基于逆向檢測方式的儲罐呼吸閥在線檢測裝置研發(fā)應(yīng)用

摘 要 儲罐呼吸閥在線檢測在實(shí)際應(yīng)用中較難實(shí)現(xiàn)，主要是由于絕大部分儲罐與呼吸閥之間未設(shè)置隔斷閥和測試端口，導(dǎo)致無法有效隔斷和開展檢測。針對以上情況，基于呼吸閥的結(jié)構(gòu)原理分析總結(jié)了逆向在線檢測的可行性，并自主設(shè)計(jì)組裝了一套基于逆向檢測方式的儲罐呼吸閥在線檢測裝置，探討了逆向檢測方式無需拆卸呼吸閥即可檢測相關(guān)參數(shù)的可能性，并通過與離線檢測結(jié)果進(jìn)行對比，證明了其可行性和準(zhǔn)確性。該裝置的成功研發(fā)有效減少了呼吸閥拆卸檢測造成的經(jīng)濟(jì)損耗，降低了時間和人力成本，提高了檢測效率。

關(guān)鍵詞 呼吸閥 逆向檢測 在線檢測 裝置

中圖分類號 TP274"" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B"" 文章編號 10003932（2024）05094005

呼吸閥是一種安裝在儲罐頂部的安全泄放裝置，也是保證儲罐空間在一定壓力范圍內(nèi)與大氣隔絕、又能在超過或低于此壓力范圍時與大氣相通（呼吸）的一種閥門，其作用是維持儲罐氣壓平衡，防止儲罐因超壓或真空導(dǎo)致破壞，同時減少罐內(nèi)介質(zhì)損耗。呼吸閥在日常使用過程中，容易發(fā)生氣體泄漏、部件卡死或粘結(jié)、梗塞等故障而無法正常工作，從而導(dǎo)致物料揮發(fā)、儲罐脹破及吸癟等事故，造成儲罐損毀或報廢［1，2］。因此，需定期對儲罐呼吸閥進(jìn)行性能檢測以保證其正常工作。現(xiàn)有的檢測裝置雖然可以實(shí)現(xiàn)對呼吸閥開啟呼出壓力、開啟吸入壓力及泄漏量等性能參數(shù)的檢測，但卻要求呼吸閥拆卸進(jìn)行線下檢測，這種線下檢測方式不僅造成了人力、物力和財(cái)力的浪費(fèi)，而且在檢測過程中也會影響儲罐的正常工作。同時在呼吸閥拆卸回裝的過程中，往往因?yàn)楣ぷ魅藛T的操作不當(dāng)、磕碰等原因，可能會對正常呼吸閥造成破壞，影響正常呼吸閥的工作性能［3］。

目前，國內(nèi)已有學(xué)者針對呼吸閥的在線檢測系統(tǒng)開展了研究。許行等提出逆向施壓的油罐呼吸閥在線檢測理論，建立了呼吸閥壓力變化與泄漏量之間的關(guān)系［1］。劉士偉等分析了呼吸閥的工作原理，確定了容積和壓力的變化關(guān)系［3］。馬松華等研究并組裝了一套石油儲罐呼吸閥檢測系統(tǒng)裝置，可實(shí)現(xiàn)呼吸閥高精度和高準(zhǔn)確性的離線檢測［4］。張漢周和董愛鴻經(jīng)過研究提出了壓差法和力差法在線校驗(yàn)方案，并設(shè)計(jì)組裝了基于力值法的緊急泄放閥在線檢測裝置［5］。陳學(xué)輝等提出了一種正向先導(dǎo)式單呼閥的在線檢測方法，通過與離線檢測進(jìn)行比對，證明了先導(dǎo)式單呼閥在線檢測方法的可行性［6］。分析上述方法不難發(fā)現(xiàn)，目前對于呼吸閥在線檢測系統(tǒng)的研究大部分還停留在理論計(jì)算和設(shè)計(jì)階段，主要采用理論化的方式來推演，并未實(shí)際加工組裝實(shí)物來驗(yàn)證呼吸閥的具體性能參數(shù)，檢測系統(tǒng)的可行性、檢測精度、檢測準(zhǔn)確性也就無從考究。

鑒于這些情況，筆者針對傳統(tǒng)儲罐呼吸閥檢測中存在的技術(shù)問題自主設(shè)計(jì)組裝了一套儲罐呼吸閥免拆除在線檢測裝置。通過改變傳統(tǒng)儲罐呼吸閥日常檢測的方式，逆向檢測實(shí)現(xiàn)呼吸閥免拆可現(xiàn)場檢測的功能，可以實(shí)時得出測量結(jié)果，根據(jù)測量數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)儲罐正負(fù)壓力工作范圍，從而達(dá)到穩(wěn)定儲罐呼吸系統(tǒng)的目的，解決以往儲罐呼吸閥檢測困難的難題，提高檢測效率，減少企業(yè)的支出成本，保障設(shè)備安全。

