電動(dòng)裝置、氣路裝置、液壓裝置構(gòu)成，當(dāng)壓力流體通過(guò)換向閥進(jìn)入增壓泵驅(qū)動(dòng)油缸時(shí)，推動(dòng)驅(qū)動(dòng)活塞作左右運(yùn)動(dòng)，增壓缸內(nèi)增壓柱塞使進(jìn)入到增壓器的氣體增壓，經(jīng)單向閥進(jìn)入緩沖罐?；钊芏鴱?fù)始的左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使中壓氣體增壓至所需的工作壓力，經(jīng)電接點(diǎn)壓力表動(dòng)作引發(fā)電機(jī)停轉(zhuǎn)。第34頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電-液增壓泵和氣動(dòng)增壓泵的比較共同點(diǎn)：結(jié)構(gòu)相似，本質(zhì)上都是能量轉(zhuǎn)換器。首先電能轉(zhuǎn)換為氣或液能，而后氣或液能轉(zhuǎn)化為氣體壓縮能。不同點(diǎn)：結(jié)構(gòu)尺寸不同增壓速度不同操控性能不同增壓起點(diǎn)不同綜合評(píng)價(jià)：電－液增壓泵性價(jià)比最優(yōu)第35頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一大流量高壓氣源的解決方案問(wèn)題的提出制造廠或部份大型校驗(yàn)試驗(yàn)單位對(duì)大流量氣源的需求十分迫切,面對(duì)這一問(wèn)題前述氣動(dòng)或電動(dòng)增壓泵已非上選，購(gòu)置大流量的高壓氣體壓縮機(jī)并非最佳選擇．動(dòng)輒100-1000kw的配電要求已屬不易，更何況還有大機(jī)組的后續(xù)管理和檢修維護(hù)，人員的培訓(xùn)，備品配件的供應(yīng)等問(wèn)題．液氮高壓氣化技術(shù)是方便安全快捷的解快大流量氣體供應(yīng)問(wèn)題的最佳解決方案．第36頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一液氮高壓氣化技術(shù)液氮的性質(zhì)熔點(diǎn)：-209.95℃

沸點(diǎn)：-195.86℃外觀：沸點(diǎn)溫度下為無(wú)色無(wú)味液體密度：0.808g/cm3

1升液氮由-196℃變?yōu)槌貧鈶B(tài)氮時(shí)，體積膨脹680～700倍。每千克液氮由-195.78℃的液體氣化時(shí)吸收潛熱200kJ,再由-195.78℃的氣體上升到20℃時(shí),又吸收顯熱252.7kJ.第37頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一液氮高壓氣化技術(shù)液氮汽化裝置由低溫液氮貯槽、往復(fù)式低溫液體泵、高壓氣化器、常溫高壓儲(chǔ)罐組成。常規(guī)方法是將貯存在低溫液體貯槽中的液氮經(jīng)往復(fù)式低溫液體泵升至規(guī)定壓力通入汽化器，等壓汽化后氣體就可直接輸入常溫高壓儲(chǔ)罐。如果用戶要求氣體壓力較高，則可先通過(guò)低溫泵將液氮增壓到所需要的壓力，然后在高壓汽化器內(nèi)汽化（汽化器有空浴式和水浴式兩種）。由于整個(gè)過(guò)程沒(méi)有外來(lái)污染源，所以氮?dú)馄焚|(zhì)有保證，氣體的純度不會(huì)受到影響。近年來(lái)，我國(guó)新開(kāi)發(fā)了一種內(nèi)壓縮流程空分設(shè)備，根據(jù)用戶需要，可在冷箱內(nèi)將液體產(chǎn)品用低溫泵增壓到所需壓力，在主換熱器內(nèi)復(fù)熱汽化至常溫氣體，由于低溫泵和主熱交換器均設(shè)置在冷箱內(nèi)，用戶就可直接得到所要壓力的氣體，而不必再增加其它設(shè)備了。第38頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一液氮高壓氣化技術(shù)特點(diǎn)：１、成本低２、氣量大大增加，如配緩沖罐可做安全閥全性能試驗(yàn)３、裝置可大可小，可無(wú)電操作。

4、高壓和超高壓更容易獲得。（上至200MPa）第39頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一安全閥校驗(yàn)臺(tái)測(cè)控技術(shù)隨著PLC及組態(tài)控制技術(shù)的成熟應(yīng)用，安全閥校驗(yàn)裝置智能化趨勢(shì)明顯。其基本功能應(yīng)包括：手動(dòng)控制與自動(dòng)控制相互獨(dú)立，可單獨(dú)使用，也可自由切換?？勺詣?dòng)控制功能閥門(mén)的操作，實(shí)現(xiàn)閥門(mén)定位、裝卡、增壓、回位功能。在自動(dòng)狀態(tài)下可完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史曲線記錄、過(guò)程重現(xiàn)、報(bào)警控制、動(dòng)畫(huà)顯示、報(bào)告出具、報(bào)表打印等功能。自動(dòng)剔除前泄、密封不嚴(yán)等干擾，準(zhǔn)確判斷安全閥整定壓力和密封壓力。隨時(shí)顯示安全閥閥座閥瓣位移、介質(zhì)溫度等數(shù)據(jù)。第40頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一安全閥校驗(yàn)臺(tái)測(cè)控技術(shù)重點(diǎn)突出整定壓力和密封壓力的智能化判斷，以彌補(bǔ)人眼視覺(jué)疲勞的不良影響。發(fā)展智能安全閥密封試驗(yàn)泄漏率測(cè)定裝置根據(jù)GB/T12243-2005《彈簧直接載荷式安全閥》5.6.3.2(表12）的要求，可以以氣泡數(shù)/min

或CM3/min.

在此標(biāo)準(zhǔn)中100個(gè)氣泡與29.9毫升氣體相當(dāng)。發(fā)展一體化技術(shù)，即集合安全閥、呼吸閥、閥門(mén)校驗(yàn)試驗(yàn)于一體，一機(jī)多用。以下為一智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及界面：第41頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一安全閥校驗(yàn)裝置測(cè)控結(jié)構(gòu)圖

第42頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期一安全閥校驗(yàn)信息系統(tǒng)利用安全閥智能測(cè)控系