本发明专利技术涉及一种测量安全阀热态机械性能的试验装置与方法。通过锅炉提供蒸汽源，储能器3的压力高于实验容器4。通过大口径调节阀，实现安全阀实验容器蒸汽的快速补充与切断，保持安全阀的稳定排放，并同时操控快速放空阀，避免安全阀测试过程中出现频跳。激光测量装置实现测量精度为10ms的安全阀开启状态测试，非接触式的电磁装置测量安全阀的开高数值，高压蒸汽测压装置测量实验容器的压力。通过控制系统在安全阀测试阶段和准备阶段设置不同的扫描周期，精确测量安全阀的机械性能相关参数并兼顾数据处理量。此安全阀热态试验装置和工艺方法具有防止安全阀频跳、测量精度高、安全性强、系统运行稳定、自动化程度高的优点。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种测量安全阀热态机械性能的试验装置与方法。通过锅炉提供蒸汽源，储能器3的压力高于实验容器4。通过大口径调节阀，实现安全阀实验容器蒸汽的快速补充与切断，保持安全阀的稳定排放，并同时操控快速放空阀，避免安全阀测试过程中出现频跳。激光测量装置实现测量精度为10ms的安全阀开启状态测试，非接触式的电磁装置测量安全阀的开高数值，高压蒸汽测压装置测量实验容器的压力。通过控制系统在安全阀测试阶段和准备阶段设置不同的扫描周期，精确测量安全阀的机械性能相关参数并兼顾数据处理量。此安全阀热态试验装置和工艺方法具有防止安全阀频跳、测量精度高、安全性强、系统运行稳定、自动化程度高的优点。【专利说明】
本专利技术涉及一种测试安全阀热态机械性能的试验装置与试验方法，特别涉及一种基于补量法的安全阀的热态机械性能试验装置与方法。
技术介绍
安全阀是一种防止系统超压、保障人员安全和设备安全的主要压力释放装置；是锅炉、压力容器、压力管道上的主要安全附件，对锅炉、压力容器、压力管道的安全运行起到最后一道屏障保护作用。为保证安全阀产品质量，需要高精度的安全阀全试验装置和方法。安全阀是“小阀门、大台架”。安全阀热态试验台架包含锅炉、容器、控制阀和控制系统，造价近亿元，试验技术远比安全阀本身复杂得多。目前，安全阀热态试验主要是依照美国ASME PTC 25标准。此标准规定了对试验过程和测试精度的要求，但如何实现试验过程则是一大挑战。安全阀热态试验装置最早出现在美国。目前美国Tyco公司分别在Stafford、Wrentham等地建有安全阀热态试验台架，但美国上述试验台架在进行大口径、大排量安全阀热态试验过程中存在安全阀频跳问题。即安全阀在一次测试过程中会出现多次的开启与回座，试验过程将对安全阀的密封面将造成显著的损伤。另一方面，安全阀设计和制造工艺不合理也会造成安全阀的频跳，此是安全阀所需严格避免的产品缺陷。而由于试验装置和方法的不足所带来的安全阀测试中的频跳将会掩盖产品本身的问题，这将在安全阀的实际使用中埋下重大安全隐患。国家特种泵阀工程技术研究中心具有安全阀的试验资质，但没有以蒸汽为介质的热态试验系统。国内共有3套热态安全阀试验台架，都采用试验台架整体升压直至安全阀起跳，进而测量安全阀机械性能的方法，安全阀业内称之为“自由膨胀法”。三套台架分别建在上海阀门厂、哈尔滨锅炉有限公司、中国船舶工业711所。“自由膨胀法”不符合ASME PTC25标准的要求，存在如下的缺点:(I)无法满足高参数、大排量安全阀试验过程中稳定排放的要求；(2)采用自由膨胀法，造成整定压力和排放压力测量值相同，无法准确测量排放压力；(3)安全阀测量的额定开高比实际值偏低。美国专利N0.4893494介绍了一种测量安全阀整定压力的装置和方法。一个小型的实验容器和被测安全阀相连；一个较大的容器储存高压流体。该装置和方法适用于水和空气安全阀的测量，不适用于安全阀的热态机械性能的测量。美国专利US2010/0281954A1介绍了一种安全阀热态试验台架和相应的测试方法。