安全阀密封性能数字化测试系统设计

朱海清，陈定光，周燕，钱瑛，张诗勇

（1.江南大学，江苏 无锡 214122；2.广东省特种设备检测研究院佛山检测院，广东 佛山 528010；3.广东省特种设备检测研究院东莞检测院，广东 东莞 523112）

承压类设备在工作压力下运行时，安全阀应具备良好的密封性能，防止工作介质发生泄漏。因此，安全阀校验时必须对其密封性能进行测试，以保证其在正常工况下密封的可靠性。对于全封闭式安全阀，由于泄漏的介质全部通过出口向外排出，安全阀校验时可以通过测定出口处的介质泄漏量来判定其密封性能是否合格。国内、外相关标准中安全阀的密封性能试验装置与方法均相似，即使安全阀的进口压力保持在密封试验压力值，再把排气口排出的气体介质（氮气或压缩空气）通过导管通入水中，对排气所产生的气泡数进行计数，每分钟所产生的气泡数不超出规定的数目即为合格。以气泡数为判定标准的安全阀密封性能测试方法（简称“气泡法”），不仅装置简单，且由于把泄漏率（cm3/min）指标转换成了气泡数（个/min），从而大大简化了测试方法。但“气泡法”也存在明显的不足。首先，测试数据不能实现自动记录，且由于人工计数气泡数（1 分钟）的出错概率较高，可靠性易受到质疑。其次，“气泡法”的测试精度是建立在以下假设基础之上的，即泄漏量在0 ～29.9cm3/min 变化的情况下，单个气泡的体积为0.30cm3。但由于单个气泡的大小与水温、气压、气体流速等因素关系密切，用气泡数来代替泄漏量存在较大的误差。因此，如何进一步提高安全阀密封试验的测试精度与可靠性、使安全阀泄漏率测试与记录实现自动化是一个需要解决的现实课题。

1 安全阀密封试验数字化测试系统

安全阀密封试验数字化测试系统（以下简称：系统）采用流量传感器直接测定密封试验压力条件下全封闭安全阀排气口泄漏出的介质瞬时流量与每分钟累计流量，依据国标规定做出密封性能是否合格的判定，并能将数据自动记录到后台数据库中。

1.1 系统硬件

系统的硬件构成见图1 所示，泄漏出的介质（气体）由导管导入流量传感器中，流量传感器把气体流量转换成4～20mA 的电流信号输出；数据处理器在PC 的控制下采集流量传感器输出的电流信号并进行放大和处理，并将其上传到PC，由PC 上的测控软件将其转换成数字化的测试数据显示并自动记录下来。同时，系统在流量传感器后面配备了满足规程要求气泡计数筒，使测得的泄露率与气泡数可以相互印证，增强系统测试的可靠性。

（1）流量传感器。系统选用了ALICAT 的20-1-00-0- 50-50-00-24-LJ-KM7108 电子流量计，量程50SCCM，额定电压24V，输出4 ～20mA，测试精度±0.8%。该流量传感器既能测定和显示瞬时流量与累计流量，而且能同时显示流体的压力与温度，精度高、性能稳定。

（2）数据处理器。数据处理器作用是在PC 控制下，由A/D 转换与单片机完成对流量传感器输出的电流信号的采集与处理。其中，A/D 转化芯片采用了PCF8591，单片机采用Atmel 公司的AT89S52，RS-232 串口通讯。图2 所示为数据采集处理原理图。

图2 系统数据采集原理图

1.2 测控软件

安全阀校验需要同时完成整定压力调校与密封性能试验，因此，我们把密封性能试验的测控软件作为一个模块与整定压力测定整合在了一起。同时，为了进行信息与数据的实时传输，测控软件与管理软件通过服务器上的SQL Server数据库进行交互——读取管理软件派发的待校验任务、测试完成后再将测试数据与结论返写回数据库中。为了最大限度简化操作、改善人机界面，系统采用了Visual Basic 6.0 作为开发工具，使操作人员可通过点击触摸屏来完成操作，测控软件的操作界面见图3 所示。

图3 密封试验测试界面

该软件模块设计有瞬时流量（泄漏率）测定、1 分钟累计流量（泄漏量）测定、1 分钟自动倒计时、连续进行3 次测试等功能。同时，它还能将泄漏率自动折算为气泡数，并把国标规定的泄漏率合格标准显示在屏幕上。其中，气泡数是按照单个气泡的体积换算出来的，考虑到单个气泡的体积会随压力、水温等参数发生变化，系统后台可对单个气泡的体积进行设定，以使泄漏量与气泡个数完全对应。

点击“密封性能测试”选项卡后进入测试页面后，系统将自动从数据库中获取到待校验任务并将其显示在右面的列表栏中，操作人员可任意选取某个待校验任务进行测试。进行密封试验时，先将压力升至“密封试验压力”，再启动“流量测定”，流量传感器测得的瞬时流量（泄漏率）将显示在“实时流量”栏中。启动“一分钟倒计时”，系统开始自动计算累积泄漏量，至1 分钟倒计时结束，该安全阀的泄漏量（cm3/min）及折算的气泡数将被记录在测试结果栏中。将测试数据与下方显示的合格标准尽心比对，合格则继续重复进行三次测试，否则将判定密封性能不合格。测试结束后，点击“结束本次任务”，测试数据与结论将通过网络写入数据库中。每个校验任务的“流水号”是唯一的，测试结束后，测试数据与结论将自动写入该“流水号”对应的数据表格中，并可随时调用和查阅。

2 结语

安全阀密封试验数字化测试系统融合了现代传感与信息化技术，与传统的“气泡法”相比不仅提高了测试精度，且使工作效率也得到了同步提高。在多家安全阀校验机构的试用情况表明，该系统不仅性能稳定可靠，其良好的人机界面也得到了操作人员的好评。由于使测试实现了全数字化与自动化，对安全阀密封性能的判定也更加客观和更具说服力。建议能尽快为密封性能数字化测试方法建立起技术标准，推动我国安全阀校验行业尽快普及数字化测试技术，使行业的整体技术水平迈上一个新台阶。