安全閥校驗智能化測試技術(shù)研究及應(yīng)用

周璐璐 盧俊文 陳 敏 王肖逸 湛立寧

（河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗研究院唐山分院 唐山 063000)

安全閥是一種壓力釋放裝置,是承壓類特種設(shè)備必備的安全附件之一,也是保障承壓設(shè)備安全運行的最后一項保護措施。當(dāng)設(shè)備超壓運行時安全閥自動起跳來泄放壓力,直到壓力下降到安全閥的回座壓力后關(guān)閉。安全閥能否正常開啟對設(shè)備的安全運行有著舉足輕重的作用[1]。為保證安全閥能在整定壓力下開啟泄壓并及時復(fù)位,安全閥至少每年進行1次整定壓力的校驗及密封試驗泄漏率的測試。傳統(tǒng)方法是人工報檢,人工讀取壓力表顯示的數(shù)值來確定整定壓力,人工統(tǒng)計試驗氣體在水中產(chǎn)生的氣泡數(shù)來確定泄漏率,校驗數(shù)據(jù)的真實性、準確性及可追溯性都無法保證[2]。為了保證安全閥報檢信息的真實性,提高校驗數(shù)據(jù)的精度,克服人工校驗效率較低的弊端,確保校驗數(shù)據(jù)可以追溯,本文開發(fā)的安全閥校驗智能化測試技術(shù)針對性地提供了解決方案：實現(xiàn)了專業(yè)技術(shù)人員的遠程網(wǎng)上報檢操作,從而提高了安全閥報檢數(shù)據(jù)采集的正確率；通過各種智能化操作軟件的運行,保證了安全閥校驗數(shù)據(jù)的誤差在±0.5%范圍內(nèi)。

1 安全閥校驗流程

安全閥用戶申報檢驗時,可以通過智能化測試系統(tǒng)的網(wǎng)上報檢平臺完成,受理員接收后派發(fā)任務(wù)給校驗員,校驗員核查信息正確后開始校驗,校驗完成后提交合格報告給審核人員,審核完成后提交給審批人員,審批通過后便可以直接打印報告,用戶就可以領(lǐng)取報告及安全閥,并結(jié)束校驗流程[3]。如果某個流程發(fā)現(xiàn)錯誤,則直接返回給受理員。安全閥校驗流程如圖1所示。

圖1 安全閥校驗流程圖

2 安全閥校驗智能化測試管理系統(tǒng)

2.1 安全閥校驗智能化測試管理系統(tǒng)的組成

安全閥校驗智能化測試管理系統(tǒng)由安全閥報檢系統(tǒng)、智能化操作軟件、OA管理系統(tǒng)、校驗數(shù)據(jù)庫及相關(guān)硬件組成。安全閥報檢系統(tǒng)為用戶提供網(wǎng)上報檢服務(wù)、受理及收費服務(wù),同時生成待驗安全閥終身二維碼。智能化操作軟件包括壓力傳感器軟件、整定壓力及密封試驗軟件、解體清洗及倉儲管理軟件、名牌打印軟件等[4]。OA管理系統(tǒng)包括校驗記錄、校驗報告填寫、審核、批準、打印及發(fā)放等功能。校驗數(shù)據(jù)庫包括安全閥數(shù)據(jù)庫,鍋爐、壓力容器、壓力管道數(shù)據(jù)庫。相關(guān)硬件包括壓力傳感器、流量傳感器、單片機、電腦主機、硬件電路、密封試驗快拆堵蓋、激光打印機等。安全閥校驗智能化測試管理系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 安全閥校驗智能化測試管理系統(tǒng)組成

2.2 安全閥報檢系統(tǒng)

安全閥用戶在報檢時,應(yīng)按報檢系統(tǒng)界面的要求填寫安全閥的使用單位、安全閥所保護設(shè)備的名稱及編號、設(shè)計壓力、要求的整定壓力大小等信息,同時還應(yīng)當(dāng)填寫安全閥的出廠編號、生產(chǎn)單位、閥體直徑及工作壓力范圍等內(nèi)容。提交信息完成后會自動生成安全閥終身二維碼,該閥報廢時二維碼才失效,并在受理單上打印出二維碼,安全閥校驗合格后會將此二維碼在報告上顯示并激光打印在合格銘牌上。通過掃描安全閥二維碼可以獲得該閥的校驗狀態(tài)、使用狀態(tài)及安裝位置等全部信息,為安全閥的使用及監(jiān)管部門提供了快捷通道。

