圓圖記錄儀在壓力容器水壓試驗(yàn)上的應(yīng)用

姜來舉，王春玲，劉俊才

(1.海洋石油工程股份有限公司特種設(shè)備公司 天津300452；2. 海洋石油工程股份有限公司設(shè)計(jì)公司 天津300452)

圓圖記錄儀在壓力容器水壓試驗(yàn)上的應(yīng)用

姜來舉1，王春玲2，劉俊才1

(1.海洋石油工程股份有限公司特種設(shè)備公司 天津300452；2. 海洋石油工程股份有限公司設(shè)計(jì)公司 天津300452)

壓力容器水壓試驗(yàn)是為綜合考核容器密封面的密封性能、焊縫的致密性及整體強(qiáng)度，驗(yàn)證容器能否保證安全使用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。闡述了能同時(shí)記錄壓力和溫度曲線的圓圖記錄儀、變送器測試系統(tǒng)在ASME壓力容器水壓試驗(yàn)上的應(yīng)用，對(duì)該測試系統(tǒng)及試驗(yàn)中出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行了深入分析，為類似的項(xiàng)目提供了參考。

壓力容器 水壓試驗(yàn) 圓圖記錄儀

1 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

由特種設(shè)備公司承建的BOG再冷凝器，業(yè)主為中海油氣電集團(tuán)，要求按 ASME標(biāo)準(zhǔn)制造，是特種設(shè)備公司自取得ASME證書以來首次直接參與建造，進(jìn)行NB注冊和打ASME“U”鋼印的產(chǎn)品。為綜合考核容器密封面的密封性、焊縫的致密性及整體強(qiáng)度，對(duì)該臺(tái)壓力容器進(jìn)行水壓試驗(yàn)。ASME壓力容器水壓試驗(yàn)是壓力容器制造過程中極為重要的環(huán)節(jié)，水壓試驗(yàn)的成功將會(huì)為整個(gè)項(xiàng)目的順利開展打下良好的基礎(chǔ)。

表1 水壓試驗(yàn)技術(shù)參數(shù)比較選擇Tab.1 Com parison and selection of technical parameters for the hydraulic pressure test

2 技術(shù)參數(shù)

2.1 業(yè)主規(guī)格書的特殊要求

與以往的國標(biāo)壓力容器水壓試驗(yàn)相比，業(yè)主對(duì)此批ASME壓力容器水壓試驗(yàn)測試系統(tǒng)提出了特別要求，即水壓試驗(yàn)過程中要使用一條標(biāo)定過的自動(dòng)記錄圖記錄壓力和溫度。同時(shí)，根據(jù)壓力范圍在記錄圖上劃出最佳曲線。

2.2 相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)壓力為2.03,MPa，設(shè)計(jì)溫度為－29～93.3,℃。

2.3 技術(shù)參數(shù)比較選擇(見表1)

3 儀器設(shè)備選型技術(shù)澄清

3.1 記錄儀比較選型(見表2)

由于海洋石油行業(yè)具有高投資、高風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)，在選擇儀器與業(yè)主溝通的過程中，業(yè)主較傾向曾經(jīng)有過成功使用經(jīng)歷的儀器設(shè)備，尤其青睞圓圖記錄儀，而這種儀器由于應(yīng)用范圍較窄，能生產(chǎn)和代理同時(shí)記錄壓力和溫度等多通道信號(hào)的圓圖記錄儀的廠家較少，最終選擇美國的HONEYWELL圓圖記錄儀。由于單臺(tái)壓力容器水壓時(shí)間不超過兩小時(shí)，并且能同時(shí)記錄壓力和溫度曲線，所以該儀器最為適用。針對(duì)儀器選型，通過與業(yè)主的溝通交流，總結(jié)出不能僅單方面追求性能優(yōu)越及先進(jìn)的儀器，而應(yīng)考慮最符合實(shí)際需要和業(yè)主要求的儀器。由于在水壓試驗(yàn)中使用圓圖記錄儀可全程記錄水壓試驗(yàn)過程中溫度和壓力隨時(shí)間關(guān)系變化的曲線，與以前水壓試驗(yàn)使用的儀器相比，更合理、更標(biāo)準(zhǔn)，因此業(yè)主提出要求具有一定的合理性。業(yè)主提出的這些更為嚴(yán)謹(jǐn)及標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)想也為特種設(shè)備公司與國際接軌、承攬國外項(xiàng)目提供了一定的借鑒。

