安全閥在線校驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)

李冰凌

（勝利油田勝利采油工藝研究院經(jīng)營管理部)

安全閥在線校驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)

李冰凌*

（勝利油田勝利采油工藝研究院經(jīng)營管理部)

針對(duì)當(dāng)前安全閥離線校驗(yàn)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的不足之處，開發(fā)了安全閥在線校驗(yàn)系統(tǒng)以作為離線校驗(yàn)的一種有效補(bǔ)充，并對(duì)現(xiàn)有安全閥進(jìn)行了改造。該系統(tǒng)在解決安全閥泄漏問題的同時(shí)，還具備攜帶方便、檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠、記錄完整、校驗(yàn)過程不影響裝置的正常運(yùn)行等特點(diǎn)。

壓力容器安全閥爆破片在線校驗(yàn)

0 前言

鍋爐、壓力容器與壓力管道是具有爆炸危險(xiǎn)的特種承壓設(shè)備，經(jīng)常承受著高溫、高壓和易燃、易爆、有毒或腐蝕介質(zhì)的作用，一旦發(fā)生爆炸或泄漏，往往并發(fā)火災(zāi)、二次爆炸以及中毒等災(zāi)難性事故，造成人員傷亡和環(huán)境污染，給人民的生命財(cái)產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來損失和危害。一些壓力容器和管道在使用過程中由于種種原因會(huì)發(fā)生超壓現(xiàn)象，過度的超壓必然引起承壓設(shè)備的破壞。為了防止由于過量超壓而發(fā)生事故，很重要的預(yù)防措施是裝設(shè)安全泄壓裝置。安全閥是安全泄壓裝置的一種主要形式，它對(duì)于防止承壓設(shè)備超壓運(yùn)行、確保安全生產(chǎn)起著重要作用。

安全閥在運(yùn)行過程中，在操作壓力、溫度以及介質(zhì)侵蝕等物理和化學(xué)因素的作用下，其性能，特別是整定壓力(也稱開啟壓力)和密封性能，會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致安全閥不能按規(guī)定壓力開啟或發(fā)生嚴(yán)重泄漏，從而威脅安全生產(chǎn)。為此，我國勞動(dòng)部頒發(fā)的《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定：“安全閥一般每年至少校驗(yàn)一次”[1]。目前對(duì)安全閥進(jìn)行校驗(yàn)的做法是，將安全閥從被保護(hù)裝置上拆下后，送到專用校驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行校驗(yàn)。這種做法存在以下缺點(diǎn)：

（1）在進(jìn)行安全閥校驗(yàn)期間，被保護(hù)裝置就處于無保護(hù)狀態(tài)或停車。而石化裝置的大修周期在逐漸延長，一般為兩年左右。安全閥的檢驗(yàn)周期與大修周期的不一致，造成了石化裝置的安全運(yùn)行與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行間的矛盾。

（2）由于安裝及使用條件的限制，特別是安裝在塔器頂部安全閥的拆卸、安裝及運(yùn)輸較為困難，校驗(yàn)成本高。

（3）在校驗(yàn)臺(tái)上已校驗(yàn)合格的安全閥，由于安裝、運(yùn)輸?shù)确矫娴脑颍湔▔毫懊芊庑阅芸赡馨l(fā)生變化，從而影響設(shè)備的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（4）目前的檢測(cè)過程主要是檢測(cè)人員眼看、耳聽、手記，檢測(cè)結(jié)果誤差較大、依據(jù)不充分，結(jié)果的可靠性也完全取決于檢測(cè)人員的責(zé)任心。

總之，完全依賴現(xiàn)有裝置在固定校驗(yàn)臺(tái)上對(duì)安全閥進(jìn)行調(diào)試已不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。因此充分利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，對(duì)原有安全閥進(jìn)行改造，開發(fā)一種實(shí)用的安全閥在線檢測(cè)系統(tǒng)非常必要。

1 安全閥在線校驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案

利用便攜式氮?dú)馄孔鳛閴毫υ?，壓力傳感器為一次測(cè)量元件，將檢測(cè)到的壓力信號(hào)進(jìn)行模擬處理轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后通過數(shù)據(jù)采集模塊將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最后通過數(shù)據(jù)傳輸模塊傳送到計(jì)算機(jī)，由筆記本電腦實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、記錄與處理。同時(shí)對(duì)現(xiàn)有安全泄放裝置進(jìn)行改造，將爆破片和安全閥串聯(lián)使用，組成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、性能優(yōu)良的隔離式安全閥?？刂栖浖捎弥形墓た亟M態(tài)軟件MCGS開發(fā)。

