離線式高壓氣體安全閥校驗臺概論,北京東方石油化工有限公司2006年10月17日,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、生產(chǎn)裝備越來越大型化、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，大大促進了智能化儀表、安全聯(lián)鎖報警裝置的應(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沒有動搖過，這在安全生產(chǎn)法、特種設(shè)備監(jiān)察條例等法律法規(guī)中得到了進一步確認和加強。有關(guān)安全閥設(shè)計、材料、工藝等新工藝新技術(shù)層出不窮，這就對安全閥校驗技術(shù)及裝置也提出了更高要求。高壓氣體壓力源、智能測控、信息管理代表了安全閥校驗臺更新改造和推陳出新的一個主要方向。,四個相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),壓力容器定期檢驗規(guī)則TSGR7001-2004安全閥一般要求GB/T12241-2005壓力釋放裝置性能試驗規(guī)范GB/T12242-2005彈簧直接載荷式安全閥GB/T12243-2005,關(guān)于安全閥校驗臺的法律法規(guī)依據(jù),法律法規(guī)的現(xiàn)實要求原勞動部關(guān)于在用鍋爐壓力容器安全閥校驗的若干意見1992年4月，（1995年追加補充規(guī)定）第三節(jié)對校驗周期、項目和要求中提出在用安全閥的校驗項目，一般以整定壓力和密封性能試驗為主。第四節(jié)對校驗裝置、場地要求：校驗裝置由校驗臺、氣源和管路組成，安全閥的校驗介質(zhì)一般采用空氣或氮氣，對于工作介質(zhì)為液體的也可用水進行校驗。,關(guān)于安全閥校驗臺的法律法規(guī)依據(jù),國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局壓力容器定期檢驗規(guī)則TSGR7001-2004附件三安全閥校驗要求除了提出了上述相似要求，同時又提出安裝在有毒、有害、易燃易爆的壓力容器上的安全閥，不允許進行在線檢驗。在線校驗必須在保證人員和安全生產(chǎn)的前提下進行。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規(guī)范GB/T12241-2005安全閥一般要求,利用水介質(zhì)進行校驗的局限性,關(guān)于利用水介質(zhì)試驗應(yīng)用的問題：原理正確，實際應(yīng)用中存在以下幾個問題：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、防腐蝕問題。對奧氏體不銹鋼閥門而言存在氯離子不得超過25ppm的問題。而碳鋼則易生銹。,泄漏的危害性,介質(zhì)物料的損失大量的蒸汽、化工物料浪費驚人嚴重的環(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廢,利用水進行安全閥校驗的解決方案,1、積累經(jīng)驗。同一安全閥利用水和氣進行對比試驗，積累閥座閥瓣開啟的特征的辨析。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。,安全閥在線校驗分析,安全閥在線校驗是利用外加輔助提升裝置對在線運行的安全閥閥桿進行微位移提升使閥座閥瓣分離形成介質(zhì)外泄來模擬安全閥開啟，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計算整定壓力的。安全閥在線校驗無論是從理論還是實踐上都得到了驗證。優(yōu)點：為解決化工及電力裝置的長周期滿負荷運行與法律法規(guī)的沖突找到了出路。同時減輕了操作人員的勞動強度，節(jié)約了檢修周期。,安全閥在線校驗分析,局限性：操作人員的安全保障困難。對閥門的制造精度要求高，發(fā)生無法控制的泄漏恢復(fù)困難。安全閥使用過程中很有可能發(fā)生氧化生銹從面使配合面出現(xiàn)問題。國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局壓力容器定期檢驗規(guī)則附件三上明確規(guī)定安全閥校驗的項目至少應(yīng)包括整定壓力和密封壓力。而在線校驗還主要停留在整定壓力的校驗上，密封壓力的測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,安全閥在線校驗分析,壓力見表10中詳細規(guī)定了密封試驗壓力。而事實上很多裝置的工作壓力可能低于這個數(shù)值。