基于计算机数据采集的低温阀门性能测试装置.pdf

文章编号 1002258552010 0120016204 作者简介张晓忠1976 - ,男,浙江永嘉人,工程师,主要从事工业用阀门的技术研发和标准化工作。 基于计算机数据采集的低温阀门性能测试装置 张晓忠 1,陈佑军1,金 滔2 11保一集团有限公司,浙江 温州325105;21浙江大学,浙江 杭州310027 摘要 介绍一种基于计算机数据采集的低温阀门性能测试装置,该装置具有对试验数据集中 储存、 显示和打印功能,并可实现对液氮罐自增压系统的自动控制,可提高试验的工作效率、 操作及 时性、 准确性和安全性。指出将计算机技术和光电技术等应用于试验装置上是今后的发展方向。 关键词 计算机;数据采集;低温阀门;测试装置 中图分类号TH134 文献标识码A Cryogen ic valve perance test device with the data collected by computer ZHANG X iao2zhong 1 , CHEN You2jun 1 , JIN Tao 2 11Baoyi Group Co1L td,W enzhou325105, China;21Zhejiang University, Hangzhou310027, China AbstractThe thesis introduces one kind of cryogenic valve per ance test device w ith the data col2 lected by computerw hich has a concentration of test data storage, display and print functions as w ell as to realize autom atic control of the liquid nitrogen tank self-pressurization system. It can improve test efficiency, operation ti m eliness, accuracy and security. A nd it is the developm ent direction henceforth to apply computer technology, photoelectric technology to test device. Key wordscomputer; data collection; cryogenic valve; test device 1 概述 随着低温技术的发展,低温流体得到越来越广 泛的应用,例如液氮被广泛地应用于工业生产、 科研 领域、 医疗卫生等,液氮和液氧作为火箭推进剂在国 防领域表现出显著优点。另外,近几年来,随着能源 紧缺,液化天然气也成为主要能源之一。在使用低 温液体的各个环节,低温阀门是不可或缺的管路附 件。然而,由于该类阀门多工作在- 100℃ 以下的超 低温温区,因此对其结构设计、 材料选择、 制造过程 及检验试验等均提出了专门的要求。尤其是在低温 阀门产品检验中,除应满足常温下相同于通用阀门 的各种性能检验要求外,还要进行低温条件下的性 能测试检验。低温试验的主要任务是检测阀门在低 温中的气密性和启闭性能等。因此测试装置十分重 要,装置性能的先进性决定了测试结果的准确性和 可靠性。为此研发了一种新型低温阀门综合性测试 装置,功能包含低温试验和深冷处理两个方面,其中 温度信号、 压力信号以及阀门泄漏量等通过利用计 算机数据采集系统实现自动化测量。该装置具有对 试验数据集中储存、 显示和打印功能。本文着重论 述该装置在阀门阀座密封性方面低温试验的内容。 2 低温试验装置现状 国内外涉及低温阀门的生产厂商和科研机构对 低温阀门的低温性能测试十分重视,积极地开展了 这方面的研发工作。由于采用的制冷与低温方式不 同,在试验装置的布置上存在较大的差异。现经常 采用的有浸渍法和保冷法两种方式。浸渍法即外 部冷却法是将阀门直接放到装有液氮的保冷箱中 冷却,当阀门温度骤冷至工作温度后再用氦气进行 密封性能试验。