1 逆向在線檢測可行性分析

目前，儲罐呼吸閥大多采用重力式或彈簧式結(jié)構(gòu)來控制開啟壓力，其原理是利用正負(fù)壓閥盤重量或彈簧限位來控制儲罐的正排氣壓力和負(fù)吸氣壓力［7］。當(dāng)儲罐內(nèi)的介質(zhì)壓力處于呼吸閥的工作壓力范圍內(nèi)時，呼吸閥保持關(guān)閉，以確保儲罐的氣封性；當(dāng)向儲罐內(nèi)補(bǔ)充介質(zhì)時，使得儲罐上部氣相空間的壓力升高，達(dá)到呼吸閥的操作正壓值時，呼出閥盤會被打開，將氣體從呼吸閥的出口排出，從而防止儲罐內(nèi)壓力繼續(xù)增大。當(dāng)從儲罐內(nèi)抽出介質(zhì)，導(dǎo)致儲罐上部氣相空間的壓力降低，達(dá)到呼吸閥的操作負(fù)壓值時，儲罐外的大氣會打開呼吸閥的負(fù)壓閥盤，使外部氣體進(jìn)入儲罐，以平衡儲罐內(nèi)外的氣壓，從而保護(hù)儲罐的安全性［8］。

由此可知，儲罐氣相空間的壓力平衡主要取決于呼吸閥閥盤的重力，閥盤的啟閉只與力的大小和方向有關(guān)，而與力的作用面無關(guān)，即吸開閥盤與頂開閥盤的作用效果是一樣的［2］。因此，可將呼吸閥體封閉反向施壓，施加正壓力將壓力閥盤頂開等效于向封閉內(nèi)腔施加負(fù)壓力將真空閥盤吸開。由此可利用逆向在線檢測的方式檢測呼吸閥的開啟呼出壓力、開啟吸入壓力及泄漏量等性能參數(shù)。

2 標(biāo)準(zhǔn)要求

在規(guī)定的溫度下，全天候型呼吸閥開啟壓力不大于SY/T 0511.1—2010標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定值，其允許偏差為：正壓-20～0 Pa，負(fù)壓0～20 Pa［8］。呼吸閥泄漏量的標(biāo)定以0.75倍開啟壓力為測試壓力，以全天候型呼吸閥為例，泄漏量允許值應(yīng)符合表1要求。

3 檢測裝置結(jié)構(gòu)與操作方法

3.1 裝置方案設(shè)計(jì)

根據(jù)基本原理設(shè)計(jì)的基于逆向檢測方式的呼吸閥在線檢測系統(tǒng)裝置由減壓閥、壓力表、精密調(diào)壓閥、緩沖穩(wěn)壓罐、負(fù)壓發(fā)生器、平衡針閥、供電模塊、信息采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊及HMI觸控顯示模塊等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

整套在線檢測系統(tǒng)裝置中，減壓閥主要對供氣源進(jìn)行減壓處理再進(jìn)入系統(tǒng)；精密調(diào)壓閥用于調(diào)節(jié)供氣源壓力；負(fù)壓發(fā)生器主要是利用供氣源驅(qū)動使穩(wěn)壓罐產(chǎn)生真空狀態(tài)；穩(wěn)壓罐用于穩(wěn)流，為呼吸閥開啟提供正負(fù)壓力監(jiān)測環(huán)境。

供電模塊是一種利用可充放式防爆電池包進(jìn)行組裝轉(zhuǎn)變?yōu)檠b置設(shè)備所需直流電的裝置，為各個用電部件供電，主要技術(shù)指標(biāo)為：輸入110～240 V（AC）、0.55 A，輸出24 V（DC）、5.5 A，外形尺寸不大于110 mm×90 mm×40 mm。

信號采集模塊主要是采集正負(fù)壓傳感器監(jiān)測到的穩(wěn)壓罐的壓力值，并將數(shù)據(jù)通過USB數(shù)據(jù)線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊中，快速建立通信連接。

數(shù)據(jù)處理模塊由組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)處理庫及計(jì)算機(jī)等組成，主要功能是將信號采集模塊傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。自動分析、捕捉曲線峰值壓力并判定呼吸閥啟閉點(diǎn)，自動生成檢測數(shù)據(jù)報表以備查詢和導(dǎo)出歷史數(shù)據(jù)。信號采集模塊與計(jì)算機(jī)采用Modbus協(xié)議進(jìn)行通信。

HMI觸控顯示模塊主要是實(shí)時且準(zhǔn)確地顯示吸入壓力值和呼出壓力值，觸控手動錄入呼吸閥信息和罐內(nèi)基礎(chǔ)壓力值，并借助數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)構(gòu)建實(shí)時檢測曲線、逆時鐘圖、歷史曲線，標(biāo)記呼吸閥啟閉點(diǎn)。該模塊還可接入RS232 Modbus、RS485或RS422的通信接口，具備抗干擾能力。外形尺寸不大于125 mm×200 mm×10 mm。

儲罐存儲易燃易爆、有毒有害介質(zhì)的情況居多，負(fù)壓發(fā)生器供氣源應(yīng)以氮?dú)饣虿慌c儲罐內(nèi)介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的氣體為宜。

