安全閥密封性能數(shù)字化測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

朱海清，陳定光，周燕，錢(qián)瑛，張?jiān)娪?

（1.江南大學(xué)，江蘇 無(wú)錫 214122；2.廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院佛山檢測(cè)院，廣東 佛山 528010；3.廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院東莞檢測(cè)院，廣東 東莞 523112）

承壓類(lèi)設(shè)備在工作壓力下運(yùn)行時(shí)，安全閥應(yīng)具備良好的密封性能，防止工作介質(zhì)發(fā)生泄漏。因此，安全閥校驗(yàn)時(shí)必須對(duì)其密封性能進(jìn)行測(cè)試，以保證其在正常工況下密封的可靠性。對(duì)于全封閉式安全閥，由于泄漏的介質(zhì)全部通過(guò)出口向外排出，安全閥校驗(yàn)時(shí)可以通過(guò)測(cè)定出口處的介質(zhì)泄漏量來(lái)判定其密封性能是否合格。國(guó)內(nèi)、外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中安全閥的密封性能試驗(yàn)裝置與方法均相似，即使安全閥的進(jìn)口壓力保持在密封試驗(yàn)壓力值，再把排氣口排出的氣體介質(zhì)（氮?dú)饣驂嚎s空氣）通過(guò)導(dǎo)管通入水中，對(duì)排氣所產(chǎn)生的氣泡數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，每分鐘所產(chǎn)生的氣泡數(shù)不超出規(guī)定的數(shù)目即為合格。以氣泡數(shù)為判定標(biāo)準(zhǔn)的安全閥密封性能測(cè)試方法（簡(jiǎn)稱“氣泡法”），不僅裝置簡(jiǎn)單，且由于把泄漏率（cm3/min）指標(biāo)轉(zhuǎn)換成了氣泡數(shù)（個(gè)/min），從而大大簡(jiǎn)化了測(cè)試方法。但“氣泡法”也存在明顯的不足。首先，測(cè)試數(shù)據(jù)不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄，且由于人工計(jì)數(shù)氣泡數(shù)（1 分鐘）的出錯(cuò)概率較高，可靠性易受到質(zhì)疑。其次，“氣泡法”的測(cè)試精度是建立在以下假設(shè)基礎(chǔ)之上的，即泄漏量在0 ～29.9cm3/min 變化的情況下，單個(gè)氣泡的體積為0.30cm3。但由于單個(gè)氣泡的大小與水溫、氣壓、氣體流速等因素關(guān)系密切，用氣泡數(shù)來(lái)代替泄漏量存在較大的誤差。因此，如何進(jìn)一步提高安全閥密封試驗(yàn)的測(cè)試精度與可靠性、使安全閥泄漏率測(cè)試與記錄實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化是一個(gè)需要解決的現(xiàn)實(shí)課題。

1 安全閥密封試驗(yàn)數(shù)字化測(cè)試系統(tǒng)

安全閥密封試驗(yàn)數(shù)字化測(cè)試系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱：系統(tǒng)）采用流量傳感器直接測(cè)定密封試驗(yàn)壓力條件下全封閉安全閥排氣口泄漏出的介質(zhì)瞬時(shí)流量與每分鐘累計(jì)流量，依據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定做出密封性能是否合格的判定，并能將數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

1.1 系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)的硬件構(gòu)成見(jiàn)圖1 所示，泄漏出的介質(zhì)（氣體）由導(dǎo)管導(dǎo)入流量傳感器中，流量傳感器把氣體流量轉(zhuǎn)換成4～20mA 的電流信號(hào)輸出；數(shù)據(jù)處理器在PC 的控制下采集流量傳感器輸出的電流信號(hào)并進(jìn)行放大和處理，并將其上傳到PC，由PC 上的測(cè)控軟件將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字化的測(cè)試數(shù)據(jù)顯示并自動(dòng)記錄下來(lái)。同時(shí)，系統(tǒng)在流量傳感器后面配備了滿足規(guī)程要求氣泡計(jì)數(shù)筒，使測(cè)得的泄露率與氣泡數(shù)可以相互印證，增強(qiáng)系統(tǒng)測(cè)試的可靠性。

（1）流量傳感器。系統(tǒng)選用了ALICAT 的20-1-00-0- 50-50-00-24-LJ-KM7108 電子流量計(jì)，量程50SCCM，額定電壓24V，輸出4 ～20mA，測(cè)試精度±0.8%。該流量傳感器既能測(cè)定和顯示瞬時(shí)流量與累計(jì)流量，而且能同時(shí)顯示流體的壓力與溫度，精度高、性能穩(wěn)定。

（2）數(shù)據(jù)處理器。數(shù)據(jù)處理器作用是在PC 控制下，由A/D 轉(zhuǎn)換與單片機(jī)完成對(duì)流量傳感器輸出的電流信號(hào)的采集與處理。其中，A/D 轉(zhuǎn)化芯片采用了PCF8591，單片機(jī)采用Atmel 公司的AT89S52，RS-232 串口通訊。圖2 所示為數(shù)據(jù)采集處理原理圖。

