一种制冷机内置式安全阀在线检测技术的应用探讨

2021-11-20苗芳张倬权谭凯

质量安全与检验检测 2021年5期

苗芳张倬权谭凯

（湖北特种设备检验检测研究院湖北武汉 430000）

1 前言

随着经济的高速发展，大型制冷设备和冷冻机设备的需求不断增长。对制冷系统安全阀进行离线校验时，首先需要将冷冻机冷凝器、蒸发器等制冷系统内部的冷媒排空或转移，之后再拆卸下安全阀进行离线校验。制冷系统中的冷媒多为氟利昂等昂贵的制冷介质，若直接丢弃会造成不必要的经济损失，且会对环境造成污染；若采取介质转移的方法，会消耗较大的人力、物力，且在转移过程中也难免会损耗一部分介质，同样会产生经济损失，造成环境破坏。本文结合这些实际情况，在满足现行《安全阀安全技术监察规程》要求的前提下，提出了一种制冷机内置式安全阀在线检测技术，并对该技术的应用进行了分析和探讨。

2 内置式安全阀在线检测技术的意义和现状

2.1 内置式安全阀在线检测技术意义

安全阀作为制冷系统中压力管道与压力容器上最重要的安全附件之一，其主要作用是：当管道或容器内的压力超过设计的规定值时，能够准确开启，稳定泄放部分介质，从而避免设备因超压引起胀裂或物理爆炸；当管道或容器内的压力重新回到设计的安全运行范围内时，安全阀可以及时回座，并具有安全可靠的密封性。由于设备使用的周期、时长、环境和条件等因素，会使安全阀产生锈蚀、磨损、变形或老化，使其正常开启压力与设计值产生较大偏差，导致安全阀不能正常工作，从而带来重大安全隐患。

制冷系统内置式安全阀目前常用的检测方法为离线校验，先将安全阀从被保护设备上拆卸下来，再送往对应规格的安全阀校验台进行检测，该方法存在以下不足：在安全阀校验期间，其相关生产设备属于停运状态，安全阀的校验时长决定了复产时长，从而造成安全运行与经济收益之间存在一定矛盾；由于安全阀生产厂家所设定的使用环境和使用条件不同，设备的安装拆卸工艺及施工条件也不同，导致部分特殊情况下，安全阀拆卸、安装与运输工作存在一定难度，增加校验成本；安全阀的拆装过程存在安全风险，频繁拆装易造成设备密封面损伤、介质泄露风险增大等问题；前期已完成校验的安全阀设备，在运输途中可能由于搬运不当、路途颠簸等不确定因素，导致其性能发生变化，待重新安装后，其依然面临着需重新校验的风险，致使校验工作失去意义。

TSG ZF001-2006/XG1-2009《安全阀安全技术监察规程》中明确规定：安全阀一般每年至少校验一次。因此内置式安全阀在线检测技术的研究具有重要意义，内置式安全阀的在线检测技术是一种比离线检测技术更先进、更环保、更有效的检测手段，有利于保障安全阀的长周期安全运行，具有较高的研究和开发价值。

2.2 内置式安全阀在线检测技术现状

安全阀的在线检测技术最早由英国弗曼奈特国际有限公司开发研制，其目的在于对安装在设备上的安全阀在受压或不受压状态下进行检测。目前，国外的在线检测方法主要为升压实跳法和检测仪检测法。升压实跳法采用的原理是：提高设备上安全阀入口介质处的压力使安全阀开启，达到检测目的，其对于被测安全阀的检测状态要求较为苛刻，必须在设备受压状态下进行检测，适用范围受限；检测仪检测法采用的原理是：通过使用外部设备施加一个向上的附加力，使这个力与设备内介质压力的总和来克服弹簧的预紧力，使阀门开启，或者在没有介质压力的作用下，直接由外部向上的附加力来克服弹簧的预紧力使阀门开启，从而实现对阀门整定压力的校验，在检测过程中无法得到安全阀准确有效的密封面积，会影响检测结果的精度，且在实际工作中无法适用于部分弹簧内置式而无阀杆的安全阀。

目前国内针对制冷机/冷冻机用内置式安全阀没有专业的检测设备，且一些相关检测技术设想并不能完全满足现行TSG ZF001-2006/XG1-2009《安全阀安全技术监察规程》要求的“弹簧特性法”。

3 一种内置式安全阀在线检测技术

3.1 在线检测的原理

普通的弹簧式安全阀在线检测原理是：从外部作用给阀杆一个向上的附加拉力，来客服弹簧的预紧力，从而测得安全阀的整定压力。

内置式安全阀和普通弹簧式安全阀的结构不同，由于内置式安全阀本体无阀杆结构，其调整螺母以螺纹形式固定在阀体上，通过直接转动调整螺母来改变弹簧的受力情况，改变弹簧的受压或不受压状态，从而能够调节整定压力。通过穿过定压螺母给弹簧一个垂直向下的作用力来克服弹簧的预紧力，从而测得安全阀的整定压力。通过测试时的过程曲线拐点来记录开启时的提升力大小，当附加力从零逐渐增大，当其与介质向上的力之和与弹簧预紧力相等时，阀瓣微启，介质作用面积S增大，使得用来克服弹簧预紧力的内压作用力急剧增大，使其外附加力瞬间减小，此时峰点所用的外附加力数值是安全阀开启时的附加力值△F，之后通过计算得出安全阀开启压力Ps值。根据以上“弹簧特性法”判开的理论，无需将安全阀全部拉开，且检测时间非常短，不会扰动工况。

3.2 在线检测技术方案

本文提出的技术方案主要由3个部分组成：动力单元、机械单元和采集数据管理单元。机械单元为动力单元的输出提供稳定可靠的施力环境，同时保证在线检测时，不会影响安全阀的正常工作；动力单元输出动力源，以产生作用于弹簧垂直向下的力；采集数据管理单元作用为完成外加力的采集、存储、运算、逻辑判断、结果显示和打印报告等，见图1。

图1 在线检测技术方案示意图

该方案由油泵、油管、锁紧螺母、支柱、压杆座、定位销、传感器、数据采集终端和安全阀本体等部分组成。首先将安全阀本体初步安装固定，通过螺纹杆与定位圈之间的螺纹传动，对安全阀本体进行再次定位，增加稳定性；测试时，油泵带动传感器作用于压杆，使压杆挤压安全阀本体内弹簧，直至克服弹簧的预紧力，传感器对压力数据进行检测，并通过传感器传输给数据采集终端，从而计算出安全阀本体的开启压力数值，并判断其是否合格，达到安全阀本体在不用拆卸的情况下便可测得其开启压力的目的。

4 未来研究方向

本文提出的制冷机内置式安全阀在线检测技术方案，结合当前实际发展情况及需求，可以考虑从以下几个方面进行改善，并做进一步研究：在当前检测市场中，大多数安全阀在线检测设备采用的外加力系统均为手动施压液压系统，可着力研发一种微电机系统，以达到内置式安全阀检测装备的外加力能够更加均衡施力的效果；针对高危、涉密场所，研发一种可远程操控的控制施压系统，以达到安全隐秘的检测效果；针对不同介质、不同运用场所中的内置式安全阀，研发一种可依据实际需求选择的刚性或柔性施压接触结构；通过在检测仪器中额外添加传感器，以达到可依据内置式安全阀的几何尺寸、使用条件、不同工况下的在线检测，并实时监控检测过程中的介质泄露情况，将监控结果实时反馈至检测仪器主机，通过设置安全报警系数，确保检测过程中的安全快捷等。