表2 幾種記錄儀的比較選型Tab.2 Com parison and model selection of recorders

3.2 圓圖記錄儀、壓力變送器、溫度傳感器的技術(shù)參數(shù)要求

3.2.1 DR4500,Truline智能圓圖記錄儀的技術(shù)參數(shù)(見表3)

表3 DR4500,Truline智能圓圖記錄儀的技術(shù)參數(shù)Tab.3 Technical parameters of DR4500,Truline intelligent circular chart recorder

3.2.2 PTX1400壓力變送器的技術(shù)參數(shù)(見表4)

表4 PTX1400壓力變送器的技術(shù)參數(shù)Tab.4 Technical parameters of PTX 1400,pressure transm itter

3.2.3 溫度傳感器ST14/溫度變送器的技術(shù)參數(shù)(見表5)

表5 溫度傳感器ST14/溫度變送器的技術(shù)參數(shù)Tab.5 Technical param eters of the tem perature sensor ST14 /tem perature transm itter

3.2.4 DR4500,A Truline Circular Chart工作原理

DR4500,A Truline Recorder是一個(gè)基于微處理器的1～4通道輸入圓圖記錄儀。該記錄儀的 1支打印筆能同時(shí)在熱敏紙上打印4條類似的軌跡曲線。4條軌跡具有相同的時(shí)間參考坐標(biāo)系，記錄儀能同時(shí)打印相似曲線，與傳統(tǒng)的打印筆相比消除了對(duì)齊偏移引起的誤差。此外，該記錄儀能動(dòng)態(tài)顯示所有輸入通道具有工程單位的數(shù)值。

4 測試系統(tǒng)在水壓試驗(yàn)程序中的應(yīng)用

水壓試驗(yàn)程序是一個(gè)完整的體系，主要包括：①容器水壓試驗(yàn)前，應(yīng)完成所有制造工序，總體檢驗(yàn)合格。腳手架搭設(shè)應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)，接管補(bǔ)強(qiáng)圈經(jīng)氣密性試驗(yàn)檢查合格。②水壓試驗(yàn)前應(yīng)將容器內(nèi)、外表面的所有油污、鐵銹、臟物等清理干凈，容器內(nèi)表面還應(yīng)采用水沖洗。③試驗(yàn)用水應(yīng)潔凈、新鮮，并取得檢驗(yàn)合格報(bào)告。④試驗(yàn)時(shí)應(yīng)使用水壓試驗(yàn)專用墊片、緊固件，墊片應(yīng)為橡膠墊。不得使用容器上正式的墊片、緊固件。螺栓按照對(duì)角擰緊并使用相同力矩的原則擰緊，以免加壓時(shí)發(fā)生泄漏。所有試壓盲板必須緊固牢固，容器頂部排氣口應(yīng)處于開啟狀態(tài)。⑤試驗(yàn)用壓力表、溫度傳感器、壓力變送器、圓圖記錄儀必須經(jīng)校驗(yàn)合格，并按照以下原則進(jìn)行安裝：在壓力容器最頂端和最底端分別安裝 1塊量程為 1.5～4倍試驗(yàn)壓力的壓力表，便于操作人員直觀觀測，壓力變送器和頂層壓力表盡量靠近，以方便溫度傳感器的安裝。頂層表壓 P頂和圓圖記錄儀顯示壓力 P顯的關(guān)系為 P頂＝P顯＋pgh，式中：pgh為頂層壓力和壓力變送器安裝位置之間的靜水頭壓力，由此計(jì)算出當(dāng)頂部達(dá)到試驗(yàn)壓力時(shí)圓圖記錄儀上顯示的壓力，以便指揮壓力泵操作人員關(guān)閉加壓閥門。⑥試驗(yàn)時(shí)，環(huán)境溫度及試驗(yàn)用水的溫度均應(yīng)保持在金屬溫度的設(shè)計(jì)溫度以上17,℃，并且不高于48,℃。