该台架有一个储能器、一个安全阀实验容器(被测安全阀安装在实验容器上)、一个储水罐。储能器中有电加热器，实际是承担高压蒸汽的储存和锅炉的功能。储能器通过管道和实验容器相连，管道上有阀门控制实验容器的压力。实验容器上安装的被测安全阀的出口通过管道和储水罐相连；管道的末端加工成喷头形状，埋入储水罐的水中。通过泵将储水罐中的水打入储能器中，从而使该试验台架形成一个封闭系统。安全阀测试时，将实验容器、储能器、储水罐预先加入去离子水，然后开启储能中的电加热器，生成高压蒸汽。将高压蒸汽通入到实验容器中，使实验容器升压直至安全阀起跳。安全阀排放的蒸汽被储水罐吸收。控制储水罐中水的液位，通过泵将和安全阀排放蒸汽相当质量的液态水送入储能器中。此安全阀热态试验装置具有如下优点:省去锅炉、投资小；排放噪音低；介质封闭循环，介质流失少。此装置适合于小口径安全阀和对背压影响不敏感的安全阀的热态试验，特别适合于高温水安全阀的热态试验。但其不是一种通用的安全阀热态试验装置和方法，存在如下问题:(I)大多安全阀对背压变化很敏感。该专利将安全阀的出口埋入储水罐的水中将会产生附加的背压，严重影响安全阀的测试精度；(2)对于大口径的高温、高压安全阀，其蒸汽排量可达每小时几百吨。通过储水罐中的水将如此大量的蒸汽冷凝是非常困难的，储水罐的体积和储水量将是巨大的，成本和造价非常闻;(3)将储能器赋予锅炉的功能，台架操作的灵活性和弹性下降；相对燃气和燃油锅炉，采用电加热的运行成本很高。(4)采用电加热储能器中的水来产生蒸汽，造成产生的蒸汽为湿饱和蒸汽。ASMEPTC 25标准推荐安全阀热态测试应采用干饱和或过热蒸汽。湿饱和蒸汽将会降低安全阀机械性能的测试精度。技术专利CN202057301介绍了一种安全阀开高的激光测量装置，包括激光位移测量单元、数据采集卡、计算机和多自由度可调支架。虽然激光测量属非接触测量，响应快。但试验过程中，安全阀上部释放出的蒸汽将会对激光有较大干扰，用激光精确测量安全阀的开高存在困难。技术专利CN201259471Y介绍了安全阀试验可调位移排气管装置，解决了现有安全阀试验排气管装置存在的无法直接与不同规格及型号的安全阀配合使用，且排气管位移不可调的问题。综上所述，目前高温、高压、大口径安全阀的热态试验技术存在严重缺陷。随着核电、热电和石化工业的发展，对安全阀热态试验技术提出了更高的要求。所以，针对高温、高压、大排量安全阀的试验测试，需要着力解决现有测试技术中安全阀频跳这一问题，建立高参数、高精度的安全阀的试验装置和方法，这将对确保安全阀的质量并进而保证重大、高危承压装备的安全和长周期稳定运行具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种符合ASME PTC 25标准要求的安全阀热态试验台架和相应的测试工艺方法。通过手操器控制快速启闭的大口径调节阀，实现安全阀实验容器蒸汽的快速补充与切断；同时操控快速放空装置，避免安全阀测试过程中出现频跳；通过带有安全联锁的紧急放空装置实现被测安全阀的超压保护；通过安全阀阀杆位置的激光测量实现测量精度为IOms的安全阀开启状态测试，更为准确地测量安全阀达到额定开高的时间；通过PLC(可编程逻辑控制器的控制系统)系统在安全阀测试阶段和准备阶段设置不同的扫描周期，提高安全阀各参数的测量精度并兼顾整个试验台架的稳定性和安全性。此安全阀热态试验台架和工艺方法具有防止安全阀频跳、测量精度高、安全性性强、系统运行稳定、自动化程度高的优点。