安全閥在線校驗系統(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)

針對當前安全閥離線校驗技術在實際應用中的不足之處，開發(fā)了安全閥在線校驗系統(tǒng)以作為離線校驗的一種有效補充，并對現(xiàn)有安全閥進行了改造。該系統(tǒng)在解決安全閥泄漏問題的同時，還具備攜帶方便、檢測結果準確可靠、記錄完整、校驗過程不影響裝置的正常運行等特點。

壓力容器安全閥爆破片在線校驗

0 前言

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

安全閥在運行過程中，在操作壓力、溫度以及介質侵蝕等物理和化學因素的作用下，其性能，特別是整定壓力(也稱開啟壓力)和密封性能，會發(fā)生改變，導致安全閥不能按規(guī)定壓力開啟或發(fā)生嚴重泄漏，從而威脅安全生產。為此，我國勞動部頒發(fā)的《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定：“安全閥一般每年至少校驗一次”[1]。目前對安全閥進行校驗的做法是，將安全閥從被保護裝置上拆下后，送到專用校驗臺上進行校驗。這種做法存在以下缺點：

（1）在進行安全閥校驗期間，被保護裝置就處于無保護狀態(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。安全閥的檢驗周期與大修周期的不一致，造成了石化裝置的安全運行與經(jīng)濟運行間的矛盾。

（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、安裝及運輸較為困難，校驗成本高。

（3）在校驗臺上已校驗合格的安全閥，由于安裝、運輸?shù)确矫娴脑颍湔▔毫懊芊庑阅芸赡馨l(fā)生變化，從而影響設備的安全和經(jīng)濟運行。

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

總之，完全依賴現(xiàn)有裝置在固定校驗臺上對安全閥進行調試已不能滿足現(xiàn)代生產的要求。因此充分利用計算機控制技術，對原有安全閥進行改造，開發(fā)一種實用的安全閥在線檢測系統(tǒng)非常必要。

1 安全閥在線校驗系統(tǒng)設計總體方案

利用便攜式氮氣瓶作為壓力源，壓力傳感器為一次測量元件，將檢測到的壓力信號進行模擬處理轉換成電信號，然后通過數(shù)據(jù)采集模塊將輸入的模擬信號轉換成數(shù)字信號，最后通過數(shù)據(jù)傳輸模塊傳送到計算機，由筆記本電腦實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、記錄與處理。同時對現(xiàn)有安全泄放裝置進行改造，將爆破片和安全閥串聯(lián)使用，組成優(yōu)勢互補、性能優(yōu)良的隔離式安全閥。控制軟件采用中文工控組態(tài)軟件MCGS開發(fā)。

2 系統(tǒng)組成

2.1 主機

采用計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、記錄與處理。為記錄安全閥的校驗過程，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。依照中華人民共和國國家標準GB 12241—1989《安全閥一般要求》和GB 12242—1989《安全閥性能試驗方法》中有關安全閥性能檢測的規(guī)定和描述，為安全閥在線校驗系統(tǒng)開發(fā)出的專用程序，是安全閥在線校驗系統(tǒng)的核心組成部分。在校驗系統(tǒng)硬件裝置的配合下，專用程序以動畫顯示、實時曲線、歷史曲線和報表等多種輸出方式完成安全閥工作性能的在線校驗。

2.2 采集模塊

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和轉換模塊采用的是研華公司生產的ADAM 4017+和ADAM 4520。ADAM 4017+是模-數(shù)轉換模塊，也是一個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轉換為計算機能識別的通訊模式RS 232,通過串行接口(COM口)實現(xiàn)與計算機的通訊，從而完成與組態(tài)軟件的對接。

2.3 傳感器

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

2.4 截止閥

截止閥的閥桿軸線與閥座的密封面垂直。閥桿開啟或關閉行程相對較短，并具有非?？煽康那袛鄤幼?，使得這種閥門非常適合用于介質的切斷和節(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，在更換密封元件時無需將整個閥門從管線上拆下，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換模塊以及壓力變送器供電，通過內部的整流電路將220 V交流電轉換為24 V的直流電，以保證模塊和壓力變送器正常工作。

