彈簧安全閥綜合測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)

王升花，路澤永，盧平平

(承德石油高等專科學(xué)校 電氣與電子工程系，河北 承德 067000)

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彈簧安全閥綜合測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)

王升花，路澤永，盧平平

(承德石油高等專科學(xué)校 電氣與電子工程系，河北 承德 067000)

針對(duì)現(xiàn)有彈簧安全閥試驗(yàn)由人工操作完成，試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度不高的問題，設(shè)計(jì)開發(fā)了一套彈簧安全閥綜合測(cè)試系統(tǒng)。該測(cè)試系統(tǒng)可以對(duì)彈簧安全閥試驗(yàn)過程中壓力和位移進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，自動(dòng)識(shí)別和顯示安全閥的開啟壓力和開啟高度。工程實(shí)踐表明，該系統(tǒng)整定快速準(zhǔn)確，有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

彈簧安全閥；測(cè)試系統(tǒng)；監(jiān)控系統(tǒng)

彈簧安全閥具有結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏、對(duì)震動(dòng)和搖晃不敏感、調(diào)節(jié)方便、規(guī)格種類多、價(jià)格適中等特點(diǎn)，在特種設(shè)備及其它領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。國(guó)家規(guī)定，所有安全閥成品應(yīng)進(jìn)行出廠試驗(yàn)。試驗(yàn)的目的在于確保每臺(tái)安全閥都滿足其設(shè)計(jì)要求，其承壓部件或連接部位不發(fā)生任何形式的滲漏，并調(diào)整到適合其指定的運(yùn)行條件[1]。現(xiàn)有彈簧安全閥試驗(yàn)大都由人工操作完成，試驗(yàn)結(jié)果受人為影響大、準(zhǔn)確度低。本文提出并研制了一種彈簧安全閥綜合測(cè)試系統(tǒng)。

1 彈簧安全閥測(cè)試工藝流程

1)校驗(yàn)前的檢查

彈簧安全閥校驗(yàn)前要對(duì)安全閥進(jìn)行清洗并且進(jìn)行宏觀檢查，然后將安全閥解體，檢查各零部件。發(fā)現(xiàn)閥瓣和閥座密封面、導(dǎo)向零件、彈簧、閥桿有損傷、銹蝕、變形等缺陷時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行修理或者更換。關(guān)閉排氣閥和進(jìn)氣閥，用壓板或其它結(jié)構(gòu)將被校驗(yàn)的彈簧安全閥緊固在校驗(yàn)臺(tái)架上。

2)靜止階段

打開進(jìn)氣閥，并控制進(jìn)氣閥的開度，緩慢升高安全閥的進(jìn)口壓力，升壓速度應(yīng)當(dāng)不高于0.01 MPa/s[2]，或?yàn)槿魏我粋€(gè)對(duì)精確讀取壓力所必要的更低速率，升壓到整定壓力的90%以后，使高壓氣源按一定的速度向校驗(yàn)臺(tái)架的內(nèi)腔充氣， 校驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)腔的氣壓值可以從與之相連的壓力表上讀出。由于安全閥與校驗(yàn)臺(tái)架的內(nèi)腔是相通的，腔內(nèi)的氣壓也作用于安全閥上，當(dāng)氣壓低于安全閥的開啟壓力時(shí)，安全閥無動(dòng)作，處于關(guān)閉狀態(tài)，管道內(nèi)壓力處處相等。

3)開啟階段

高壓氣源繼續(xù)通過進(jìn)氣閥向校驗(yàn)臺(tái)架的內(nèi)腔緩慢充氣，隨著充氣時(shí)間的增加，腔內(nèi)氣壓逐漸升高，當(dāng)氣壓升高到某一值時(shí)，測(cè)到閥瓣有開啟動(dòng)作時(shí)，則安全閥的進(jìn)口壓力被視為此安全閥的開啟壓力。繼續(xù)升高閥門進(jìn)口壓力直到閥門達(dá)到并保持在排放狀態(tài)，同時(shí)監(jiān)測(cè)閥門的動(dòng)作，讀取排放壓力和開啟高度。

4)回座階段

逐漸降低進(jìn)口壓力直到閥門關(guān)閉，同時(shí)監(jiān)測(cè)閥門的動(dòng)作，讀取回座壓力。

打開排氣閥，使校驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)腔中的剩余氣體排出，并卸下安全閥。

重復(fù)步驟2～4，直到開啟壓力、排放壓力、回座壓力和開啟高度均為確定和穩(wěn)定值為止(重復(fù)三次)。

彈簧安全閥全性能試驗(yàn)裝置布局圖，如圖1所示。

2 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

彈簧安全閥綜合測(cè)試系統(tǒng)控制部分由監(jiān)控層、控制層、設(shè)備層組成。采用PLC作為直接控制級(jí)，使用16位高速高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊，增加測(cè)試精度，滿足實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度要求，提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可信度[3]。