保冷法即内部冷却法是将阀门 安装在保冷箱中,通入低温介质进入阀门内部降温, 当温度降到规定值时,将低温介质放掉,然后通入规 定压力的氦气进行试验。另外还有喷淋法,是将阀 门安装在保冷箱中,使用喷淋头向保冷箱中喷入液 氮,当保冷箱中温度达到试验温度时,停止喷液氮, 然后按规定压力通入氮气进行试验。但喷淋法不适 用超低温阀门。国内外常用的低温试验装置有如下 几种。 61 阀 门 2010年第1期 211 日本阀门行业用低温阀门试验装置 日本阀门行业用低温阀门试验装置图 1 使用 了浸渍法和保冷法两种方式。浸渍法低温试验装置 适用于闸阀、 截止阀和止回阀。保冷法低温试验装 置适用于各类阀门。低温阀阀座密封试验压力及持 续时间见表1,低温试验允许泄漏率见表2,泄漏量 检测方法在图中显示为水槽中测量容器。 212 欧美阀门行业用低温阀门试验装置 欧美阀门行业多采用英国制定的阀门标准BS 6364 1984 R1998低温阀门 ,适用于闸阀、 截止 阀、 止回阀、 球阀和蝶阀,温度范围- 196～- 50℃, 其低温试验方法属于浸渍法图 2 。低温试验压力 为被测阀门的额定密封试验压力。低温试验容许泄 漏率见表3。泄漏量的检测方法在图中显示为酒精 计泡器和流量计。 a浸渍法低温试验装置止回阀进出口的配管相反 b保冷法低温试验装置 A 、B点的温度差要在20℃ 以内 图1 日本阀门行业用低温试验装置 表1 日本低温阀阀座密封试验压力及持续时间 压力 磅级 试验压力氦气 M Pa 最短持续时间 m in 150 300 600 900 1105 表2 日本低温阀试验的允许泄漏率 阀门类型 允许泄漏率 mL /m in 闸阀、 截止阀≤012DN 止回阀≤2DN 表3 欧美低温阀试验的允许泄漏率 阀门类型 允许泄漏率 mm3/s 闸阀、 截止阀等≤100DN 止回阀≤200DN 213 国内阀门行业用低温阀门试验装置 我国阀门行业在1995年制定发布了JB /T 7749 - 1995低温阀门技术条件 ,适用于闸阀、 截止阀、止回阀、球阀和蝶阀。温度范围- 196～ - 40℃,其低温试验标准装置与BS6364的装置 图3基本相同,属于浸渍法。低温试验压力为 被测阀门的公称压力。低温试验容许泄漏率和试验 持续时间见表4。泄漏量的检测方法与BS6364相 同。 表4 我国低温阀试验泄漏率 试验项目闸阀、 截止阀等止回阀 试验压力,M PaPN 试验持续时间, s300 最大允许金属密封011DN 泄漏率mL /s非金属密封无可见泄漏012DN 214 欧美石油公司用低温阀门试验装置 近年来欧美石油大公司提出的低温阀门典型试 验装置布置图3也属浸渍法。该布置完全符合 BS6364的规定,但增加了温度记录系统。温度范 围为- 196～- 30℃,低温试验的允许泄漏率见表 5。泄漏量的测量方法采用水槽中测量容器、膜式 712010年第1期 阀 门 气体流量计或连接于带屏幕显示的计算机系统等。 其测量技术已将计算机技术等新技术作为发展方 向。 图2 低温型式试验标准装置 表5 石油公司用低温试验阀座密封允许泄漏率mm3/s 阀门类型软密封 金属密封/ 非金属密封 金属密封 闸阀、 截止阀等33DN67DN100DN 止回阀67DN-460DN 图3 欧美石油公司用低温阀门试验装置 综合分析国内外各种低温试验装置,都有各自 的特点。由于液氮浸渍法具有操作简便,冷却速度 快等优点,并且早在1984年已列入BS6364 1984 R 1998标准,所以应用十分广泛。中国阀 门行业JB /T7749 - 1995标准及其最新国标报批稿 中均非等效采纳BS6364的低温试验装置等内容。 因此新研制的 “ 基于计算机数据采集的低温阀门 性能测试装置 ”也执行BS6364标准的要求,在采 用液氮浸渍法的基础上,采用了计算机技术和光电 技术等新技术,极大地提高了自动化程度和测量精 确度。 3 计算机数据采集低温阀性能测试装置 计算机数据采集低温阀性能测试装置的研制重 点是试验系统流程、测控台架和测试方法。 