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集原理圖

1.2 測(cè)控軟件

安全閥校驗(yàn)需要同時(shí)完成整定壓力調(diào)校與密封性能試驗(yàn)，因此，我們把密封性能試驗(yàn)的測(cè)控軟件作為一個(gè)模塊與整定壓力測(cè)定整合在了一起。同時(shí)，為了進(jìn)行信息與數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，測(cè)控軟件與管理軟件通過(guò)服務(wù)器上的SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互——讀取管理軟件派發(fā)的待校驗(yàn)任務(wù)、測(cè)試完成后再將測(cè)試數(shù)據(jù)與結(jié)論返寫(xiě)回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中。為了最大限度簡(jiǎn)化操作、改善人機(jī)界面，系統(tǒng)采用了Visual Basic 6.0 作為開(kāi)發(fā)工具，使操作人員可通過(guò)點(diǎn)擊觸摸屏來(lái)完成操作，測(cè)控軟件的操作界面見(jiàn)圖3 所示。

圖3 密封試驗(yàn)測(cè)試界面

該軟件模塊設(shè)計(jì)有瞬時(shí)流量（泄漏率）測(cè)定、1 分鐘累計(jì)流量（泄漏量）測(cè)定、1 分鐘自動(dòng)倒計(jì)時(shí)、連續(xù)進(jìn)行3 次測(cè)試等功能。同時(shí)，它還能將泄漏率自動(dòng)折算為氣泡數(shù)，并把國(guó)標(biāo)規(guī)定的泄漏率合格標(biāo)準(zhǔn)顯示在屏幕上。其中，氣泡數(shù)是按照單個(gè)氣泡的體積換算出來(lái)的，考慮到單個(gè)氣泡的體積會(huì)隨壓力、水溫等參數(shù)發(fā)生變化，系統(tǒng)后臺(tái)可對(duì)單個(gè)氣泡的體積進(jìn)行設(shè)定，以使泄漏量與氣泡個(gè)數(shù)完全對(duì)應(yīng)。

點(diǎn)擊“密封性能測(cè)試”選項(xiàng)卡后進(jìn)入測(cè)試頁(yè)面后，系統(tǒng)將自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取到待校驗(yàn)任務(wù)并將其顯示在右面的列表欄中，操作人員可任意選取某個(gè)待校驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行測(cè)試。進(jìn)行密封試驗(yàn)時(shí)，先將壓力升至“密封試驗(yàn)壓力”，再啟動(dòng)“流量測(cè)定”，流量傳感器測(cè)得的瞬時(shí)流量（泄漏率）將顯示在“實(shí)時(shí)流量”欄中。啟動(dòng)“一分鐘倒計(jì)時(shí)”，系統(tǒng)開(kāi)始自動(dòng)計(jì)算累積泄漏量，至1 分鐘倒計(jì)時(shí)結(jié)束，該安全閥的泄漏量（cm3/min）及折算的氣泡數(shù)將被記錄在測(cè)試結(jié)果欄中。將測(cè)試數(shù)據(jù)與下方顯示的合格標(biāo)準(zhǔn)盡心比對(duì)，合格則繼續(xù)重復(fù)進(jìn)行三次測(cè)試，否則將判定密封性能不合格。測(cè)試結(jié)束后，點(diǎn)擊“結(jié)束本次任務(wù)”，測(cè)試數(shù)據(jù)與結(jié)論將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)中。每個(gè)校驗(yàn)任務(wù)的“流水號(hào)”是唯一的，測(cè)試結(jié)束后，測(cè)試數(shù)據(jù)與結(jié)論將自動(dòng)寫(xiě)入該“流水號(hào)”對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表格中，并可隨時(shí)調(diào)用和查閱。

2 結(jié)語(yǔ)

安全閥密封試驗(yàn)數(shù)字化測(cè)試系統(tǒng)融合了現(xiàn)代傳感與信息化技術(shù)，與傳統(tǒng)的“氣泡法”相比不僅提高了測(cè)試精度，且使工作效率也得到了同步提高。在多家安全閥校驗(yàn)機(jī)構(gòu)的試用情況表明，該系統(tǒng)不僅性能穩(wěn)定可靠，其良好的人機(jī)界面也得到了操作人員的好評(píng)。由于使測(cè)試實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化與自動(dòng)化，對(duì)安全閥密封性能的判定也更加客觀和更具說(shuō)服力。建議能盡快為密封性能數(shù)字化測(cè)試方法建立起技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)我國(guó)安全閥校驗(yàn)行業(yè)盡快普及數(shù)字化測(cè)試技術(shù)，使行業(yè)的整體技術(shù)水平邁上一個(gè)新臺(tái)階。