GB/T12243-20055.6.3.1中密封性要求中提出，對蒸汽用安全閥密封試驗時，用目視或聽音的方法檢查閥的出口端，如未發(fā)現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，則認為密封性合格。可是在線校驗時現(xiàn)場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聲更加困難。5.6.3.2中對空氣或其他氣體用安全閥密封試驗時，檢查以每分鐘泄漏氣泡數(shù)表示泄漏率，這又如何執(zhí)行。,安全閥在線校驗分析,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。,中小流量高壓校驗氣源問題的提出,應(yīng)用背景：高壓氣體壓力源在安全閥調(diào)校專業(yè)上的應(yīng)用需求越來越迫切。石化行業(yè)高壓聚乙烯、醋酸乙烯-乙烯共聚樹脂生產(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,中小流量高壓校驗氣源問題的提出,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)校超差或氣密不嚴很可能造成嚴重事故。而利用高壓液體進行安全閥調(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上述安全閥進行整定壓力和密封壓力的調(diào)校和測試。由于專為安全閥調(diào)校購置造價昂貴的高壓壓縮機顯然極不經(jīng)濟也不可行，因此開發(fā)小型高壓氣體壓力源裝置已成為必然。,中小流量高壓氣源問題的提出,利用高壓氣體壓縮機原理設(shè)計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，低、中、高（100MPa)可全部涵蓋，一機多用,也可對閥門進行氣密試驗.,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)一級或二級壓縮產(chǎn)生高壓超高壓氣體。增壓泵由驅(qū)動缸（低壓缸）和兩端的壓縮缸（高壓缸）組成。驅(qū)動缸的大口徑活塞和壓縮缸的小口徑柱塞通過傳動活塞桿相連。壓縮缸的進出口各有一個高壓單向閥。驅(qū)動缸附帶換向組件。當(dāng)通過換向組件向驅(qū)動缸內(nèi)輸入低壓壓縮空氣時，壓縮柱塞在驅(qū)動活塞的牽拉推動下做往復(fù)運動。由于驅(qū)動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)動活塞端時，在壓縮柱塞端就會輸出高壓或超高壓氣體。,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)動活塞和壓縮柱塞的面積之比，即：,理論計算,理論計算,動作性能,通過節(jié)流閥可以調(diào)節(jié)驅(qū)動氣進氣速度和壓力進而控制增壓泵增壓進程，可獲得緩慢均勻的供氣以滿足安全閥校驗的需要。通過調(diào)節(jié)氣控滑閥可以任意設(shè)定增壓壓力。當(dāng)達到設(shè)定壓力時，增壓泵停止工作而保持壓力不變。此時壓縮柱塞處于靜止?fàn)顟B(tài)，不再消耗能量，且無熱量產(chǎn)生，當(dāng)壓力平衡打破后，增壓泵將自動開始工作直至下一個平衡。,自動循環(huán)換向回路,推論,在不考慮效率系數(shù)的前提下,壓縮高壓與驅(qū)動低壓之比即增壓比K為驅(qū)動活塞面積與增壓柱塞面積之比,同時又是驅(qū)動活塞直徑與壓縮柱塞直徑的平方之比.在實際工況中要獲得適量的高壓氣體,需要大流量的驅(qū)動氣供給.以上兩點是增壓泵的重要理論基礎(chǔ),一種氣動增壓裝置的結(jié)構(gòu),進口單向閥,出口單向閥,增壓泵類型,按動力來源分為氣動增壓泵和電-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程原理分一段式增壓泵和兩段式增壓泵,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程完畢后返回過程期間增壓作業(yè)中斷。雙作用增壓泵中驅(qū)動活塞往返動作過程中兩側(cè)壓縮缸交替壓縮增壓，可連續(xù)實施增壓作業(yè)。,氣體雙作用增壓泵之一段泵,一段式增壓泵氣體增壓全過程在一個壓縮缸內(nèi)完成。,一段泵內(nèi)部結(jié)構(gòu),氣體雙作用之二段泵,二段式增壓泵氣體增壓過程經(jīng)過一段預(yù)增壓后進入二段增壓至最終壓力。