安全阀校验智能化测试技术研究及应用

周璐璐 卢俊文 陈 敏 王肖逸 湛立宁

（河北省特种设备监督检验研究院唐山分院 唐山 063000)

安全阀是一种压力释放装置,是承压类特种设备必备的安全附件之一,也是保障承压设备安全运行的最后一项保护措施。当设备超压运行时安全阀自动起跳来泄放压力,直到压力下降到安全阀的回座压力后关闭。安全阀能否正常开启对设备的安全运行有着举足轻重的作用[1]。为保证安全阀能在整定压力下开启泄压并及时复位,安全阀至少每年进行1次整定压力的校验及密封试验泄漏率的测试。传统方法是人工报检,人工读取压力表显示的数值来确定整定压力,人工统计试验气体在水中产生的气泡数来确定泄漏率,校验数据的真实性、准确性及可追溯性都无法保证[2]。为了保证安全阀报检信息的真实性,提高校验数据的精度,克服人工校验效率较低的弊端,确保校验数据可以追溯,本文开发的安全阀校验智能化测试技术针对性地提供了解决方案：实现了专业技术人员的远程网上报检操作,从而提高了安全阀报检数据采集的正确率；通过各种智能化操作软件的运行,保证了安全阀校验数据的误差在±0.5%范围内。

1 安全阀校验流程

安全阀用户申报检验时,可以通过智能化测试系统的网上报检平台完成,受理员接收后派发任务给校验员,校验员核查信息正确后开始校验,校验完成后提交合格报告给审核人员,审核完成后提交给审批人员,审批通过后便可以直接打印报告,用户就可以领取报告及安全阀,并结束校验流程[3]。如果某个流程发现错误,则直接返回给受理员。安全阀校验流程如图1所示。

图1 安全阀校验流程图

2 安全阀校验智能化测试管理系统

2.1 安全阀校验智能化测试管理系统的组成

安全阀校验智能化测试管理系统由安全阀报检系统、智能化操作软件、OA管理系统、校验数据库及相关硬件组成。安全阀报检系统为用户提供网上报检服务、受理及收费服务,同时生成待验安全阀终身二维码。智能化操作软件包括压力传感器软件、整定压力及密封试验软件、解体清洗及仓储管理软件、名牌打印软件等[4]。OA管理系统包括校验记录、校验报告填写、审核、批准、打印及发放等功能。校验数据库包括安全阀数据库,锅炉、压力容器、压力管道数据库。相关硬件包括压力传感器、流量传感器、单片机、电脑主机、硬件电路、密封试验快拆堵盖、激光打印机等。安全阀校验智能化测试管理系统组成如图2所示。

图2 安全阀校验智能化测试管理系统组成

2.2 安全阀报检系统

安全阀用户在报检时,应按报检系统界面的要求填写安全阀的使用单位、安全阀所保护设备的名称及编号、设计压力、要求的整定压力大小等信息,同时还应当填写安全阀的出厂编号、生产单位、阀体直径及工作压力范围等内容。提交信息完成后会自动生成安全阀终身二维码,该阀报废时二维码才失效,并在受理单上打印出二维码,安全阀校验合格后会将此二维码在报告上显示并激光打印在合格铭牌上。通过扫描安全阀二维码可以获得该阀的校验状态、使用状态及安装位置等全部信息,为安全阀的使用及监管部门提供了快捷通道。

2.3 智能化操作软件

●2.3.1 压力传感器定标软件

校验系统采用高精度压力等级的压力传感器,可以自动显示压力数值,为防止使用过程中出现标准零点漂移引起的误差,导致校验精准度下降,开发了自动校准压力传感器零点的定标软件,每天打开系统正式工作之前自动校验传感器的准确性,同时杜绝了因校验系统泄漏、压力指示失灵引起的校验数据失效。压力传感器工作原理是将采集的压力数值转换成电流信号上传给单片机,为保障其上传精度,应选择适宜的量程范围,通常选择被测压力3～4倍量程的传感器,为此校验系统要设置多个不同量程范围的测试通道,每个测试通道都配置相同量程的机械式压力表同步测压。密封试验用电子流量计的最佳量程范围为50～60 cm3/min。压力传感器每年应进行1次法定计量校验,其标定精度标准为±0.5%,为验证准确性可将压力值与指针式压力表进行比对。

●2.3.2 校验操作端软件

校验员手动输入工位号和登录密码即可进入校验操作端界面,输入安全阀报检单号或扫描二维码,即可查找到待校安全阀参数,并将这些信息自动导入校验报告与原始记录中,系统将根据整定压力的大小自动选取对应的测试通道,并给出合格的精度范围。整定压力调校时,压力传感器自动读取压力数值,转换成电流信号后传送到单片机,校验员在显示界面上判断该值是否在允许范围内即可。系统会记录安全阀起跳时的最大压力为整定压力,调试3次后取其平均值作为最终整定压力,并保存至安全阀数据库。整定压力合格后可转至下一道校验程序即安全阀密封性能试验。密封试验前将带有集漏管的快拆堵盖固定在安全阀排气口,然后系统自动将密封试验压力调整到起跳压力的90%,保压3 min后查看泄漏气体体积量,若在合格范围内则试验3次,每次均合格后密封试验结束,最终将校验数据与结果存入数据库中并生成铭牌参数,点击界面上方的“铭牌参数”后弹出该界面,点击“派发铭牌”,将自动生成铭牌参数,将其导入打标机中刻印校验合格证铭牌。

