安全閥密封性能數字化測試系統設計

朱海清，陳定光，周燕，錢瑛，張詩勇

（1.江南大學，江蘇 無錫 214122；2.廣東省特種設備檢測研究院佛山檢測院，廣東 佛山 528010；3.廣東省特種設備檢測研究院東莞檢測院，廣東 東莞 523112）

承壓類設備在工作壓力下運行時，安全閥應具備良好的密封性能，防止工作介質發生泄漏。因此，安全閥校驗時必須對其密封性能進行測試，以保證其在正常工況下密封的可靠性。對于全封閉式安全閥，由于泄漏的介質全部通過出口向外排出，安全閥校驗時可以通過測定出口處的介質泄漏量來判定其密封性能是否合格。國內、外相關標準中安全閥的密封性能試驗裝置與方法均相似，即使安全閥的進口壓力保持在密封試驗壓力值，再把排氣口排出的氣體介質（氮氣或壓縮空氣）通過導管通入水中，對排氣所產生的氣泡數進行計數，每分鐘所產生的氣泡數不超出規定的數目即為合格。以氣泡數為判定標準的安全閥密封性能測試方法（簡稱“氣泡法”），不僅裝置簡單，且由于把泄漏率（cm3/min）指標轉換成了氣泡數（個/min），從而大大簡化了測試方法。但“氣泡法”也存在明顯的不足。首先，測試數據不能實現自動記錄，且由于人工計數氣泡數（1 分鐘）的出錯概率較高，可靠性易受到質疑。其次，“氣泡法”的測試精度是建立在以下假設基礎之上的，即泄漏量在0 ～29.9cm3/min 變化的情況下，單個氣泡的體積為0.30cm3。但由于單個氣泡的大小與水溫、氣壓、氣體流速等因素關系密切，用氣泡數來代替泄漏量存在較大的誤差。因此，如何進一步提高安全閥密封試驗的測試精度與可靠性、使安全閥泄漏率測試與記錄實現自動化是一個需要解決的現實課題。

1 安全閥密封試驗數字化測試系統

安全閥密封試驗數字化測試系統（以下簡稱：系統）采用流量傳感器直接測定密封試驗壓力條件下全封閉安全閥排氣口泄漏出的介質瞬時流量與每分鐘累計流量，依據國標規定做出密封性能是否合格的判定，并能將數據自動記錄到后臺數據庫中。

1.1 系統硬件

系統的硬件構成見圖1 所示，泄漏出的介質（氣體）由導管導入流量傳感器中，流量傳感器把氣體流量轉換成4～20mA 的電流信號輸出；數據處理器在PC 的控制下采集流量傳感器輸出的電流信號并進行放大和處理，并將其上傳到PC，由PC 上的測控軟件將其轉換成數字化的測試數據顯示并自動記錄下來。同時，系統在流量傳感器后面配備了滿足規程要求氣泡計數筒，使測得的泄露率與氣泡數可以相互印證，增強系統測試的可靠性。

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

（2）數據處理器。數據處理器作用是在PC 控制下，由A/D 轉換與單片機完成對流量傳感器輸出的電流信號的采集與處理。其中，A/D 轉化芯片采用了PCF8591，單片機采用Atmel 公司的AT89S52，RS-232 串口通訊。圖2 所示為數據采集處理原理圖。

圖2 系統數據采集原理圖

1.2 測控軟件

安全閥校驗需要同時完成整定壓力調校與密封性能試驗，因此，我們把密封性能試驗的測控軟件作為一個模塊與整定壓力測定整合在了一起。同時，為了進行信息與數據的實時傳輸，測控軟件與管理軟件通過服務器上的SQL Server數據庫進行交互——讀取管理軟件派發的待校驗任務、測試完成后再將測試數據與結論返寫回數據庫中。為了最大限度簡化操作、改善人機界面，系統采用了Visual Basic 6.0 作為開發工具，使操作人員可通過點擊觸摸屏來完成操作，測控軟件的操作界面見圖3 所示。

圖3 密封試驗測試界面

該軟件模塊設計有瞬時流量（泄漏率）測定、1 分鐘累計流量（泄漏量）測定、1 分鐘自動倒計時、連續進行3 次測試等功能。同時，它還能將泄漏率自動折算為氣泡數，并把國標規定的泄漏率合格標準顯示在屏幕上。其中，氣泡數是按照單個氣泡的體積換算出來的，考慮到單個氣泡的體積會隨壓力、水溫等參數發生變化，系統后臺可對單個氣泡的體積進行設定，以使泄漏量與氣泡個數完全對應。

點擊“密封性能測試”選項卡后進入測試頁面后，系統將自動從數據庫中獲取到待校驗任務并將其顯示在右面的列表欄中，操作人員可任意選取某個待校驗任務進行測試。進行密封試驗時，先將壓力升至“密封試驗壓力”，再啟動“流量測定”，流量傳感器測得的瞬時流量（泄漏率）將顯示在“實時流量”欄中。啟動“一分鐘倒計時”，系統開始自動計算累積泄漏量，至1 分鐘倒計時結束，該安全閥的泄漏量（cm3/min）及折算的氣泡數將被記錄在測試結果欄中。將測試數據與下方顯示的合格標準盡心比對，合格則繼續重復進行三次測試，否則將判定密封性能不合格。測試結束后，點擊“結束本次任務”，測試數據與結論將通過網絡寫入數據庫中。每個校驗任務的“流水號”是唯一的，測試結束后，測試數據與結論將自動寫入該“流水號”對應的數據表格中，并可隨時調用和查閱。

2 結語

安全閥密封試驗數字化測試系統融合了現代傳感與信息化技術，與傳統的“氣泡法”相比不僅提高了測試精度，且使工作效率也得到了同步提高。在多家安全閥校驗機構的試用情況表明，該系統不僅性能穩定可靠，其良好的人機界面也得到了操作人員的好評。由于使測試實現了全數字化與自動化，對安全閥密封性能的判定也更加客觀和更具說服力。建議能盡快為密封性能數字化測試方法建立起技術標準，推動我國安全閥校驗行業盡快普及數字化測試技術，使行業的整體技術水平邁上一個新臺階。