安全阀在线校验系统的开发

李冰凌

（胜利油田胜利采油工艺研究院经营管理部)

安全阀在线校验系统的开发

李冰凌*

（胜利油田胜利采油工艺研究院经营管理部)

针对当前安全阀离线校验技术在实际应用中的不足之处，开发了安全阀在线校验系统以作为离线校验的一种有效补充，并对现有安全阀进行了改造。该系统在解决安全阀泄漏问题的同时，还具备携带方便、检测结果准确可靠、记录完整、校验过程不影响装置的正常运行等特点。

压力容器安全阀爆破片在线校验

0 前言

锅炉、压力容器与压力管道是具有爆炸危险的特种承压设备，经常承受着高温、高压和易燃、易爆、有毒或腐蚀介质的作用，一旦发生爆炸或泄漏，往往并发火灾、二次爆炸以及中毒等灾难性事故，造成人员伤亡和环境污染，给人民的生命财产和社会经济带来损失和危害。一些压力容器和管道在使用过程中由于种种原因会发生超压现象，过度的超压必然引起承压设备的破坏。为了防止由于过量超压而发生事故，很重要的预防措施是装设安全泄压装置。安全阀是安全泄压装置的一种主要形式，它对于防止承压设备超压运行、确保安全生产起着重要作用。

安全阀在运行过程中，在操作压力、温度以及介质侵蚀等物理和化学因素的作用下，其性能，特别是整定压力(也称开启压力)和密封性能，会发生改变，导致安全阀不能按规定压力开启或发生严重泄漏，从而威胁安全生产。为此，我国劳动部颁发的《压力容器安全技术监察规程》规定：“安全阀一般每年至少校验一次”[1]。目前对安全阀进行校验的做法是，将安全阀从被保护装置上拆下后，送到专用校验台上进行校验。这种做法存在以下缺点：

（1）在进行安全阀校验期间，被保护装置就处于无保护状态或停车。而石化装置的大修周期在逐渐延长，一般为两年左右。安全阀的检验周期与大修周期的不一致，造成了石化装置的安全运行与经济运行间的矛盾。

（2）由于安装及使用条件的限制，特别是安装在塔器顶部安全阀的拆卸、安装及运输较为困难，校验成本高。

（3）在校验台上已校验合格的安全阀，由于安装、运输等方面的原因，其整定压力及密封性能可能发生变化，从而影响设备的安全和经济运行。

（4）目前的检测过程主要是检测人员眼看、耳听、手记，检测结果误差较大、依据不充分，结果的可靠性也完全取决于检测人员的责任心。

总之，完全依赖现有装置在固定校验台上对安全阀进行调试已不能满足现代生产的要求。因此充分利用计算机控制技术，对原有安全阀进行改造，开发一种实用的安全阀在线检测系统非常必要。

1 安全阀在线校验系统设计总体方案

利用便携式氮气瓶作为压力源，压力传感器为一次测量元件，将检测到的压力信号进行模拟处理转换成电信号，然后通过数据采集模块将输入的模拟信号转换成数字信号，最后通过数据传输模块传送到计算机，由笔记本电脑实现数据的采集、记录与处理。同时对现有安全泄放装置进行改造，将爆破片和安全阀串联使用，组成优势互补、性能优良的隔离式安全阀。控制软件采用中文工控组态软件MCGS开发。

2 系统组成

2.1 主机

采用计算机实现数据的采集、记录与处理。为记录安全阀的校验过程，编写的控制软件建立在Windows操作系统之上，采用MCGS全中文工控组态软件作为开发平台。依照中华人民共和国国家标准GB 12241—1989《安全阀一般要求》和GB 12242—1989《安全阀性能试验方法》中有关安全阀性能检测的规定和描述，为安全阀在线校验系统开发出的专用程序，是安全阀在线校验系统的核心组成部分。在校验系统硬件装置的配合下，专用程序以动画显示、实时曲线、历史曲线和报表等多种输出方式完成安全阀工作性能的在线校验。

2.2 采集模块

本系统的数据采集和转换模块采用的是研华公司生产的ADAM 4017+和ADAM 4520。ADAM 4017+是模-数转换模块，也是一个8通道的数字输出模块。ADAM 4520的作用是将工控通讯模式RS 485转换为计算机能识别的通讯模式RS 232,通过串行接口(COM口)实现与计算机的通讯，从而完成与组态软件的对接。

2.3 传感器

采用压力传感器来采集压力信号，将压力变化变成模拟信号输出到模-数转换模块。

2.4 截止阀

截止阀的阀杆轴线与阀座的密封面垂直。阀杆开启或关闭行程相对较短，并具有非常可靠的切断动作，使得这种阀门非常适合用于介质的切断和节流。截止阀的阀瓣一旦处于开启状态，它的阀座和阀瓣密封面之间就不再接触，因而它的密封面机械磨损较小。此外大部分截止阀的阀座和阀瓣比较容易修理，在更换密封元件时无需将整个阀门从管线上拆下，因此在安全阀前选用截止阀。

