弹簧安全阀综合测试系统的设计开发

王升花，路泽永，卢平平

(承德石油高等专科学校 电气与电子工程系，河北 承德 067000)



弹簧安全阀综合测试系统的设计开发

王升花，路泽永，卢平平

(承德石油高等专科学校 电气与电子工程系，河北 承德 067000)

针对现有弹簧安全阀试验由人工操作完成，试验结果准确度不高的问题，设计开发了一套弹簧安全阀综合测试系统。该测试系统可以对弹簧安全阀试验过程中压力和位移进行实时测量，自动识别和显示安全阀的开启压力和开启高度。工程实践表明，该系统整定快速准确，有较大的推广应用价值。

弹簧安全阀；测试系统；监控系统

弹簧安全阀具有结构紧凑、动作灵敏、对震动和摇晃不敏感、调节方便、规格种类多、价格适中等特点，在特种设备及其它领域得到了广泛应用。国家规定，所有安全阀成品应进行出厂试验。试验的目的在于确保每台安全阀都满足其设计要求，其承压部件或连接部位不发生任何形式的渗漏，并调整到适合其指定的运行条件[1]。现有弹簧安全阀试验大都由人工操作完成，试验结果受人为影响大、准确度低。本文提出并研制了一种弹簧安全阀综合测试系统。

1 弹簧安全阀测试工艺流程

1)校验前的检查

弹簧安全阀校验前要对安全阀进行清洗并且进行宏观检查，然后将安全阀解体，检查各零部件。发现阀瓣和阀座密封面、导向零件、弹簧、阀杆有损伤、锈蚀、变形等缺陷时，应该进行修理或者更换。关闭排气阀和进气阀，用压板或其它结构将被校验的弹簧安全阀紧固在校验台架上。

2)静止阶段

打开进气阀，并控制进气阀的开度，缓慢升高安全阀的进口压力，升压速度应当不高于0.01 MPa/s[2]，或为任何一个对精确读取压力所必要的更低速率，升压到整定压力的90%以后，使高压气源按一定的速度向校验台架的内腔充气， 校验台架内腔的气压值可以从与之相连的压力表上读出。由于安全阀与校验台架的内腔是相通的，腔内的气压也作用于安全阀上，当气压低于安全阀的开启压力时，安全阀无动作，处于关闭状态，管道内压力处处相等。

3)开启阶段

高压气源继续通过进气阀向校验台架的内腔缓慢充气，随着充气时间的增加，腔内气压逐渐升高，当气压升高到某一值时，测到阀瓣有开启动作时，则安全阀的进口压力被视为此安全阀的开启压力。继续升高阀门进口压力直到阀门达到并保持在排放状态，同时监测阀门的动作，读取排放压力和开启高度。

4)回座阶段

逐渐降低进口压力直到阀门关闭，同时监测阀门的动作，读取回座压力。

打开排气阀，使校验台架内腔中的剩余气体排出，并卸下安全阀。

重复步骤2～4，直到开启压力、排放压力、回座压力和开启高度均为确定和稳定值为止(重复三次)。

弹簧安全阀全性能试验装置布局图，如图1所示。

2 电气控制系统设计

弹簧安全阀综合测试系统控制部分由监控层、控制层、设备层组成。采用PLC作为直接控制级，使用16位高速高精度A/D转换模块，增加测试精度，满足实验数据的精度要求，提高试验数据的可信度[3]。

1)设备层主要包括现场阀位检测开关、压力变送器、位移变送器、流量变送器、电动阀、电磁阀等，直接或通过通信与控制层中的PLC相联系，将输入信号发送给PLC，将PLC输出指令发送到现场设备。

2)PLC通过用户程序、各种控制算法，实现控制区域内阀门等设备的开闭、压力的检测与控制、位移的测量、顺序控制、联锁保护等功能。

3)监控层与控制层通过以太网对受控设备的运行信息进行实时采集和集中监控；完成对压力、位移、流量、温度等参数自动检测及控制[4]；完成流程显示、数据显示、状态报警、趋势曲线、历史数据、操作过程的模拟等功能，同时模拟操作人员的操作过程。不仅提高了系统操作的准确性，而且极大地简化了操作人员的操作，达到系统运行平稳、试验数据可靠的目的。

4)因为是综合测试系统，高低压都有，在上位监控系统画面上直接选择测试阀压力(0.2 MPa、1 MPa、2.5 MPa、4 MPa、10 MPa、20 MPa、25 MPa、40 MPa)，测试阀位移(10 mm、20 mm、40 mm)，系统首先根据量程参数调出操作流程，指导操作人员开关手动阀，若手动阀阀位错误，自动指出哪个阀应该开或应该关，阀位错误测试不能进行下一步，避免高压气体进入低压系统产生的危险。根据自动计算出的压力上升斜率调整电动阀阀位，自动调整报表坐标。控制系统图如图2所示。

3 上位监控系统软件设计

弹簧安全阀测试系统的自动化操作由中央监控系统完成。上位监控系统采用组态王软件进行设计开发。通过上位监控系统，用户可以根据实际检测的安全阀进行参数设置，如果满足测试条件，直接通过点击监控系统中的测试开始按钮即可自动进行测试；待相关参数读取完毕后，点击测试结束按钮可完成整个测试过程。

同时，系统作为测试全过程组织的一个辅助工具，能实现实时显示、统计分析、报表生成、历史报警、数据存储等，对测试过程构成有力支撑。安全阀低压测试上位监控操作界面如图3所示。

4 总结

本文设计了一种弹簧安全阀的综合测试系统，系统运行以来，效果良好。本系统试验整定快速准确，操作人机界面友好，功能丰富，大大提高了安全阀校验整定过程的科学性、可靠性和安全性，有较大的推广应用价值。

[1] GB/T 12241—2005 安全阀一般要求[S].北京：中国标准出版社，2005.

[2] GB/T 12242—2005 压力释放装置性能试验规范[S].北京：中国标准出版社，2005.

[3] 胡均华,黄晓宇，王恒，等.超高压安全阀校验台设备分析[J].化学工程与装备，2011(1)：100-102.

[4] 付德永，陈军，李杰.基于PLC和变频器的阀门水压试验机自动控制系统设计[J].承德石油高等专科学校学报，2015,17(1)：30-33.

Design and Development of Integrated Test System for Spring Safety Valve

WANG Sheng-hua, LU Ze-yong, LU Ping-ping

(Department of Electrical and Electronic Engineering, Chengde Petroleum College, Chengde 067000, Hebei, China)

Based on the problem that the current spring safety valve test is completed with manual operation, and the test result accuracy is not high, a set of integrated test system for spring safety valve is developed in this paper. This test system can perform the real-time measurement of pressure and displacement in a safety test process, discriminate and display the open pressure and open height automatically. The engineering practice shows that the system setting is fast and accurate, and has the value of popularization and application.

spring safety valve; test system; monitoring system

承德市科学技术研究与发展计划项目(弹簧安全阀综合测试系统研究)：20157003

2016-05-17

王升花(1979-),女，陕西长安人，承德石油高等专科学校电气与电子工程系讲师，硕士，主要从事电气自动化技术方面的教学与研究工作。

TP273

A

1008-9446(2016)05-0039-05