在認(rèn)真檢查以上每個(gè)環(huán)節(jié)，確認(rèn)無誤后，準(zhǔn)備進(jìn)行水壓試驗(yàn)。具體步驟為：先將容器充滿水，排凈空氣，并檢查容器內(nèi)水溫與容器金屬壁溫大致相同后進(jìn)行加壓操作。加壓前，應(yīng)檢查試驗(yàn)設(shè)備是否嚴(yán)密，低壓充水管線及其他非受壓附件是否已經(jīng)拆離容器。確認(rèn)無誤后，啟動(dòng)記錄儀打印。待記錄儀打印完表頭后，進(jìn)行加壓操作。壓力應(yīng)逐漸增加至試驗(yàn)壓力1.35,MPa，并至少保持 1,h，然后再將壓力降至設(shè)計(jì)壓力1.03,MPa，保壓足夠長的時(shí)間進(jìn)行檢查。試驗(yàn)過程中，如有任何異常響聲、可見變形、泄漏等應(yīng)立即停止試驗(yàn)，查明原因，經(jīng)處理合格后方可重新進(jìn)行試驗(yàn)。

后期處理包括：確認(rèn)檢驗(yàn)無誤后，緩慢卸壓，并停止記錄儀打印，將記錄圖取出，交由業(yè)主簽字。水壓試驗(yàn)完成后，應(yīng)先開啟容器頂部的空氣排放口，再將容器內(nèi)的水排放干凈，并采用壓縮空氣將容器內(nèi)部吹干。

以上步驟全部完成后，將壓力容器移交至下一道工序。

5 試驗(yàn)總結(jié)及建議

5.1 深入研究 ASME標(biāo)準(zhǔn)，采取適當(dāng)保暖措施確保水壓試驗(yàn)順利進(jìn)行

由于該壓力容器水壓試驗(yàn)在 12月份開展，車間環(huán)境溫度在國家標(biāo)準(zhǔn)水壓試驗(yàn)要求的 3～5,℃之間，符合 ASME標(biāo)準(zhǔn)，比國家標(biāo)準(zhǔn)略低。外部環(huán)境的溫度變化會(huì)影響水壓試驗(yàn)的順利進(jìn)行，因此試驗(yàn)中采取了適當(dāng)?shù)谋Ｅ胧?，如將容器車間的大門關(guān)閉，以防止外部冷空氣造成容器內(nèi)水溫變化，引起壓力波動(dòng)。

5.2 正確安裝壓力變送器

在安裝壓力變送器時(shí)，將壓力變送器上的螺釘取出，將變送器與引出電線分離，擰緊變送器接頭后，用壓縮空氣將變送器接頭吹干，以免接頭進(jìn)水引起短路。吹干后，再擰緊螺釘連接好電線插頭與變送器，并按照正負(fù)極對(duì)應(yīng)原則與記錄儀相連。如不將變送器插頭取下，直接擰緊變送器可能會(huì)導(dǎo)致變送器引出端子線斷裂。

5.3 正確安裝溫度傳感器

試驗(yàn)過程由于采用溫井保護(hù)溫度傳感器，安裝溫度傳感器時(shí)只需將溫度傳感器插入溫井，并擰上兩圈即可，擰的圈數(shù)過多，會(huì)導(dǎo)致傳感器引出線端子斷裂。

5.4 外界環(huán)境對(duì)壓力變送器和圓圖記錄儀輸入信號(hào)的電磁干擾

雖然在壓力容器水壓試驗(yàn)過程中沒有發(fā)現(xiàn)電磁干擾對(duì)記錄儀輸入信號(hào)產(chǎn)生影響，但是在平臺(tái)管線試驗(yàn)時(shí)，平臺(tái)上電焊機(jī)較多，電磁干擾嚴(yán)重影響了記錄儀的輸入信號(hào)，致使壓力輸入不穩(wěn)定。分析問題原因?yàn)椋涸摐y試系統(tǒng)的壓力變送器量程0～40,MPa，首先檢查圓圖記錄儀里的INPUT1壓力輸入通道設(shè)置是否正確，確認(rèn)無誤后，用毫安回路儀向圓圖記錄儀輸入標(biāo)準(zhǔn)的4～20,mA信號(hào)，因?yàn)榇讼到y(tǒng)輸出和輸入存在線性關(guān)系為公式(1)：