2 系統(tǒng)組成

2.1 主機(jī)

采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、記錄與處理。為記錄安全閥的校驗(yàn)過程，編寫的控制軟件建立在Windows操作系統(tǒng)之上，采用MCGS全中文工控組態(tài)軟件作為開發(fā)平臺(tái)。依照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 12241—1989《安全閥一般要求》和GB 12242—1989《安全閥性能試驗(yàn)方法》中有關(guān)安全閥性能檢測(cè)的規(guī)定和描述，為安全閥在線校驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)出的專用程序，是安全閥在線校驗(yàn)系統(tǒng)的核心組成部分。在校驗(yàn)系統(tǒng)硬件裝置的配合下，專用程序以動(dòng)畫顯示、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線和報(bào)表等多種輸出方式完成安全閥工作性能的在線校驗(yàn)。

2.2 采集模塊

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換模塊采用的是研華公司生產(chǎn)的ADAM 4017+和ADAM 4520。ADAM 4017+是模-數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，也是一個(gè)8通道的數(shù)字輸出模塊。ADAM 4520的作用是將工控通訊模式RS 485轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的通訊模式RS 232,通過串行接口(COM口)實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的通訊，從而完成與組態(tài)軟件的對(duì)接。

2.3 傳感器

采用壓力傳感器來采集壓力信號(hào)，將壓力變化變成模擬信號(hào)輸出到模-數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。

2.4 截止閥

截止閥的閥桿軸線與閥座的密封面垂直。閥桿開啟或關(guān)閉行程相對(duì)較短，并具有非?？煽康那袛鄤?dòng)作，使得這種閥門非常適合用于介質(zhì)的切斷和節(jié)流。截止閥的閥瓣一旦處于開啟狀態(tài)，它的閥座和閥瓣密封面之間就不再接觸，因而它的密封面機(jī)械磨損較小。此外大部分截止閥的閥座和閥瓣比較容易修理，在更換密封元件時(shí)無需將整個(gè)閥門從管線上拆下，因此在安全閥前選用截止閥。

2.5 電源

電源的作用是為采集和轉(zhuǎn)換模塊以及壓力變送器供電，通過內(nèi)部的整流電路將220 V交流電轉(zhuǎn)換為24 V的直流電，以保證模塊和壓力變送器正常工作。

2.6 檢驗(yàn)壓力源

采用15 MPa瓶裝氮?dú)庾鳛檫M(jìn)行校驗(yàn)時(shí)的外接壓力氣源。

2.7 隔離式安全閥

對(duì)原有的安全閥進(jìn)行改造，在安全閥和截止閥之間加裝爆破片，使安全閥完全與介質(zhì)隔離，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。采用隔離式安全閥有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）可防止工藝介質(zhì)的泄漏。單獨(dú)使用安全閥，泄漏是難免的。采用隔離式安全閥，與工藝介質(zhì)接觸的爆破片起到了全密閉的作用，保證了工藝介質(zhì)在爆破片爆破前不與安全閥接觸，從而避免了泄漏所造成的浪費(fèi)，也克服了環(huán)境污染，并減少了可燃?xì)怏w在空氣中產(chǎn)生爆炸的危險(xiǎn)性。

（2）可延長安全閥的使用壽命。當(dāng)安全閥單獨(dú)使用時(shí)，閥瓣與工藝介質(zhì)的直接接觸(如腐蝕結(jié)垢等)易使閥的密封失靈，這就必然影響安全閥的使用壽命。使用隔離式安全閥，爆破片隔絕了介質(zhì)和閥的直接接觸。爆破片爆破前，安全閥始終處于非工作狀態(tài)，因此其使用壽命大大提高。

圖1 隔離式安全閥

（3）防止爆破片動(dòng)作后壓力介質(zhì)大量排放，有利于保證操作的連續(xù)性。單獨(dú)使用爆破片時(shí)，爆破片一旦爆破，被保護(hù)設(shè)備中的介質(zhì)將會(huì)大量排放，操作勢(shì)必中斷。采用隔離式安全閥時(shí)，爆破片爆破后，安全閥迅速開啟，當(dāng)被保護(hù)設(shè)備的壓力降低后，安全閥自動(dòng)關(guān)閉，阻止了介質(zhì)的進(jìn)一步排放，從而可保證操作的連續(xù)進(jìn)行[2]。