,兩段式內(nèi)部結(jié)構(gòu),電-液增壓泵,電-液增壓泵是以電動機驅(qū)動旋片油壓泵,將電力轉(zhuǎn)化為油壓,進而驅(qū)動活塞壓縮中低壓氣體增至規(guī)定高壓.,電-液增壓泵液壓原理圖,電-液增壓泵工作原理,電-液增壓泵電動裝置、氣路裝置、液壓裝置構(gòu)成，當(dāng)壓力流體通過換向閥進入增壓泵驅(qū)動油缸時，推動驅(qū)動活塞作左右運動，增壓缸內(nèi)增壓柱塞使進入到增壓器的氣體增壓，經(jīng)單向閥進入緩沖罐?；钊芏鴱?fù)始的左右往復(fù)運動，使中壓氣體增壓至所需的工作壓力，經(jīng)電接點壓力表動作引發(fā)電機停轉(zhuǎn)。,電-液增壓泵和氣動增壓泵的比較,共同點：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：結(jié)構(gòu)尺寸不同增壓速度不同操控性能不同增壓起點不同綜合評價：電液增壓泵性價比最優(yōu),大流量高壓氣源的解決方案,問題的提出制造廠或部份大型校驗試驗單位對大流量氣源的需求十分迫切,面對這一問題前述氣動或電動增壓泵已非上選，購置大流量的高壓氣體壓縮機并非最佳選擇動輒100-1000kw的配電要求已屬不易，更何況還有大機組的后續(xù)管理和檢修維護，人員的培訓(xùn)，備品配件的供應(yīng)等問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)問題的最佳解決方案,液氮高壓氣化技術(shù),液氮的性質(zhì)熔點：-209.95沸點：-195.86外觀：沸點溫度下為無色無味液體密度：0.808g/cm31升液氮由-196變?yōu)槌貧鈶B(tài)氮時，體積膨脹680700倍。每千克液氮由-195.78的液體氣化時吸收潛熱200kJ,再由-195.78的氣體上升到20時,又吸收顯熱252.7kJ.,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罐。如果用戶要求氣體壓力較高，則可先通過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）。由于整個過程沒有外來污染源，所以氮氣品質(zhì)有保證，氣體的純度不會受到影響。近年來，我國新開發(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。,液氮高壓氣化技術(shù),特點：、成本低、氣量大大增加，如配緩沖罐可做安全閥全性能試驗、裝置可大可小，可無電操作。4、高壓和超高壓更容易獲得。（上至200MPa）,安全閥校驗臺測控技術(shù),隨著PLC及組態(tài)控制技術(shù)的成熟應(yīng)用，安全閥校驗裝置智能化趨勢明顯。其基本功能應(yīng)包括：手動控制與自動控制相互獨立，可單獨使用，也可自由切換?？勺詣涌刂乒δ荛y門的操作，實現(xiàn)閥門定位、裝卡、增壓、回位功能。在自動狀態(tài)下可完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史曲線記錄、過程重現(xiàn)、報警控制、動畫顯示、報告出具、報表打印等功能。自動剔除前泄、密封不嚴等干擾，準(zhǔn)確判斷安全閥整定壓力和密封壓力。隨時顯示安全閥閥座閥瓣位移、介質(zhì)溫度等數(shù)據(jù)。,安全閥校驗臺測控技術(shù),重點突出整定壓力和密封壓力的智能化判斷，以彌補人眼視覺疲勞的不良影響。發(fā)展智能安全閥密封試驗泄漏率測定裝置根據(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、閥門校驗試驗于一體，一機多用。以下為一智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及界面：,安全閥校驗裝置測控結(jié)構(gòu)圖,安全閥校驗信息系統(tǒng),利用安全閥智能測控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計和模塊化編程技術(shù)開發(fā)建立數(shù)據(jù)庫，包括安全閥技術(shù)參數(shù)、圖片、維修記錄、校驗曲線等內(nèi)容。可自動檢索、統(tǒng)計、警告、提醒功能，作為輔助決策系統(tǒng)自動制定安全閥校驗計劃?？膳c企業(yè)局域網(wǎng)和因特網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，作為企業(yè)信息化管理系統(tǒng)的子系統(tǒng)，促進安全閥管理的規(guī)范化。,遵循“以人為本安全第一”的思想設(shè)計制造安全閥校驗臺,安全閥因年久失修或質(zhì)量問題在裝卡或調(diào)校時存在著意外解體或破裂的可能，在高壓高溫和惡劣工況下工作的安全閥表現(xiàn)尤甚，安全閥在此時變成一個不安全的危險源。因此為確保操作人員的安全，操作位