2.5 电源

电源的作用是为采集和转换模块以及压力变送器供电，通过内部的整流电路将220 V交流电转换为24 V的直流电，以保证模块和压力变送器正常工作。

2.6 检验压力源

采用15 MPa瓶装氮气作为进行校验时的外接压力气源。

2.7 隔离式安全阀

对原有的安全阀进行改造，在安全阀和截止阀之间加装爆破片，使安全阀完全与介质隔离，具体结构如图1所示。采用隔离式安全阀有以下优点：

（1）可防止工艺介质的泄漏。单独使用安全阀，泄漏是难免的。采用隔离式安全阀，与工艺介质接触的爆破片起到了全密闭的作用，保证了工艺介质在爆破片爆破前不与安全阀接触，从而避免了泄漏所造成的浪费，也克服了环境污染，并减少了可燃气体在空气中产生爆炸的危险性。

（2）可延长安全阀的使用寿命。当安全阀单独使用时，阀瓣与工艺介质的直接接触(如腐蚀结垢等)易使阀的密封失灵，这就必然影响安全阀的使用寿命。使用隔离式安全阀，爆破片隔绝了介质和阀的直接接触。爆破片爆破前，安全阀始终处于非工作状态，因此其使用寿命大大提高。

图1 隔离式安全阀

（3）防止爆破片动作后压力介质大量排放，有利于保证操作的连续性。单独使用爆破片时，爆破片一旦爆破，被保护设备中的介质将会大量排放，操作势必中断。采用隔离式安全阀时，爆破片爆破后，安全阀迅速开启，当被保护设备的压力降低后，安全阀自动关闭，阻止了介质的进一步排放，从而可保证操作的连续进行[2]。

3 控制软件的开发和使用

控制软件采用MCGS全中文工业自动化控制组态软件进行组态，并设置相关参数。在线校验软件的使用说明如下：

主要执行文件可采集压力信号、机内时间信号，自动记录压力-时间曲线，自动识别和记录安全阀的开启压力。当用汉字输入有关安全阀的性能参数后，可自动建立该安全阀的性能档案和检测结果以备打印输出。

（1）启动运行环境后，显示如图2所示画面。

（2）随后出现所校验安全阀的数据输入窗口，如图3所示。可以在图3所示的输入窗口中输入校验人、安全阀的型号、安全阀的编号以及安全阀的整定压力。

图2 启动时页面

图3 数据输入窗口

（3）点击图3窗体中的“确定”可以进入校验系统的工作画面，其画面如图4所示。在图4的工作画面的实时曲线中可以形象地看到外接气源的压力变化，并且能通过“生成图表”生成报表。

图4 工作页面

（4）生成的图表如图5所示。生成的图表可以通过打印键打印成表，以便存档。从图5中可以清楚地看到安全阀的起跳压力。将这一压力和需要整定的压力进行比较，就可以确定安全阀是否合格。若不合格，还可以在线进行整定。

图5 生成的图表

综上所述，安全阀在线校验软件具备以下功能：

（1）建立安全阀的电子技术文档，可以对安全阀的使用和校验状况进行长期监控和管理。

（2）在程序控制下，对安全阀检测的全过程(包括整定试验前的密封性能测试、整定压力试验、整定试验后的密封性能测试)实现数据的自动采集、存储、分析和整理，操作人员只需监视检测过程，而无需进行手动记录。

（3）检测过程中数据和曲线的实时显示，有助于对检测过程的监视。

（4）在分析试验数据的基础上，智能化判断安全阀的关键技术参数，特别是准确的开启压力的判定以及密封性能的评定。

（5）自动形成符合国家标准的检测报告，包括试验曲线、关键数据和检测结果，既可以存储在计算机中作为备案，也可以直接打印输出。

（6）操作者不能人为修改检测数据，所有记录均是试验过程的真实反映，从根本上杜绝了虚假记录。

4 结语

安全阀的定期校验是保证安全阀准确可靠地工作，消除被保护承压设备安全隐患的重要措施，可以作为离线校验的一种有效补充，其推广和应用具有一定的经济效益。

[1] 劳动部．压力容器安全技术监察规程[M]．北京：中国劳动社会保障出版社，2000．

[2] 李志义，周一卉，由宏新．安全阀在线校验新技术及装置[J]．石油化工设备，2001，30(增刊)：60-63．

Development of On-line Verifying System for Safety Valve

Li Bingling

In view of the deficiencies of current safety valve off-line verifying technology in practical application,the safety valve on-line verifying system was developed as one kind of effective supplement of off-line verifying,and transformation to existing safety valve was made.While solving safety valve's leakage,the system was easy to carry,it also had accurate and reliable testing result and complete record,and in verifying process,the normal running of the device was unaffected.

Pressure vessel;Safety valve;Bursting disc;On-line verifying

TQ 051.3

*李冰凌，女，1981年生，硕士，经济师。东营市，257000。

2011-09-15）