本专利技术主要是通过以下技术方案实现的:一种测试安全阀热态机械性能的试验装置，其特征在于，所述的装置包括试验台架和PLC控制系统，试验台架包括:一个为整个实验装置提供蒸汽的直流锅炉1，一个稳定直流锅炉压力并分离锅炉启动过程中产生的液态水的汽水分离器2，一个储存高压蒸汽并补充蒸汽到安全阀实验容器的储能器3，一个安全阀实验容器4，依次通过管道连接；直流锅炉1、汽水分离器2、储能容器3、安全阀实验容器4的底部分别安装有气动调节阀20、19、18、17，用于台架蒸汽预热过程中冷凝水的排放；汽水分离器2和储能器3之间安装有电动本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测试安全阀热态机械性能的试验装置，其特征在于，所述试验装置包括试验台架和一套采集实验台架的各仪表和传感器数据并控制试验台架的PLC控制系统49，所述的试验台架包括：直流锅炉1、汽水分离器2、储能容器3、安全阀实验容器4通过管道依次连接；直流锅炉1、汽水分离器2、储能容器3、安全阀实验容器4的底部分别安装有气动调节阀17、18、19、20，汽水分离器2和储能器3之间安装有电动开关阀5，储能器3和试验容器4之间安装有电动开关阀6，一个快速启闭的大口径调节阀7与小口径调节阀8并联安装于实验容器4的蒸汽入口管道上，实验容器4带有一个测量实验容器压力蒸汽的压力测量系统9和一个隔离阀10，被测安全阀12安装于隔离阀10上，隔离阀10进出口管路上并联一小口径气动球阀11，激光测试装置13和电磁测量装置14安装于被测安全阀12上，1个消音器15与被测安全阀12出口相连，一个快速放空阀门16，通过管道与实验容器4相连； 其中，所述的大口径调节阀7为等百分比气动调节阀，包括远程控制的手操器29，智能定位器28，现场设置的储气罐22，储气罐22的进口和出口管道上分别设置有加压阀21和放大器23，加压阀21连接智能定位器28，智能定位器28经放大器23与气动执行器25相连，电磁阀放空阀24安装在气动执行器25上，限位开关26和阀门组件27与智能定位器28相连； 所述的手操器面板有一手轮30和开关按钮31，手轮30的直径为20mm，转动1～2圈达到手操器满量程，手操器的精度为±1～3％，手操器上有电流指示表32，量程为0～24mA； 所述的蒸汽压力测量系统9包括：一条与立式储水罐35连接的U型引压管33，引压管33的最低处安装有排污阀45，储水罐35的顶部有放空阀34，底部有排污阀44，引压管33的公称直径为25mm，储水罐35的引压管进口位置比U型引压管33最低处高150～300mm，储水罐35的顶端比U型引压管33的最高处低150～300mm，储水罐上安装有压力变送器37、39和压力表36、38，在压力变送器和压力表与储水罐35之间安装有仪表角阀40、41、42、43； 所述的激光测试装置13为两个反射型的激光探头，一个激光探头46安装于被测安全阀起跳前阀杆48上端面下方0.5～1.5mm处；另一个激光探头47安装于被测安全阀起跳前阀杆48上端面上方额定开高‑0.5mm处，两个激光探头距离 阀杆的水平距离为100～300mm，探头的响应时间为50～100μs； 所述的电磁测量装置14为环形电感式位移传感器，传感器测量开高范围为10～50mm，测量精度为±5％，响应时间为30ms，输出信号为0～20mA电流，传感器探头垂直安装于安全阀阀杆48上方水平的支架上，探头与被测安全阀阀杆的垂直距离为额定开高值再加上5～10mm； 所述的PLC控制系统49通过数据线与所述的试验台架相连，PLC数字量的输入输出卡件的扫描周期小于10μs，模拟量的输入输出卡件的扫描周期小于10ms。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：于新海，涂善东，轩福贞，迮晓锋，艾丽，张斌，陆荣华，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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