2.4 OA管理系统及数据库

OA管理系统主要功能是完成安全阀校验记录的填写,合格报告的审核、批准程序,校验报告的打印及发放等工作。安全阀数据库采用SQL Server2012软件建立,数据库由登录用户信息表、校验单位信息表、存放安全阀原始信息的安全阀信息表、存放安全阀校验信息的校验记录表、存放收费明细的收费参数表组成。传感器输出的电流信号通过数据处理器采集并转换后存入数据库。数据库系统设置了自检功能,定时自动启动或人工启动自检功能程序,以确保智能化测试系统的精度在可控范围内。采用ADO（活动数据对象）技术访问数据库,使访问数据库的途径非常便捷,可以快速获取数据库相关信息[5]。

3 安全阀校验智能化测试操作系统

3.1 安全阀校验整定压力智能化操作系统

● 3.1.1 组成

安全阀整定压力智能化操作系统采用传感器监测安全阀校验的起跳过程[6],读取的数据传送至校验台并实时显示出来,通过操作端软件控制信号的采集与管理,完成整定压力的调校后将合格数据传送给主服务器,管理端软件控制主服务器的运行,并将最终数据保存到数据服务器中,同时也传送给激光打印机用于打印合格铭牌。图3所示为安全阀整定压力智能化操作系统组成。

图3 安全阀整定压力智能化操作系统组成图

● 3.1.2 性能测试

为了确认安全阀校验整定压力智能化测试技术的稳定性,在系统的调试阶段,选取了3个测试通道进行性能测试,分别是：第一测试通道,开启压力为0.2 MPa、0.3 MPa、0.45 MPa；第二测试通道,开启压力为0.8 MPa、1.1 MPa、1.4 MPa；第三测试通道,开启压力为1.5 MPa、3.0 MPa、4.5 MPa。每个测试通道的压力等级选取3个安全阀,每个安全阀测试3组数据,在此选取0.8 MPa、1.5 MPa、4.5 MPa三组数据与人工校验数据进行比对。安全阀整定压力智能化测试与人工校验数据统计见表1。从性能测试数据可知,智能化测试与人工校验数据的比较偏差最大值为0.467%,绝对偏差最大值为0.375%,达到了测试精度±0.5%的设计目标,且符合GB/T 12242—2021《压力释放装置性能试验方法》规定的“工作台上定压试验时,压力测量偏差不超过±1%”,说明本系统能达到应用标准。

表1 安全阀整定压力智能化测试与人工校验数据统计表

3.2 安全阀密封性试验智能化操作系统

● 3.2.1 组成

安全阀密封性试验智能化操作系统采用高精度电子流量计测量单位时间内泄漏气体体积量。不再使用传统人工统计气泡数的测量方法,对实时采集的气体流量信号进行数字化处理,并显示在计算机界面上。安全阀密封性试验智能化测试系统由管路系统、数字化测试系统、下位机测控系统、系统管理端软件及密封试验数据库组成[7]。安全阀密封性试验智能化操作系统组成如图4所示。

图4 安全阀密封性试验操作系统组成图

● 3.2.2 性能测试

为了确认安全阀密封性试验智能化测试技术的稳定性,选用3组安全阀与传统人工气泡计数法进行比对实验[8],实验条件为常温、常压的室内环境,3组安全阀的整定压力分别为I组5.0 MPa、Ⅱ组20 MPa、Ⅲ组30 MPa,流道直径均大于7.8 mm。分别采用智能化测试系统的直接测流量法和传统人工气泡计数法来测量安全阀的密封性,每次测量时间为3 min（40个气泡等效泄漏量为11.8 cm3）。安全阀密封试验智能化检测与气泡法检测结果对比见表2。

表2 安全阀密封试验智能化检测与气泡法检测结果对比

GB/T 12243—2021《弹簧直接载荷式安全阀》规定,安全阀密封试验最大允许泄漏率为29.9 cm3/min。通过表2的实验对比可知,安全阀密封性试验数字化测试方法与传统气泡法测试结果最大偏差为-0.94%,说明该系统具有可靠的适用性及稳定性。

为进一步验证安全阀密封试验数字化检测的精度,对不同条件下的泄漏率进行多次重复测试,通过直接收集排放介质体积的排水法进行流量验证。在此随机选取3组安全阀（整定压力分别为Q1组5 MPa、Q2组18 MPa、Q3组25 MPa）的测试数据,每组测试3次,分析其测量精度及稳定性。数字化测量泄漏率误差分析见表3。

表3 数字化测量泄漏率误差分析表（100 kPa、25 ℃）

数字化测量泄漏率误差数据表明,在不同的流量条件下（5～20 cm3/min）,数字化测试系统均可以获得稳定的测试精度,其测量的平均误差最大值为0.432%,达到了测试精度±0.5%的设计标准,且符合GB/T 12242—2021规定的测量偏差不超过±1%的要求。

4 结论

1）通过智能化测试系统平台,安全阀报检单位可以由专业技术人员网上报检,从而提高了安全阀报检效率,提高了安全阀报检信息的准确率,保证了安全阀原始校验数据采集的完整性,并采用了校验铭牌的激光打印,确保了铭牌保存的时效性。

2）通过安全阀报检软件、压力传感器定标软件、校验操作端软件、OA管理系统及数据库的使用,极大地提高了安全阀整定压力调校及密封性试验的效率,保障了安全阀校验数据的稳定性,通过扫描终身二维码可随时查看安全阀各种信息。

3）实现了安全阀校验整定压力的智能化测试,经性能测试验证最大偏差为0.375%；实现了安全阀密封性能试验自动检测泄漏气体的体积流量,并以数字形式在计算机界面上显示出来,经性能测试验证最大偏差为0.432%,2项测试精度均达到了±0.5%的设计标准。