一種制冷機(jī)內(nèi)置式安全閥在線檢測技術(shù)的應(yīng)用探討

苗芳 張倬權(quán) 譚凱

（湖北特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測研究院 湖北武漢 430000）

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，大型制冷設(shè)備和冷凍機(jī)設(shè)備的需求不斷增長。對制冷系統(tǒng)安全閥進(jìn)行離線校驗(yàn)時(shí)，首先需要將冷凍機(jī)冷凝器、蒸發(fā)器等制冷系統(tǒng)內(nèi)部的冷媒排空或轉(zhuǎn)移，之后再拆卸下安全閥進(jìn)行離線校驗(yàn)。制冷系統(tǒng)中的冷媒多為氟利昂等昂貴的制冷介質(zhì)，若直接丟棄會造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失，且會對環(huán)境造成污染；若采取介質(zhì)轉(zhuǎn)移的方法，會消耗較大的人力、物力，且在轉(zhuǎn)移過程中也難免會損耗一部分介質(zhì)，同樣會產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失，造成環(huán)境破壞。本文結(jié)合這些實(shí)際情況，在滿足現(xiàn)行《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》要求的前提下，提出了一種制冷機(jī)內(nèi)置式安全閥在線檢測技術(shù)，并對該技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析和探討。

2 內(nèi)置式安全閥在線檢測技術(shù)的意義和現(xiàn)狀

2.1 內(nèi)置式安全閥在線檢測技術(shù)意義

安全閥作為制冷系統(tǒng)中壓力管道與壓力容器上最重要的安全附件之一，其主要作用是：當(dāng)管道或容器內(nèi)的壓力超過設(shè)計(jì)的規(guī)定值時(shí)，能夠準(zhǔn)確開啟，穩(wěn)定泄放部分介質(zhì)，從而避免設(shè)備因超壓引起脹裂或物理爆炸；當(dāng)管道或容器內(nèi)的壓力重新回到設(shè)計(jì)的安全運(yùn)行范圍內(nèi)時(shí)，安全閥可以及時(shí)回座，并具有安全可靠的密封性。由于設(shè)備使用的周期、時(shí)長、環(huán)境和條件等因素，會使安全閥產(chǎn)生銹蝕、磨損、變形或老化，使其正常開啟壓力與設(shè)計(jì)值產(chǎn)生較大偏差，導(dǎo)致安全閥不能正常工作，從而帶來重大安全隱患。

制冷系統(tǒng)內(nèi)置式安全閥目前常用的檢測方法為離線校驗(yàn)，先將安全閥從被保護(hù)設(shè)備上拆卸下來，再送往對應(yīng)規(guī)格的安全閥校驗(yàn)臺進(jìn)行檢測，該方法存在以下不足：在安全閥校驗(yàn)期間，其相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備屬于停運(yùn)狀態(tài)，安全閥的校驗(yàn)時(shí)長決定了復(fù)產(chǎn)時(shí)長，從而造成安全運(yùn)行與經(jīng)濟(jì)收益之間存在一定矛盾；由于安全閥生產(chǎn)廠家所設(shè)定的使用環(huán)境和使用條件不同，設(shè)備的安裝拆卸工藝及施工條件也不同，導(dǎo)致部分特殊情況下，安全閥拆卸、安裝與運(yùn)輸工作存在一定難度，增加校驗(yàn)成本；安全閥的拆裝過程存在安全風(fēng)險(xiǎn)，頻繁拆裝易造成設(shè)備密封面損傷、介質(zhì)泄露風(fēng)險(xiǎn)增大等問題；前期已完成校驗(yàn)的安全閥設(shè)備，在運(yùn)輸途中可能由于搬運(yùn)不當(dāng)、路途顛簸等不確定因素，導(dǎo)致其性能發(fā)生變化，待重新安裝后，其依然面臨著需重新校驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)，致使校驗(yàn)工作失去意義。

TSG ZF001-2006/XG1-2009《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中明確規(guī)定：安全閥一般每年至少校驗(yàn)一次。因此內(nèi)置式安全閥在線檢測技術(shù)的研究具有重要意義，內(nèi)置式安全閥的在線檢測技術(shù)是一種比離線檢測技術(shù)更先進(jìn)、更環(huán)保、更有效的檢測手段，有利于保障安全閥的長周期安全運(yùn)行，具有較高的研究和開發(fā)價(jià)值。

2.2 內(nèi)置式安全閥在線檢測技術(shù)現(xiàn)狀

安全閥的在線檢測技術(shù)最早由英國弗曼奈特國際有限公司開發(fā)研制，其目的在于對安裝在設(shè)備上的安全閥在受壓或不受壓狀態(tài)下進(jìn)行檢測。目前，國外的在線檢測方法主要為升壓實(shí)跳法和檢測儀檢測法。升壓實(shí)跳法采用的原理是：提高設(shè)備上安全閥入口介質(zhì)處的壓力使安全閥開啟，達(dá)到檢測目的，其對于被測安全閥的檢測狀態(tài)要求較為苛刻，必須在設(shè)備受壓狀態(tài)下進(jìn)行檢測，適用范圍受限；檢測儀檢測法采用的原理是：通過使用外部設(shè)備施加一個向上的附加力，使這個力與設(shè)備內(nèi)介質(zhì)壓力的總和來克服彈簧的預(yù)緊力，使閥門開啟，或者在沒有介質(zhì)壓力的作用下，直接由外部向上的附加力來克服彈簧的預(yù)緊力使閥門開啟，從而實(shí)現(xiàn)對閥門整定壓力的校驗(yàn)，在檢測過程中無法得到安全閥準(zhǔn)確有效的密封面積，會影響檢測結(jié)果的精度，且在實(shí)際工作中無法適用于部分彈簧內(nèi)置式而無閥桿的安全閥。

