离线式高压气体安全阀校验台概论

离线式高压气体安全阀校验台概论北京东方石油化工有限公司2006年10月17日序言随着航天、石油、天然气、煤炭、化工、生物、制药、电力等领域的飞速发展，与之相关的试验、生产装备越来越大型化、复杂化，高温高压低温深冷技术应用更加普及，工艺条件更加苛刻，环境更加恶劣。这就对设备安全保障措施的要求提高到了前所未有的高度，大大促进了智能化仪表、安全联锁报警装置的应用。但是安全阀做为设备及装置安全最后一道防线的地位从来没有动摇过，这在《安全生产法》、《特种设备监察条例》等法律法规中得到了进一步确认和加强。有关安全阀设计、材料、工艺等新工艺新技术层出不穷，这就对安全阀校验技术及装置也提出了更高要求。高压气体压力源、智能测控、信息管理代表了安全阀校验台更新改造和推陈出新的一个主要方向。四个相关标准《压力容器定期检验规则》TSGR7001-2004《安全阀一般要求》GB/T12241-2005《压力释放装置性能试验规范》GB/T12242-2005《弹簧直接载荷式安全阀》GB/T12243-2005关于安全阀校验台的法律法规依据法律法规的现实要求原劳动部《关于在用锅炉压力容器安全阀校验的若干意见》1992年4月，（1995年追加补充规定）第三节对校验周期、项目和要求中提出在用安全阀的校验项目，一般以整定压力和密封性能试验为主。第四节对校验装置、场地要求：校验装置由校验台、气源和管路组成，安全阀的校验介质一般采用空气或氮气，对于工作介质为液体的也可用水进行校验。关于安全阀校验台的法律法规依据国家质量技术监督局《压力容器定期检验规则》TSGR7001-2004附件三＜安全阀校验要求＞除了提出了上述相似要求，同时又提出安装在有毒、有害、易燃易爆的压力容器上的安全阀，不允许进行在线检验。在线校验必须在保证人员和安全生产的前提下进行。GB/T12243-2005《弹簧直接载荷式安全阀》GB/T12242-2005《压力释放装置性能试验规范》GB/T12241-2005《安全阀一般要求》利用水介质进行校验的局限性关于利用水介质试验应用的问题：原理正确，实际应用中存在以下几个问题：1、因前泄的干扰影响整定压力的判断2、密封压力的判断3、防腐蚀问题。对奥氏体不锈钢阀门而言存在氯离子不得超过25ppm的问题。而碳钢则易生锈。泄漏的危害性介质物料的损失大量的蒸汽、化工物料浪费惊人严重的环境污染冲蚀阀瓣阀座给下一周期的调校制造困难甚至引起报废利用水进行安全阀校验的解决方案1、积累经验。同一安全阀利用水和气进行对比试验，积累阀座阀瓣开启的特征的辨析。积累密封压力的判断能力。2、采取水介质的防锈防腐处理。采用纯水、净化处理、加2%重铬酸钾。安全阀在线校验分析安全阀在线校验是利用外加辅助提升装置对在线运行的安全阀阀杆进行微位移提升使阀座阀瓣分离形成介质外泄来模拟安全阀开启，利用阀座阀瓣密封面积和在线介质的压力以及辅助提升装置的提升力来计算整定压力的。安全阀在线校验无论是从理论还是实践上都得到了验证。优点：为解决化工及电力装置的长周期满负荷运行与法律法规的冲突找到了出路。同时减轻了操作人员的劳动强度，节约了检修周期。安全阀在线校验分析局限性：操作人员的安全保障困难。对阀门的制造精度要求高，发生无法控制的泄漏恢复困难。安全阀使用过程中很有可能发生氧化生锈从面使配合面出现问题。国家质量技术监督局《压力容器定期检验规则》附件三上明确规定安全阀校验的项目至少应包括整定压力和密封压力。而在线校验还主要停留在整定压力的校验上，密封压力的测定理论上还存在困难。很多情况下所谓的密封只是在工作压力下不泄漏而已。在GB/12243-2005《弹簧直接载荷式安全阀》5.6.1密封试验安全阀在线校验分析压力见表10中详细规定了密封试验压力。而事实上很多装置的工作压力可能低于这个数值。GB/T12243-20055.6.3.1中密封性要求中提出，对蒸汽用安全阀密封试验时，用目视或听音的方法检查阀的出口端，如未发现泄漏现象，则认为密封性合格。