311 试验系统流程 测试总体系统图4是由低温试验槽、试验 用阀、冷却蛇管、自增压液氮罐、真空泵、气泡法 流量测试系统、流量计流量测试系统、压力信号处 理器、计算机、温度信号处理器、氦气瓶和热电偶 等组成。其中试验槽具有双重功能。在进行阀门部 件的深冷处理时,作为材料的处理槽使用,而在进 行整体阀门的低温试验时,其功能是低温试验槽。 为了满足不同规格低温阀门的试验需要,建造了不 同容量的试验槽。 系统中包含两套管路系统,即氦气管路和液氮 管路。氦气管路系统,用于低温试验时气体介质的 充放,因为在进行阀门低温试验时,在试验用阀系 统内需要充入气体介质,通常采用常压下沸点为 - 269℃ 的氦气作为检漏气体介质。液氮管路流程 用于向测试装置加注低温液体冷却剂 液氮 图5。 312 测控台架 81 阀 门 2010年第1期 测试系统的台架总体由仪表面板、阀门面板、 仪器架和气泡检漏系统等组成图6。仪表面板 上包含电源开关/指示器、指针式精密压力表、数 字式压力表、温度数显仪和试验时间计时器等。 图6 测试台架总体结构 313 测试方法 1温度 试验温度测量涉及室温至液氮温度区范围,采 用热电偶温度计测量,温度电信号通过数字多用表 测量、采集并输入测控计算机,在计算机界面上显 示,并由计算机自动完成记录和保存。与此同时, 计算机将温度测量值输送到仪表面板上的温度显示 仪进行现场显示。 2压力 试验压力测量范围为0～10M Pa。采用指针式 精密压力表和数字式压力表在仪表面板上对系统压 力进行现场显示,同时,采用压力变送器测量系统 压力,并转换为电压信号,经数字多用表测量、采 集并输入测控计算机,在计算机界面上显示,并由 计算机自动完成记录和保存。 3液位 为了确保液氮液面高度满足阀门测试的要求, 采用差压式压力变送器测量液位高度。测量电信号 通过数字多用表测量、采集并输入到计算机进行显 示,并提醒加注液氮和停止液氮加注操作。 4流量 根据阀门密封形式的不同,阀门的允许泄漏量 是不同的。软密封结构的阀门,其泄漏量应该为 零。而对于硬密封的阀门,本身是允许有一定泄漏 量的。基于上述情况,配备两种测量流量的装置, 其一是小流量的流量计,用来测量允许具有一定泄 漏量的硬密封阀门或者软密封阀门在相对不正常工 作状态下时的泄漏情况。 对于微小泄漏量,由于一般的流量计已经无法 检测到,需通过观察并计数开口端在水中泄漏气泡 数的形式进行测量。利用计算机数据采集系统记录 电脉冲的数目,实现自动计数。 4 结语 基于计算机数据采集系统的低温阀门性能测试 装置,可以把热电偶、压力传感器、液位传感器和 流量计的各路信号,经前置处理后输入到计算机 中,通过数据采集软件进行数据显示、存储和打 印,还可根据相关参数的设置来控制液氮罐的自增 压系统对低温试验槽进行加注液氮。该测试系统采 用集中式数据监控,既实现了通过计算机发出指令 进行自动操作,提高工作效率、操作的及时性、准 确性及安全性,又便于数据的统一保存和管理。 参考文献 〔1〕 陆培文.实用阀门设计手册 〔M〕.北京机械工业出版 社,2006. 〔2〕 JB /T7749 - 1995,低温阀门技术条件 〔S〕. 〔3〕 BS6364 - 1984 R 1998 , 低温阀门 〔S〕. 〔4〕 SHELL M ESC SPE77/3062002,低温阀门产品试验 〔S〕. 收稿日期2009109129 上接第13页 氟塑料与基体的结合强度,是衡量衬里质量好 坏的标准之一。 氟塑料衬里层应与基体贴合,法兰 面的衬里层应衬满密封面,并且有扣紧基体的设计 结构,如喷砂毛化,机加工燕尾槽,防止脱壳。氟 塑料衬里层在负压0108M Pa条件下不应出现凸起。 3 结语 氟塑料衬里蝶阀解决了普通阀门不耐腐蚀的问 题,不仅节约了大量的稀有金属,合理的利用了资 源,降低了生产成本,而且还节能、环保。满足了 石油化工工业对特殊阀门的需求,经济效益和社会 效益特别显著。氟塑料衬里蝶阀是对常规蝶阀产品 的创新,是耐腐蚀性非常优异的产品。 参考文献 〔1〕 陆培文.阀门设计手册 〔M〕.北京机械工业出版社, 2007. 〔2〕 胡远银 1衬氟塑料阀门设计若干问题的探讨 〔J〕.阀门, 20071 . 收稿日期2009107101 912010年第1期 阀 门