2.6 檢驗壓力源

采用15 MPa瓶裝氮氣作為進行校驗時的外接壓力氣源。

2.7 隔離式安全閥

對原有的安全閥進行改造，在安全閥和截止閥之間加裝爆破片，使安全閥完全與介質隔離，具體結構如圖1所示。采用隔離式安全閥有以下優(yōu)點：

（1）可防止工藝介質的泄漏。單獨使用安全閥，泄漏是難免的。采用隔離式安全閥，與工藝介質接觸的爆破片起到了全密閉的作用，保證了工藝介質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，也克服了環(huán)境污染，并減少了可燃氣體在空氣中產生爆炸的危險性。

（2）可延長安全閥的使用壽命。當安全閥單獨使用時，閥瓣與工藝介質的直接接觸(如腐蝕結垢等)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）防止爆破片動作后壓力介質大量排放，有利于保證操作的連續(xù)性。單獨使用爆破片時，爆破片一旦爆破，被保護設備中的介質將會大量排放，操作勢必中斷。采用隔離式安全閥時，爆破片爆破后，安全閥迅速開啟，當被保護設備的壓力降低后，安全閥自動關閉，阻止了介質的進一步排放，從而可保證操作的連續(xù)進行[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)自動化控制組態(tài)軟件進行組態(tài)，并設置相關參數(shù)。在線校驗軟件的使用說明如下：

主要執(zhí)行文件可采集壓力信號、機內時間信號，自動記錄壓力-時間曲線，自動識別和記錄安全閥的開啟壓力。當用漢字輸入有關安全閥的性能參數(shù)后，可自動建立該安全閥的性能檔案和檢測結果以備打印輸出。

（1）啟動運行環(huán)境后，顯示如圖2所示畫面。

（2）隨后出現(xiàn)所校驗安全閥的數(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人、安全閥的型號、安全閥的編號以及安全閥的整定壓力。

圖2 啟動時頁面

圖3 數(shù)據(jù)輸入窗口

（3）點擊圖3窗體中的“確定”可以進入校驗系統(tǒng)的工作畫面，其畫面如圖4所示。在圖4的工作畫面的實時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，還可以在線進行整定。

圖5 生成的圖表

綜上所述，安全閥在線校驗軟件具備以下功能：

（1）建立安全閥的電子技術文檔，可以對安全閥的使用和校驗狀況進行長期監(jiān)控和管理。

（2）在程序控制下，對安全閥檢測的全過程(包括整定試驗前的密封性能測試、整定壓力試驗、整定試驗后的密封性能測試)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、存儲、分析和整理，操作人員只需監(jiān)視檢測過程，而無需進行手動記錄。

（3）檢測過程中數(shù)據(jù)和曲線的實時顯示，有助于對檢測過程的監(jiān)視。

（4）在分析試驗數(shù)據(jù)的基礎上，智能化判斷安全閥的關鍵技術參數(shù)，特別是準確的開啟壓力的判定以及密封性能的評定。

（5）自動形成符合國家標準的檢測報告，包括試驗曲線、關鍵數(shù)據(jù)和檢測結果，既可以存儲在計算機中作為備案，也可以直接打印輸出。

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

4 結語

安全閥的定期校驗是保證安全閥準確可靠地工作，消除被保護承壓設備安全隱患的重要措施，可以作為離線校驗的一種有效補充，其推廣和應用具有一定的經(jīng)濟效益。

[1] 勞動部．壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程[M]．北京：中國勞動社會保障出版社，2000．

[2] 李志義，周一卉，由宏新．安全閥在線校驗新技術及裝置[J]．石油化工設備，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)濟師。東營市，257000。

2011-09-15）