目前國內(nèi)針對制冷機(jī)/冷凍機(jī)用內(nèi)置式安全閥沒有專業(yè)的檢測設(shè)備，且一些相關(guān)檢測技術(shù)設(shè)想并不能完全滿足現(xiàn)行TSG ZF001-2006/XG1-2009《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》要求的“彈簧特性法”。

3 一種內(nèi)置式安全閥在線檢測技術(shù)

3.1 在線檢測的原理

普通的彈簧式安全閥在線檢測原理是：從外部作用給閥桿一個向上的附加拉力，來客服彈簧的預(yù)緊力，從而測得安全閥的整定壓力。

內(nèi)置式安全閥和普通彈簧式安全閥的結(jié)構(gòu)不同，由于內(nèi)置式安全閥本體無閥桿結(jié)構(gòu)，其調(diào)整螺母以螺紋形式固定在閥體上，通過直接轉(zhuǎn)動調(diào)整螺母來改變彈簧的受力情況，改變彈簧的受壓或不受壓狀態(tài)，從而能夠調(diào)節(jié)整定壓力。通過穿過定壓螺母給彈簧一個垂直向下的作用力來克服彈簧的預(yù)緊力，從而測得安全閥的整定壓力。通過測試時(shí)的過程曲線拐點(diǎn)來記錄開啟時(shí)的提升力大小，當(dāng)附加力從零逐漸增大，當(dāng)其與介質(zhì)向上的力之和與彈簧預(yù)緊力相等時(shí)，閥瓣微啟，介質(zhì)作用面積S增大，使得用來克服彈簧預(yù)緊力的內(nèi)壓作用力急劇增大，使其外附加力瞬間減小，此時(shí)峰點(diǎn)所用的外附加力數(shù)值是安全閥開啟時(shí)的附加力值△F，之后通過計(jì)算得出安全閥開啟壓力Ps值。根據(jù)以上“彈簧特性法”判開的理論，無需將安全閥全部拉開，且檢測時(shí)間非常短，不會擾動工況。

3.2 在線檢測技術(shù)方案

本文提出的技術(shù)方案主要由3個部分組成：動力單元、機(jī)械單元和采集數(shù)據(jù)管理單元。機(jī)械單元為動力單元的輸出提供穩(wěn)定可靠的施力環(huán)境，同時(shí)保證在線檢測時(shí)，不會影響安全閥的正常工作；動力單元輸出動力源，以產(chǎn)生作用于彈簧垂直向下的力；采集數(shù)據(jù)管理單元作用為完成外加力的采集、存儲、運(yùn)算、邏輯判斷、結(jié)果顯示和打印報(bào)告等，見圖1。

圖1 在線檢測技術(shù)方案示意圖

該方案由油泵、油管、鎖緊螺母、支柱、壓桿座、定位銷、傳感器、數(shù)據(jù)采集終端和安全閥本體等部分組成。首先將安全閥本體初步安裝固定，通過螺紋桿與定位圈之間的螺紋傳動，對安全閥本體進(jìn)行再次定位，增加穩(wěn)定性；測試時(shí)，油泵帶動傳感器作用于壓桿，使壓桿擠壓安全閥本體內(nèi)彈簧，直至克服彈簧的預(yù)緊力，傳感器對壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，并通過傳感器傳輸給數(shù)據(jù)采集終端，從而計(jì)算出安全閥本體的開啟壓力數(shù)值，并判斷其是否合格，達(dá)到安全閥本體在不用拆卸的情況下便可測得其開啟壓力的目的。

4 未來研究方向

本文提出的制冷機(jī)內(nèi)置式安全閥在線檢測技術(shù)方案，結(jié)合當(dāng)前實(shí)際發(fā)展情況及需求，可以考慮從以下幾個方面進(jìn)行改善，并做進(jìn)一步研究：在當(dāng)前檢測市場中，大多數(shù)安全閥在線檢測設(shè)備采用的外加力系統(tǒng)均為手動施壓液壓系統(tǒng)，可著力研發(fā)一種微電機(jī)系統(tǒng)，以達(dá)到內(nèi)置式安全閥檢測裝備的外加力能夠更加均衡施力的效果；針對高危、涉密場所，研發(fā)一種可遠(yuǎn)程操控的控制施壓系統(tǒng)，以達(dá)到安全隱秘的檢測效果；針對不同介質(zhì)、不同運(yùn)用場所中的內(nèi)置式安全閥，研發(fā)一種可依據(jù)實(shí)際需求選擇的剛性或柔性施壓接觸結(jié)構(gòu)；通過在檢測儀器中額外添加傳感器，以達(dá)到可依據(jù)內(nèi)置式安全閥的幾何尺寸、使用條件、不同工況下的在線檢測，并實(shí)時(shí)監(jiān)控檢測過程中的介質(zhì)泄露情況，將監(jiān)控結(jié)果實(shí)時(shí)反饋至檢測儀器主機(jī)，通過設(shè)置安全報(bào)警系數(shù)，確保檢測過程中的安全快捷等。

5 結(jié)論

本文對制冷機(jī)內(nèi)置式安全閥在線檢測技術(shù)的重要性、國內(nèi)外現(xiàn)狀以及目前常用的檢測方法進(jìn)行了闡述，并在此基礎(chǔ)上提出了一種通過施加向下作用力得到安全閥整定壓力的檢測方法，并對未來可行的研究方向進(jìn)行探討。本文提出的在線檢測技術(shù)方案，能夠解決現(xiàn)有安全閥離線檢測方法的一些問題，同時(shí)可以減輕人力和物力消耗。