根據(jù)(4,mA，0,MPa)和(20,mA，40,MPa)分別帶入公式(1)后，可得：

當(dāng)輸入電流為 4,mA時(shí)，記錄儀顯示為 0,MPa，當(dāng)輸入20,mA電流時(shí)，記錄儀顯示為 40,MPa，如果顯示無誤，此時(shí)可排除圓圖記錄儀硬件故障；將毫安回路儀與壓力變送器相連，此時(shí)屏幕上顯示的電流可通過式(2)計(jì)算，并與管線上的壓力表對(duì)比，發(fā)現(xiàn)無誤，進(jìn)一步排除了壓力變送器的硬件故障。而將壓力傳感器和圓圖記錄儀連接后，記錄儀輸入信號(hào)不穩(wěn)定，判斷可能是外界電磁干擾對(duì)壓力輸入信號(hào)產(chǎn)生的影響。將整個(gè)測試系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至無外界電磁干擾的環(huán)境下，記錄儀數(shù)字顯示無誤，進(jìn)一步排除了硬件故障。而在非公司正常上班時(shí)段，包括晚上和中午時(shí)間段，電焊機(jī)停止工作，壓力變送器輸入信號(hào)穩(wěn)定，記錄儀正常工作，進(jìn)一步說明是外界電磁干擾影響了記錄儀的正常工作。

5.5 變送器輸出線抗干擾的措施和建議

①傳感器輸出線采用 2,P 1.5,mm鎧裝線，對(duì)外界電磁干擾進(jìn)行屏蔽，屏蔽是抑制電磁干擾耦合的有效途徑。②將鎧裝線屏蔽層一端接地。接地是傳感器、系統(tǒng)、地之間建立低阻抗傳導(dǎo)通路，消除傳導(dǎo)干擾藕合的重要措施。③將記錄儀采樣過濾速度FILTER1設(shè)置為3，對(duì)每秒采樣3次進(jìn)行平均處理。濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的主要手段。由于干擾頻譜成分不同于有用信號(hào)的頻譜，濾波器對(duì)這些與有用信號(hào)不同的成分具有良好的抑制能力，從而起到其他干擾抑制法難以起到的作用。針對(duì)圓圖記錄儀管線試驗(yàn)，主要有益的措施是采用鎧裝線，同時(shí)鎧裝線一端接地。限于時(shí)間關(guān)系，此方法目前還沒有應(yīng)用到記錄儀平臺(tái)管線試壓。

5.6 溫井與配套法蘭制作

由于溫井采用不銹鋼材料，加之配套法蘭螺紋加工精度不高，出現(xiàn)溫井與配套法蘭擰緊配合時(shí)螺紋錯(cuò)扣，導(dǎo)致溫井螺紋損壞。改進(jìn)措施為：①要提高盲法蘭螺紋孔的加工精度，加強(qiáng)外協(xié)加工件的檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，同時(shí)配備 2～3口溫井，作為備用；②從材料方面考慮，溫井所采用的材料比試壓用盲法蘭材料硬度高，建議溫井采用 35鋼，盲法蘭采用 Q235,A，以增加溫井的耐磨性，延長使用壽命。

5.7 完善管理制度

車間應(yīng)建立一套完整的記錄儀和變送器使用條例，使現(xiàn)場施工人員深入了解試驗(yàn)儀器的使用方法，避免因操作不當(dāng)引起試驗(yàn)儀器損壞而導(dǎo)致的水壓試驗(yàn)不能順利進(jìn)行和不必要的經(jīng)濟(jì)損失。■

參考文獻(xiàn)

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App lication of Circular Chart Recorder in Hydraulic Pressure Test of Pressure Vessels

JIANG Laiju1，WANG Chunling2，LIU Juncai1
(1. Special Equipment Company，CNOOC Offshore Oil Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China；2. Design Company of CNOOC Offshore Oil Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China)

Hydraulic pressure test is a critical step in the comprehensive validation of pressure vessels in terms of seal performance of the sealing surface，compactness of welling lines and overall strength and safety for handling. This paper illustrates the application of a circular chart recorder，which is able to keep track of both pressure and temperature curves，and a transm itter test system in a hydraulic pressure test of ASME pressure vessel. By analyzing difficulties both in the test system and the experiment，some constructive suggestions were obtained to offer reference for sim ilar projects. Key words：pressure vessel；hydraulic pressure test；circular chart recorder

TH49

：A

：1006-8945(2015)03-0040-04

2015-02-11