1)設(shè)備層主要包括現(xiàn)場(chǎng)閥位檢測(cè)開關(guān)、壓力變送器、位移變送器、流量變送器、電動(dòng)閥、電磁閥等，直接或通過通信與控制層中的PLC相聯(lián)系，將輸入信號(hào)發(fā)送給PLC，將PLC輸出指令發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

2)PLC通過用戶程序、各種控制算法，實(shí)現(xiàn)控制區(qū)域內(nèi)閥門等設(shè)備的開閉、壓力的檢測(cè)與控制、位移的測(cè)量、順序控制、聯(lián)鎖保護(hù)等功能。

3)監(jiān)控層與控制層通過以太網(wǎng)對(duì)受控設(shè)備的運(yùn)行信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和集中監(jiān)控；完成對(duì)壓力、位移、流量、溫度等參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)及控制[4]；完成流程顯示、數(shù)據(jù)顯示、狀態(tài)報(bào)警、趨勢(shì)曲線、歷史數(shù)據(jù)、操作過程的模擬等功能，同時(shí)模擬操作人員的操作過程。不僅提高了系統(tǒng)操作的準(zhǔn)確性，而且極大地簡(jiǎn)化了操作人員的操作，達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠的目的。

4)因?yàn)槭蔷C合測(cè)試系統(tǒng)，高低壓都有，在上位監(jiān)控系統(tǒng)畫面上直接選擇測(cè)試閥壓力(0.2 MPa、1 MPa、2.5 MPa、4 MPa、10 MPa、20 MPa、25 MPa、40 MPa)，測(cè)試閥位移(10 mm、20 mm、40 mm)，系統(tǒng)首先根據(jù)量程參數(shù)調(diào)出操作流程，指導(dǎo)操作人員開關(guān)手動(dòng)閥，若手動(dòng)閥閥位錯(cuò)誤，自動(dòng)指出哪個(gè)閥應(yīng)該開或應(yīng)該關(guān)，閥位錯(cuò)誤測(cè)試不能進(jìn)行下一步，避免高壓氣體進(jìn)入低壓系統(tǒng)產(chǎn)生的危險(xiǎn)。根據(jù)自動(dòng)計(jì)算出的壓力上升斜率調(diào)整電動(dòng)閥閥位，自動(dòng)調(diào)整報(bào)表坐標(biāo)。控制系統(tǒng)圖如圖2所示。

3 上位監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

彈簧安全閥測(cè)試系統(tǒng)的自動(dòng)化操作由中央監(jiān)控系統(tǒng)完成。上位監(jiān)控系統(tǒng)采用組態(tài)王軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。通過上位監(jiān)控系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)實(shí)際檢測(cè)的安全閥進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，如果滿足測(cè)試條件，直接通過點(diǎn)擊監(jiān)控系統(tǒng)中的測(cè)試開始按鈕即可自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試；待相關(guān)參數(shù)讀取完畢后，點(diǎn)擊測(cè)試結(jié)束按鈕可完成整個(gè)測(cè)試過程。

同時(shí)，系統(tǒng)作為測(cè)試全過程組織的一個(gè)輔助工具，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示、統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)表生成、歷史報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等，對(duì)測(cè)試過程構(gòu)成有力支撐。安全閥低壓測(cè)試上位監(jiān)控操作界面如圖3所示。

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一種彈簧安全閥的綜合測(cè)試系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行以來，效果良好。本系統(tǒng)試驗(yàn)整定快速準(zhǔn)確，操作人機(jī)界面友好，功能豐富，大大提高了安全閥校驗(yàn)整定過程的科學(xué)性、可靠性和安全性，有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1] GB/T 12241—2005 安全閥一般要求[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

[2] GB/T 12242—2005 壓力釋放裝置性能試驗(yàn)規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

[3] 胡均華,黃曉宇，王恒，等.超高壓安全閥校驗(yàn)臺(tái)設(shè)備分析[J].化學(xué)工程與裝備，2011(1)：100-102.

[4] 付德永，陳軍，李杰.基于PLC和變頻器的閥門水壓試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].承德石油高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2015,17(1)：30-33.

Design and Development of Integrated Test System for Spring Safety Valve

WANG Sheng-hua, LU Ze-yong, LU Ping-ping

(Department of Electrical and Electronic Engineering, Chengde Petroleum College, Chengde 067000, Hebei, China)

Based on the problem that the current spring safety valve test is completed with manual operation, and the test result accuracy is not high, a set of integrated test system for spring safety valve is developed in this paper. This test system can perform the real-time measurement of pressure and displacement in a safety test process, discriminate and display the open pressure and open height automatically. The engineering practice shows that the system setting is fast and accurate, and has the value of popularization and application.

spring safety valve; test system; monitoring system

承德市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(彈簧安全閥綜合測(cè)試系統(tǒng)研究)：20157003

2016-05-17

王升花(1979-),女，陜西長(zhǎng)安人，承德石油高等專科學(xué)校電氣與電子工程系講師，碩士，主要從事電氣自動(dòng)化技術(shù)方面的教學(xué)與研究工作。

TP273

A

1008-9446(2016)05-0039-05