相較于呼吸閥離線檢測方式，筆者所設(shè)計(jì)的檢測系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：

a. 檢測系統(tǒng)基于逆向的檢測方式可實(shí)現(xiàn)在用大部分呼吸閥無需拆卸即可檢測相關(guān)參數(shù)，操作簡便，具有更廣泛的適用性。

b. 增設(shè)穩(wěn)壓罐作為穩(wěn)流和壓力監(jiān)測的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，可以利用穩(wěn)壓罐為呼吸閥開啟壓力提供穩(wěn)定的輸送壓力，用于提供給壓力傳感器監(jiān)測呼吸閥開啟壓力的穩(wěn)流環(huán)境。

c. 采用正負(fù)壓多級量程傳感器的冗余設(shè)計(jì)，使檢測范圍廣，整體誤差小，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)間互補(bǔ)，判定檢測結(jié)果是否準(zhǔn)確，并借助離線檢測進(jìn)行橫向?qū)Ρ群头治觯卸ǘ鄠€檢測數(shù)據(jù)的差值是否在允許范圍內(nèi)，使檢測結(jié)果更加精準(zhǔn)。

根據(jù)SY/T 0511.1—2010《石油儲罐附件" 第1部分：呼吸閥》的規(guī)定：呼吸閥的允許泄漏量的標(biāo)定以0.75倍開啟壓力作為試驗(yàn)壓力［9］。

泄漏量按體積計(jì)算，經(jīng)過一段時間后可計(jì)算得到泄漏量ΔV［1］：

4 檢測裝置檢測試驗(yàn)比對

分別采用筆者研發(fā)的呼吸閥在線檢測裝置（圖2）和呼吸閥離線檢測裝置（圖3）對DN 50、開啟壓力為（-295 Pa，1 500 Pa）的全天候型阻火呼吸閥（圖4）進(jìn)行檢測，檢測其性能參數(shù)，數(shù)據(jù)對比見表2。

由表2中所列數(shù)據(jù)可知，所檢呼吸閥正負(fù)開啟壓力值、泄漏量均符合SY/T 0511.1—2010《石油儲罐附件 第1部分：呼吸閥》標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，可正常使用。通過在線檢測與離線檢測數(shù)據(jù)的對比，可知兩者檢測結(jié)果相差不大，正壓開啟壓力誤差在1%以內(nèi)，負(fù)壓開啟壓力誤差在3%以內(nèi)，泄漏量誤差在6%以內(nèi)，均在可接受范圍，表明筆者設(shè)計(jì)的基于逆向檢測方式的在線檢測裝置能夠滿足免拆在線檢測呼吸閥相關(guān)性能參數(shù)要求。

5 結(jié)束語

呼吸閥的準(zhǔn)確開啟、足量排放、可靠密封是儲罐安全運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)的關(guān)鍵所在。通過專用工裝采用逆向施壓實(shí)現(xiàn)在用呼吸閥免拆在線檢測，裝置體積小、易搬運(yùn)、兼容性好，可與全天候型呼吸閥通過設(shè)計(jì)的專用工裝連接，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證對比，得出以下結(jié)論：

a. 設(shè)計(jì)的基于逆向檢測方式的儲罐呼吸閥在線檢測裝置在正負(fù)開啟壓力、泄漏量參數(shù)上，精度高，誤差范圍在正常范圍內(nèi)，適用性廣。

b. 采用多級量程傳感器的冗余設(shè)計(jì)，檢測范圍廣，整體誤差小，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)間互補(bǔ)，判定檢測結(jié)果是否準(zhǔn)確，并進(jìn)行橫向?qū)Ρ群头治觯卸ǘ鄠€檢測數(shù)據(jù)的差值是否在允許范圍內(nèi)，最終使檢測結(jié)果更加精準(zhǔn)。

c. 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該在線檢測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，可滿足呼吸閥的線上檢測和維護(hù)需要，也為檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)和企業(yè)提供了一種可行的檢測手段。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］ 許行，張贊牢，秦玉芳.基于逆向施壓的油罐呼吸閥在線檢測方法［J］.后勤工程學(xué)院學(xué)報，2008（3）：28-30；50.

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［3］ 劉士偉，楊云高，杜威，等.油罐呼吸閥在線檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究［J］.當(dāng)代化工研究，2018（1）：46-47.

［4］ 馬松華，王杰，邱福壽，等.石油儲罐呼吸閥檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究［J］.石油和化工設(shè)備，2023，26（7）：102-108.

［5］ 張漢周，董愛鴻.呼吸閥在線校驗(yàn)技術(shù)和裝置研究［J］.液壓氣動與密封，2023，43（11）：51-55.

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［8］ 葉琳.常壓甲醇儲罐的壓力保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2013，34（2）：48-52.

［9］ 國家能源局.石油儲罐附件 第1部分：呼吸閥：SY/T 0511.1—2010［S］.北京：石油工業(yè)出版社，2011.

（收稿日期：2024-01-09，修回日期：2024-08-11）