25L以下小型压力容器耐压测试装置的开发与应用

万旺军，陈 文，韩 晶，王广宇

（浙江出入境检验检疫局 包装检测实验室，浙江 杭州311208）

0 引 言

小型压力容器耐压性能测试是一种超过正常操作压力的压力检查方法，分为液压试验和气压试验两种，其最终目的是检验容器的整体强度和可靠性，试验结果的准确与否直接关系到装运货物的安全运输［1-2］.目前国内尚无针对此类产品耐压性能测试的定型设备.现行出口25L以下小型压力容器耐压性能测试标准均以联合国《关于危险货物运输的建议书·试验和标准手册》［3］为基准，按照检验检疫行业标准SN／T 0370.2—2009《出口危险货物包装检验规程 第2部分：性能检验》［4］、SN 0324—1994《海运出口危险货物小型气体容器包装检验规程》［5］、SN／T 1180—2003《进出口喷雾罐安全检验规程》［6］等测试要求进行.为满足我国对出口小型压力容器法定性能检验工作的需要，国内部分检测机构根据各自对检测标准的理解，自行试制了各类小型压力容器耐压测试设备，但均没有形成规范定型产品［7-9］，这些设备还不同程度地存在着安全系数低、操作复杂、易受人为因素影响等弊端.

随着近年来我国出口25L以下小型压力容器数量的不断增长，其所涉及的安全运输特性也日益显现［10］，因此如何安全、准确地对出口小型压力容器进行耐压测试，完善现有的检测装置显得尤为重要.本研究依据出口小型压力容器测试标准的要求，运用气液联动和压力传感技术，研制了一种适用于多种规格型号小型压力容器，实现了对25L以下小型压力容器耐压性能的综合检测，既能测试其液压又能测试气压，为提升我国小型压力容器产品出口质量提供了技术支撑.

1 结构及组成

1.1 总体设计方案

在对25L以下小型压力容器各项性能指标进行充分测试研究的基础上，完成了对小型压力容器耐压测试装置总体结构的设计.首先运用空气压缩机对试验用水进行充气挤压，同时通过电磁阀、减压阀对注入气压进行有效控制，相应压力在外置压力表上能够得到实时显示；测试完成后通过高压电磁阀和压力变送器进行泄压，保证了整个测试过程的安全操作.

耐压测试装置由控制部分和执行部分组成.其中控制部分由带触摸功能的电脑加上西门子组态软件WCC6.0，PLC采用西门子S7-200CPU加上S7-200模拟量模块组成；执行部分由电磁阀、气体增压泵、气驱液增压泵、安全阀、储能器、压力传感器、卸压阀、回流水箱等组成.耐压测试装置的总体结构和电气线路如图1，2所示.

图1 耐压测试装置总体结构图Fig.1 The overall structure diagram of the withstand voltage tester

1.2 主要元器件

1.2.1 S7-200CPU继电器 S7-200系列继电器是一种可编程序逻辑控制器（Micro PLCs），它能够控制各种设备以满足自动化操作需要.本研究中使用了一种CPU 222AC／DC继电器，包括8点输入和6点输出，220VAC供电输入（供电范围为85～264VAC，频率范围为47～63Hz），可应用于各种复杂的操作环境，输出直流24V，其最大电流为180mA，可接多个传感器，其范围为20.4～28.8VDC.

1.2.2 压力传感器 所用压力传感器选用国际知名品牌施耐德XMLG系列产品，采用陶瓷压力测量单元，其压力范围为0～98N，其额定功用电压为24VDC（范围在8～33VDC）、信号为4～20mA、2线制，其信号及接线方式采用最为普遍的方式.

1.2.3 WCC6.0组态软件 WCC软件是西门子工业软件系列产品，也是目前组态软件中比较常用的软件，功能强大，主要有过程监控、与PLC通讯、标准接口、编程接口、报表设计、变量记录、实时曲线、报警存档等.其控制点数由几十点到数千点，可满足各种大、小型系统的组态.在该测试仪中，只采用了其中一部分功能，如过程控制、PLC通讯、实时曲线等.

图2 耐压检测装置的电气线路图Fig.2 The Blasting circuit diagram of the withstand voltage tester

2 测试内容及结果

对该测试装置的检测操作完全由西门子WCC6.0的组态软件来控制实现.检测启动后，由S7-200CPU发出指令，模拟量模块采集压力传感器的信号，通过设定压力与实际压力比较值去控制操作电磁阀.该设备人机操作界面主要有测试动态平台画面、气密曲线画面、液液曲线画面、参数设置画面及欢迎和退出画面组成.

气密测试时，气密控制系统由进气电磁阀、气体增压泵、安全阀、出气电磁阀、压力传感器及输出模拟罐等组成；液压测试时，液压控制系统则由进气电磁阀、气驱液增压泵、溢流阀、蓄能罐、水箱、出水电磁阀、压力传感器等组成.液压管路与气密管路区别在于气密管路用气压驱动气体增压泵，以产生气体；而液压管路则是用气体驱动气驱液增压泵，在泵中输出的是液体（如水），见图3.