3 控制軟件的開發(fā)和使用

控制軟件采用MCGS全中文工業(yè)自動(dòng)化控制組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)。在線校驗(yàn)軟件的使用說明如下：

主要執(zhí)行文件可采集壓力信號(hào)、機(jī)內(nèi)時(shí)間信號(hào)，自動(dòng)記錄壓力-時(shí)間曲線，自動(dòng)識(shí)別和記錄安全閥的開啟壓力。當(dāng)用漢字輸入有關(guān)安全閥的性能參數(shù)后，可自動(dòng)建立該安全閥的性能檔案和檢測(cè)結(jié)果以備打印輸出。

（1）啟動(dòng)運(yùn)行環(huán)境后，顯示如圖2所示畫面。

（2）隨后出現(xiàn)所校驗(yàn)安全閥的數(shù)據(jù)輸入窗口，如圖3所示?？梢栽趫D3所示的輸入窗口中輸入校驗(yàn)人、安全閥的型號(hào)、安全閥的編號(hào)以及安全閥的整定壓力。

圖2 啟動(dòng)時(shí)頁面

圖3 數(shù)據(jù)輸入窗口

（3）點(diǎn)擊圖3窗體中的“確定”可以進(jìn)入校驗(yàn)系統(tǒng)的工作畫面，其畫面如圖4所示。在圖4的工作畫面的實(shí)時(shí)曲線中可以形象地看到外接氣源的壓力變化，并且能通過“生成圖表”生成報(bào)表。

圖4 工作頁面

（4）生成的圖表如圖5所示。生成的圖表可以通過打印鍵打印成表，以便存檔。從圖5中可以清楚地看到安全閥的起跳壓力。將這一壓力和需要整定的壓力進(jìn)行比較，就可以確定安全閥是否合格。若不合格，還可以在線進(jìn)行整定。

圖5 生成的圖表

綜上所述，安全閥在線校驗(yàn)軟件具備以下功能：

（1）建立安全閥的電子技術(shù)文檔，可以對(duì)安全閥的使用和校驗(yàn)狀況進(jìn)行長期監(jiān)控和管理。

（2）在程序控制下，對(duì)安全閥檢測(cè)的全過程(包括整定試驗(yàn)前的密封性能測(cè)試、整定壓力試驗(yàn)、整定試驗(yàn)后的密封性能測(cè)試)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、分析和整理，操作人員只需監(jiān)視檢測(cè)過程，而無需進(jìn)行手動(dòng)記錄。

（3）檢測(cè)過程中數(shù)據(jù)和曲線的實(shí)時(shí)顯示，有助于對(duì)檢測(cè)過程的監(jiān)視。

（4）在分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，智能化判斷安全閥的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，特別是準(zhǔn)確的開啟壓力的判定以及密封性能的評(píng)定。

（5）自動(dòng)形成符合國家標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)報(bào)告，包括試驗(yàn)曲線、關(guān)鍵數(shù)據(jù)和檢測(cè)結(jié)果，既可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中作為備案，也可以直接打印輸出。

（6）操作者不能人為修改檢測(cè)數(shù)據(jù)，所有記錄均是試驗(yàn)過程的真實(shí)反映，從根本上杜絕了虛假記錄。

4 結(jié)語

安全閥的定期校驗(yàn)是保證安全閥準(zhǔn)確可靠地工作，消除被保護(hù)承壓設(shè)備安全隱患的重要措施，可以作為離線校驗(yàn)的一種有效補(bǔ)充，其推廣和應(yīng)用具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 勞動(dòng)部．壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[M]．北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2000．

[2] 李志義，周一卉，由宏新．安全閥在線校驗(yàn)新技術(shù)及裝置[J]．石油化工設(shè)備，2001，30(增刊)：60-63．

Development of On-line Verifying System for Safety Valve

Li Bingling

In view of the deficiencies of current safety valve off-line verifying technology in practical application,the safety valve on-line verifying system was developed as one kind of effective supplement of off-line verifying,and transformation to existing safety valve was made.While solving safety valve's leakage,the system was easy to carry,it also had accurate and reliable testing result and complete record,and in verifying process,the normal running of the device was unaffected.

Pressure vessel;Safety valve;Bursting disc;On-line verifying

TQ 051.3

*李冰凌，女，1981年生，碩士，經(jīng)濟(jì)師。東營市，257000。

2011-09-15）