可是在线校验时现场的嘈杂和噪声可能掩盖安全阀密封面的轻微泄漏声，而且安全阀出口还可能连接着管道从而目视和听声更加困难。5.6.3.2中对空气或其他气体用安全阀密封试验时，检查以每分钟泄漏气泡数表示泄漏率，这又如何执行。安全阀在线校验分析在调校粘性介质、存在自聚可能的介质安全阀和软密封安全阀时也存在也难以克服的不足。解决的办法1、修改标准和规范；2、规定应用范围。中小流量高压校验气源问题的提出应用背景：高压气体压力源在安全阀调校专业上的应用需求越来越迫切。石化行业高压聚乙烯、醋酸乙烯-乙烯共聚树脂生产装置中超高压安全阀整定压力均设定为200-275MPa之间、煤加氢液化装置安全阀整定压力设定为20-25MPa、压缩天然气工程安全阀整定压力设定为27-34MPa。CO2中药萃取装置安全中小流量高压校验气源问题的提出阀整定压力设定为15-50MPa。上述装置的安全阀应用介质大多为易燃易爆气体或窒息性气体，如果调校超差或气密不严很可能造成严重事故。而利用高压液体进行安全阀调校存在着难以克服的固有缺陷，因此只能利用高压气体对上述安全阀进行整定压力和密封压力的调校和测试。由于专为安全阀调校购置造价昂贵的高压压缩机显然极不经济也不可行，因此开发小型高压气体压力源装置已成为必然。中小流量高压气源问题的提出利用高压气体压缩机原理设计的气体增压泵是小型高压气体压力源的最佳解决方案。高压气体增压泵的适用性问题：可调试整定压力和密封压力；添置缓冲罐可调回座压力。兼容性强，低、中、高（100MPa)可全部涵盖，一机多用,也可对阀门进行气密试验.高压气体增压泵的基本工作原理增压泵利用中低压气体经一级或二级压缩产生高压超高压气体。增压泵由驱动缸（低压缸）和两端的压缩缸（高压缸）组成。驱动缸的大口径活塞和压缩缸的小口径柱塞通过传动活塞杆相连。压缩缸的进出口各有一个高压单向阀。驱动缸附带换向组件。当通过换向组件向驱动缸内输入低压压缩空气时，压缩柱塞在驱动活塞的牵拉推动下做往复运动。由于驱动活塞和压缩柱塞存在面积差，当低压压缩空气作用在驱动活塞端时，在压缩柱塞端就会输出高压或超高压气体。基本结构上图所示为一段式增压泵基本结构。压缩缸最大输出压力与驱动缸输入压力之比为压力放大系数，即增压比。增压比取决于驱动活塞和压缩柱塞的面积之比，即：压缩缸驱动缸一段式单作用增压泵理论计算K=YQQYAAPP式中：K增压比；YP增压泵输出的压缩高压；QP增压泵输入的驱动低压；QA驱动活塞面积；YA压缩柱塞面积;理论计算效率，取决于摩擦、内泄漏及气体的发热。连续增压时为90%左右，单程增压时最大可为97%。如果不考虑内泄漏和摩擦损失（即=100%），则以下关系式成立K=QYPP=YQYQVVDD22式中QD驱动活塞直径；YD压缩柱塞直径；QV驱动缸容积；YV压缩缸容积；由此可见，输出高压为驱动压力的K倍，高压流量为驱动流量的1/K倍。动作性能通过节流阀可以调节驱动气进气速度和压力进而控制增压泵增压进程，可获得缓慢均匀的供气以满足安全阀校验的需要。通过调节气控滑阀可以任意设定增压压力。当达到设定压力时，增压泵停止工作而保持压力不变。此时压缩柱塞处于静止状态，不再消耗能量，且无热量产生，当压力平衡打破后，增压泵将自动开始工作直至下一个平衡。自动循环换向回路双气控阀控制回路主控阀为双气控二位五通阀,用两个二位三通阀作为主控阀的先导阀.推论在不考虑效率系数的前提下,压缩高压与驱动低压之比即增压比K为驱动活塞面积与增压柱塞面积之比,同时又是驱动活塞直径与压缩柱塞直径的平方之比.在实际工况中要获得适量的高压气体,需要大流量的驱动气供给.以上两点是增压泵的重要理论基础一种气动增压装置的结构进口单向阀出口单向阀增压泵类型按动力来源分为气动增压泵和电-液增压泵按作用形式分为单作用增压泵和双作用增压泵按过程原理分一段式增压泵和两段式增压泵例:气体单作用和双作用增压泵根据作用形式增压泵分为单作用和双作用型。