2.1 气密或液压检测

操作时只能选择其中一种测试方式：选择气密测试时，操作气密启动按钮，当压力达到设定的压力后，开始按气密时间保压，保压时间达到后自动停止，若想提前手动完成，则按气密停止按钮.选择液压测试时，操作液压启动按钮，当压力达到设定的压力后，开始按液压时间保压，保压时间达到后自动停止，若想提前手动完成，则按液压停止按钮.

2.2 卸压操作

当测试完成之后，在气体增压泵或气驱液增压泵与出口电磁阀之间以及出口电磁阀与测试物品之间存在一定的压力，为了保证下一次测试时气体增压泵或气驱液增压泵与出口电磁阀及测试物品之间压力归零，在程序中也设置了自动卸压功能，即当保压结束后，卸压阀打开，将出口阀与测试样品之间压力卸去.这也可通过手动按下气密按钮或液压按钮后再按该按钮释放压力.

2.3 传感器故障检测

若在测试操作时，如果发生压力传感器失效，无法得知准确压力将是一件比较危险的事情，所以测试软件中设置了传感器故障检测功能，即当压力传感器出现故障时，测试软件界面中相应字体将自动变为红色并报警，提醒操作人员注意安全，按下紧急故障按钮.

2.4 测试结果

在设备样机研制完成后，应用该装置对10组试验样品——小型气体喷雾罐（口径1.5cm，直径6cm）进行测试，并与传统测试设备（ABT-200爆破试验机）进行分析比较，从而验证该装置的测试效果.由于ABT-200爆破实验机只有液压测试功能，因此仅是对液压测试进行了比对，见表1.从表1可知，液压测试偏差基本在-1.79%～1.04%之间.

经浙江省计量科学研究院验证测试，产品性能符合小型压力容器测试标准要求.同时，该装置操作过程由软件实时控制，操作简便，当发生压力超标或者卸压不完全时，都会自动识别并报警，保证了操作人员的安全.该检测装置具有以下特点：

图3 测试平台流程图Fig.3 The flow-process diagram of the testing bench

（1）采用气、液连动的方式，且有自动转换、自动加压和自动报警等功能，实现了对小型压力容器耐压性能的综合测试.该装置的气源是由高压气泵经多级稳压形成，并通过相应控制系统给小型压力容器加压，能够保证测试过程的操作人员安全和气压稳定.

（2）应用压力传感装置，便于进行电脑数据处理，提高检验效率和质量.同时被测样品的耐压强度能够实时显示.

（3）测试结果的稳定性较好，精度达到±2%.

表1 验证测试结果Table 1 The result of verification testing

3 结束语

随着国民经济的迅速发展，国内外对小型压力容器的需求量日益俱增，其快速安全检测已成为亟待解决的课题之一，为此本文所研发的小型压力容器耐压检测装置具有良好的重现性和稳定性，能够满足对25L以下小型压力容器的综合耐压性能（气密、液压）的检测.

［1］ 刘道华.压力容器安全技术［M］.北京：中国石化出版社，2009.LIU Daohua.Safety technology of pressure vessels［M］.Beijing：China Petrochemical Press，2009.

［2］ 袁亮能.压力容器定期检验中的耐压试验［J］.化学工业与工程技术，2001，22（4）：47-48.YUAN Liangneng.Withstand voltage test for the regular inspection of pressure vessel［J］.Journal of Chemical Industry&Engineering，2001，22（4）：47-48.

［3］ 联合国.《关于危险货物运输的建议书 试验和标准手册》［M］.纽约：联合国出版社，2009.The United Nations.Recommendations on the transport of dangerous goods manual of tests and criteria［M］.New York：The United Nations Press，2009.

［4］ 中华人民共和国江苏出入境检验检疫局.SN／T 0370.2—2009.检验检疫行业标准-出口危险货物包装检验规程 第2部分：性能检验［S］.北京：中国标准出版社，2009.The People′s Republic of China Jiangsu Entry-exit Inspection and Quarantine Bureau.SN／T 0370.2—2009.Inspection and quarantine standards-rules for the inspection of packaging for dangerous export goods，Parts 2：Performance Test［S］.Beijing：China Standard Press，2009.

［5］ 中华人民共和国江苏出入境检验检疫局.SN 0324—94.检验检疫行业标准-海运出口危险货物小型气体容器包装检验规程［S］.北京：中国标准出版社，1994.The People′s Republic of China Jiangsu Entry-exit Inspection and Quarantine Bureau.SN 0324—94.Inspection and quarantine standards-rules for the inspection of small gas receptacles of dangerous goods exported by sea［S］.Beijing：China Standard Press，1994.

［6］ 中华人民共和国江苏出入境检验检疫局.SN／T 1180—2003.检验检疫行业标准-进出口喷雾罐安全检验规程［S］.北京：中国标准出版社，2003.The People′s Republic of China Jiangsu Entry-exit Inspection and Quarantine Bureau.SN／T 1180—2003.Inspection and quarantine standards-rules for the inspection of import and export of spray tank［S］.Beijing：China Standard Press，2003.

［7］ 蒲洁，张华全，陈凡.耐压及气密性试验系统的研制［J］.液压与气动，2003（3）：27-30.PU Jie，ZHANG Huaquan，CHEN Fan.The design and study of bearing pressure capability and gas tightness checking system［J］.Chinese Hydraulics &Pneumatics，2003（3）：27-30.

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