2.3 智能化操作軟件

●2.3.1 壓力傳感器定標軟件

校驗系統(tǒng)采用高精度壓力等級的壓力傳感器,可以自動顯示壓力數(shù)值,為防止使用過程中出現(xiàn)標準零點漂移引起的誤差,導(dǎo)致校驗精準度下降,開發(fā)了自動校準壓力傳感器零點的定標軟件,每天打開系統(tǒng)正式工作之前自動校驗傳感器的準確性,同時杜絕了因校驗系統(tǒng)泄漏、壓力指示失靈引起的校驗數(shù)據(jù)失效。壓力傳感器工作原理是將采集的壓力數(shù)值轉(zhuǎn)換成電流信號上傳給單片機,為保障其上傳精度,應(yīng)選擇適宜的量程范圍,通常選擇被測壓力3～4倍量程的傳感器,為此校驗系統(tǒng)要設(shè)置多個不同量程范圍的測試通道,每個測試通道都配置相同量程的機械式壓力表同步測壓。密封試驗用電子流量計的最佳量程范圍為50～60 cm3/min。壓力傳感器每年應(yīng)進行1次法定計量校驗,其標定精度標準為±0.5%,為驗證準確性可將壓力值與指針式壓力表進行比對。

●2.3.2 校驗操作端軟件

校驗員手動輸入工位號和登錄密碼即可進入校驗操作端界面,輸入安全閥報檢單號或掃描二維碼,即可查找到待校安全閥參數(shù),并將這些信息自動導(dǎo)入校驗報告與原始記錄中,系統(tǒng)將根據(jù)整定壓力的大小自動選取對應(yīng)的測試通道,并給出合格的精度范圍。整定壓力調(diào)校時,壓力傳感器自動讀取壓力數(shù)值,轉(zhuǎn)換成電流信號后傳送到單片機,校驗員在顯示界面上判斷該值是否在允許范圍內(nèi)即可。系統(tǒng)會記錄安全閥起跳時的最大壓力為整定壓力,調(diào)試3次后取其平均值作為最終整定壓力,并保存至安全閥數(shù)據(jù)庫。整定壓力合格后可轉(zhuǎn)至下一道校驗程序即安全閥密封性能試驗。密封試驗前將帶有集漏管的快拆堵蓋固定在安全閥排氣口,然后系統(tǒng)自動將密封試驗壓力調(diào)整到起跳壓力的90%,保壓3 min后查看泄漏氣體體積量,若在合格范圍內(nèi)則試驗3次,每次均合格后密封試驗結(jié)束,最終將校驗數(shù)據(jù)與結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫中并生成銘牌參數(shù),點擊界面上方的“銘牌參數(shù)”后彈出該界面,點擊“派發(fā)銘牌”,將自動生成銘牌參數(shù),將其導(dǎo)入打標機中刻印校驗合格證銘牌。

2.4 OA管理系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫

OA管理系統(tǒng)主要功能是完成安全閥校驗記錄的填寫,合格報告的審核、批準程序,校驗報告的打印及發(fā)放等工作。安全閥數(shù)據(jù)庫采用SQL Server2012軟件建立,數(shù)據(jù)庫由登錄用戶信息表、校驗單位信息表、存放安全閥原始信息的安全閥信息表、存放安全閥校驗信息的校驗記錄表、存放收費明細的收費參數(shù)表組成。傳感器輸出的電流信號通過數(shù)據(jù)處理器采集并轉(zhuǎn)換后存入數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)置了自檢功能,定時自動啟動或人工啟動自檢功能程序,以確保智能化測試系統(tǒng)的精度在可控范圍內(nèi)。采用ADO（活動數(shù)據(jù)對象）技術(shù)訪問數(shù)據(jù)庫,使訪問數(shù)據(jù)庫的途徑非常便捷,可以快速獲取數(shù)據(jù)庫相關(guān)信息[5]。

3 安全閥校驗智能化測試操作系統(tǒng)

3.1 安全閥校驗整定壓力智能化操作系統(tǒng)

● 3.1.1 組成

安全閥整定壓力智能化操作系統(tǒng)采用傳感器監(jiān)測安全閥校驗的起跳過程[6],讀取的數(shù)據(jù)傳送至校驗臺并實時顯示出來,通過操作端軟件控制信號的采集與管理,完成整定壓力的調(diào)校后將合格數(shù)據(jù)傳送給主服務(wù)器,管理端軟件控制主服務(wù)器的運行,并將最終數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)服務(wù)器中,同時也傳送給激光打印機用于打印合格銘牌。圖3所示為安全閥整定壓力智能化操作系統(tǒng)組成。

圖3 安全閥整定壓力智能化操作系統(tǒng)組成圖

● 3.1.2 性能測試

為了確認安全閥校驗整定壓力智能化測試技術(shù)的穩(wěn)定性,在系統(tǒng)的調(diào)試階段,選取了3個測試通道進行性能測試,分別是：第一測試通道,開啟壓力為0.2 MPa、0.3 MPa、0.45 MPa；第二測試通道,開啟壓力為0.8 MPa、1.1 MPa、1.4 MPa；第三測試通道,開啟壓力為1.5 MPa、3.0 MPa、4.5 MPa。每個測試通道的壓力等級選取3個安全閥,每個安全閥測試3組數(shù)據(jù),在此選取0.8 MPa、1.5 MPa、4.5 MPa三組數(shù)據(jù)與人工校驗數(shù)據(jù)進行比對。安全閥整定壓力智能化測試與人工校驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表1。從性能測試數(shù)據(jù)可知,智能化測試與人工校驗數(shù)據(jù)的比較偏差最大值為0.467%,絕對偏差最大值為0.375%,達到了測試精度±0.5%的設(shè)計目標,且符合GB/T 12242—2021《壓力釋放裝置性能試驗方法》規(guī)定的“工作臺上定壓試驗時,壓力測量偏差不超過±1%”,說明本系統(tǒng)能達到應(yīng)用標準。