单作用增压泵增压过程完毕后返回过程期间增压作业中断。双作用增压泵中驱动活塞往返动作过程中两侧压缩缸交替压缩增压，可连续实施增压作业。气体双作用增压泵之一段泵高压缸驱动缸高压缸0.3-0.7MPa驱动气源45MPa输出气源一段式增压泵气体增压全过程在一个压缩缸内完成。一段泵内部结构气体双作用之二段泵低压缸一段驱动缸段间缓冲罐二段高压缸0.7MPa-1.0MPa低压气源输入45.0MPa高压气源输出二段式增压泵气体增压过程经过一段预增压后进入二段增压至最终压力。两段式内部结构高压缸中压缸中间导管进出口单向阀驱动活塞滑阀电-液增压泵电-液增压泵是以电动机驱动旋片油压泵,将电力转化为油压,进而驱动活塞压缩中低压气体增至规定高压.电-液增压泵液压原理图氮进气源131211109876543211516141过滤器2叶片泵3单向阀5油压表4溢流阀6下放气阀7节流阀9进气管8双向增压阀10排气管11总气阀装置12电接点压力表15先导换向阀14上放气阀13气压表16电动机M排气缓冲罐电-液增压泵工作原理电-液增压泵电动装置、气路装置、液压装置构成，当压力流体通过换向阀进入增压泵驱动油缸时，推动驱动活塞作左右运动，增压缸内增压柱塞使进入到增压器的气体增压，经单向阀进入缓冲罐。活塞周而复始的左右往复运动，使中压气体增压至所需的工作压力，经电接点压力表动作引发电机停转。电-液增压泵和气动增压泵的比较共同点：结构相似，本质上都是能量转换器。首先电能转换为气或液能，而后气或液能转化为气体压缩能。不同点：结构尺寸不同增压速度不同操控性能不同增压起点不同综合评价：电－液增压泵性价比最优大流量高压气源的解决方案问题的提出制造厂或部份大型校验试验单位对大流量气源的需求十分迫切,面对这一问题前述气动或电动增压泵已非上选，购置大流量的高压气体压缩机并非最佳选择．动辄100-1000kw的配电要求已属不易，更何况还有大机组的后续管理和检修维护，人员的培训，备品配件的供应等问题．液氮高压气化技术是方便安全快捷的解快大流量气体供应问题的最佳解决方案．液氮高压气化技术液氮的性质熔点：-209.95℃沸点：-195.86℃外观：沸点温度下为无色无味液体密度：0.808g/cm31升液氮由-196℃变为常温气态氮时，体积膨胀680～700倍。每千克液氮由-195.78℃的液体气化时吸收潜热200kJ,再由-195.78℃的气体上升到20℃时,又吸收显热252.7kJ.液氮高压气化技术液氮汽化装置由低温液氮贮槽、往复式低温液体泵、高压气化器、常温高压储罐组成。常规方法是将贮存在低温液体贮槽中的液氮经往复式低温液体泵升至规定压力通入汽化器，等压汽化后气体就可直接输入常温高压储罐。如果用户要求气体压力较高，则可先通过低温泵将液氮增压到所需要的压力，然后在高压汽化器内汽化（汽化器有空浴式和水浴式两种）。由于整个过程没有外来污染源，所以氮气品质有保证，气体的纯度不会受到影响。近年来，我国新开发了一种内压缩流程空分设备，根据用户需要，可在冷箱内将液体产品用低温泵增压到所需压力，在主换热器内复热汽化至常温气体，由于低温泵和主热交换器均设置在冷箱内，用户就可直接得到所要压力的气体，而不必再增加其它设备了。液氮高压气化技术特点：１、成本低２、气量大大增加，如配缓冲罐可做安全阀全性能试验３、装置可大可小，可无电操作。4、高压和超高压更容易获得。（上至200MPa）安全阀校验台测控技术随着PLC及组态控制技术的成熟应用，安全阀校验装置智能化趋势明显。其基本功能应包括：手动控制与自动控制相互独立，可单独使用，也可自由切换。可自动控制功能阀门的操作，实现阀门定位、装卡、增压、回位功能。在自动状态下可完成现场数据采集、实时和历史曲线记录、过程重现、报警控制、动画显示、报告出具、报表打印等功能。自动剔除前泄、密封不严等干扰，准确判断安全阀整定压力和密