表1 安全閥整定壓力智能化測試與人工校驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

3.2 安全閥密封性試驗智能化操作系統(tǒng)

● 3.2.1 組成

安全閥密封性試驗智能化操作系統(tǒng)采用高精度電子流量計測量單位時間內(nèi)泄漏氣體體積量。不再使用傳統(tǒng)人工統(tǒng)計氣泡數(shù)的測量方法,對實時采集的氣體流量信號進行數(shù)字化處理,并顯示在計算機界面上。安全閥密封性試驗智能化測試系統(tǒng)由管路系統(tǒng)、數(shù)字化測試系統(tǒng)、下位機測控系統(tǒng)、系統(tǒng)管理端軟件及密封試驗數(shù)據(jù)庫組成[7]。安全閥密封性試驗智能化操作系統(tǒng)組成如圖4所示。

圖4 安全閥密封性試驗操作系統(tǒng)組成圖

● 3.2.2 性能測試

為了確認安全閥密封性試驗智能化測試技術(shù)的穩(wěn)定性,選用3組安全閥與傳統(tǒng)人工氣泡計數(shù)法進行比對實驗[8],實驗條件為常溫、常壓的室內(nèi)環(huán)境,3組安全閥的整定壓力分別為I組5.0 MPa、Ⅱ組20 MPa、Ⅲ組30 MPa,流道直徑均大于7.8 mm。分別采用智能化測試系統(tǒng)的直接測流量法和傳統(tǒng)人工氣泡計數(shù)法來測量安全閥的密封性,每次測量時間為3 min（40個氣泡等效泄漏量為11.8 cm3）。安全閥密封試驗智能化檢測與氣泡法檢測結(jié)果對比見表2。

表2 安全閥密封試驗智能化檢測與氣泡法檢測結(jié)果對比

GB/T 12243—2021《彈簧直接載荷式安全閥》規(guī)定,安全閥密封試驗最大允許泄漏率為29.9 cm3/min。通過表2的實驗對比可知,安全閥密封性試驗數(shù)字化測試方法與傳統(tǒng)氣泡法測試結(jié)果最大偏差為-0.94%,說明該系統(tǒng)具有可靠的適用性及穩(wěn)定性。

為進一步驗證安全閥密封試驗數(shù)字化檢測的精度,對不同條件下的泄漏率進行多次重復(fù)測試,通過直接收集排放介質(zhì)體積的排水法進行流量驗證。在此隨機選取3組安全閥（整定壓力分別為Q1組5 MPa、Q2組18 MPa、Q3組25 MPa）的測試數(shù)據(jù),每組測試3次,分析其測量精度及穩(wěn)定性。數(shù)字化測量泄漏率誤差分析見表3。

表3 數(shù)字化測量泄漏率誤差分析表（100 kPa、25 ℃）

數(shù)字化測量泄漏率誤差數(shù)據(jù)表明,在不同的流量條件下（5～20 cm3/min）,數(shù)字化測試系統(tǒng)均可以獲得穩(wěn)定的測試精度,其測量的平均誤差最大值為0.432%,達到了測試精度±0.5%的設(shè)計標準,且符合GB/T 12242—2021規(guī)定的測量偏差不超過±1%的要求。

4 結(jié)論

1）通過智能化測試系統(tǒng)平臺,安全閥報檢單位可以由專業(yè)技術(shù)人員網(wǎng)上報檢,從而提高了安全閥報檢效率,提高了安全閥報檢信息的準確率,保證了安全閥原始校驗數(shù)據(jù)采集的完整性,并采用了校驗銘牌的激光打印,確保了銘牌保存的時效性。

2）通過安全閥報檢軟件、壓力傳感器定標軟件、校驗操作端軟件、OA管理系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫的使用,極大地提高了安全閥整定壓力調(diào)校及密封性試驗的效率,保障了安全閥校驗數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性,通過掃描終身二維碼可隨時查看安全閥各種信息。

3）實現(xiàn)了安全閥校驗整定壓力的智能化測試,經(jīng)性能測試驗證最大偏差為0.375%；實現(xiàn)了安全閥密封性能試驗自動檢測泄漏氣體的體積流量,并以數(shù)字形式在計算機界面上顯示出來,經(jīng)性能測試驗證最大偏差為0.432%,2項測試精度均達到了±0.5%的設(shè)計標準。