周璐璐 盧俊文 陳 敏 王肖逸 湛立寧

（河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院唐山分院 唐山 063000)

安全閥是一種壓力釋放裝置,是承壓類特種設(shè)備必備的安全附件之一,也是保障承壓設(shè)備安全運(yùn)行的最后一項(xiàng)保護(hù)措施。當(dāng)設(shè)備超壓運(yùn)行時(shí)安全閥自動(dòng)起跳來泄放壓力,直到壓力下降到安全閥的回座壓力后關(guān)閉。安全閥能否正常開啟對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行有著舉足輕重的作用[1]。為保證安全閥能在整定壓力下開啟泄壓并及時(shí)復(fù)位,安全閥至少每年進(jìn)行1次整定壓力的校驗(yàn)及密封試驗(yàn)泄漏率的測(cè)試。傳統(tǒng)方法是人工報(bào)檢,人工讀取壓力表顯示的數(shù)值來確定整定壓力,人工統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)氣體在水中產(chǎn)生的氣泡數(shù)來確定泄漏率,校驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性及可追溯性都無法保證[2]。為了保證安全閥報(bào)檢信息的真實(shí)性,提高校驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度,克服人工校驗(yàn)效率較低的弊端,確保校驗(yàn)數(shù)據(jù)可以追溯,本文開發(fā)的安全閥校驗(yàn)智能化測(cè)試技術(shù)針對(duì)性地提供了解決方案：實(shí)現(xiàn)了專業(yè)技術(shù)人員的遠(yuǎn)程網(wǎng)上報(bào)檢操作,從而提高了安全閥報(bào)檢數(shù)據(jù)采集的正確率；通過各種智能化操作軟件的運(yùn)行,保證了安全閥校驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差在±0.5%范圍內(nèi)。

1 安全閥校驗(yàn)流程

安全閥用戶申報(bào)檢驗(yàn)時(shí),可以通過智能化測(cè)試系統(tǒng)的網(wǎng)上報(bào)檢平臺(tái)完成,受理員接收后派發(fā)任務(wù)給校驗(yàn)員,校驗(yàn)員核查信息正確后開始校驗(yàn),校驗(yàn)完成后提交合格報(bào)告給審核人員,審核完成后提交給審批人員,審批通過后便可以直接打印報(bào)告,用戶就可以領(lǐng)取報(bào)告及安全閥,并結(jié)束校驗(yàn)流程[3]。如果某個(gè)流程發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,則直接返回給受理員。安全閥校驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1 安全閥校驗(yàn)流程圖

2 安全閥校驗(yàn)智能化測(cè)試管理系統(tǒng)

2.1 安全閥校驗(yàn)智能化測(cè)試管理系統(tǒng)的組成

安全閥校驗(yàn)智能化測(cè)試管理系統(tǒng)由安全閥報(bào)檢系統(tǒng)、智能化操作軟件、OA管理系統(tǒng)、校驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)及相關(guān)硬件組成。安全閥報(bào)檢系統(tǒng)為用戶提供網(wǎng)上報(bào)檢服務(wù)、受理及收費(fèi)服務(wù),同時(shí)生成待驗(yàn)安全閥終身二維碼。智能化操作軟件包括壓力傳感器軟件、整定壓力及密封試驗(yàn)軟件、解體清洗及倉(cāng)儲(chǔ)管理軟件、名牌打印軟件等[4]。OA管理系統(tǒng)包括校驗(yàn)記錄、校驗(yàn)報(bào)告填寫、審核、批準(zhǔn)、打印及發(fā)放等功能。校驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)包括安全閥數(shù)據(jù)庫(kù),鍋爐、壓力容器、壓力管道數(shù)據(jù)庫(kù)。相關(guān)硬件包括壓力傳感器、流量傳感器、單片機(jī)、電腦主機(jī)、硬件電路、密封試驗(yàn)快拆堵蓋、激光打印機(jī)等。安全閥校驗(yàn)智能化測(cè)試管理系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 安全閥校驗(yàn)智能化測(cè)試管理系統(tǒng)組成

2.2 安全閥報(bào)檢系統(tǒng)

安全閥用戶在報(bào)檢時(shí),應(yīng)按報(bào)檢系統(tǒng)界面的要求填寫安全閥的使用單位、安全閥所保護(hù)設(shè)備的名稱及編號(hào)、設(shè)計(jì)壓力、要求的整定壓力大小等信息,同時(shí)還應(yīng)當(dāng)填寫安全閥的出廠編號(hào)、生產(chǎn)單位、閥體直徑及工作壓力范圍等內(nèi)容。提交信息完成后會(huì)自動(dòng)生成安全閥終身二維碼,該閥報(bào)廢時(shí)二維碼才失效,并在受理單上打印出二維碼,安全閥校驗(yàn)合格后會(huì)將此二維碼在報(bào)告上顯示并激光打印在合格銘牌上。通過掃描安全閥二維碼可以獲得該閥的校驗(yàn)狀態(tài)、使用狀態(tài)及安裝位置等全部信息,為安全閥的使用及監(jiān)管部門提供了快捷通道。

2.3 智能化操作軟件

●2.3.1 壓力傳感器定標(biāo)軟件

校驗(yàn)系統(tǒng)采用高精度壓力等級(jí)的壓力傳感器,可以自動(dòng)顯示壓力數(shù)值,為防止使用過程中出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)零點(diǎn)漂移引起的誤差,導(dǎo)致校驗(yàn)精準(zhǔn)度下降,開發(fā)了自動(dòng)校準(zhǔn)壓力傳感器零點(diǎn)的定標(biāo)軟件,每天打開系統(tǒng)正式工作之前自動(dòng)校驗(yàn)傳感器的準(zhǔn)確性,同時(shí)杜絕了因校驗(yàn)系統(tǒng)泄漏、壓力指示失靈引起的校驗(yàn)數(shù)據(jù)失效。壓力傳感器工作原理是將采集的壓力數(shù)值轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)上傳給單片機(jī),為保障其上傳精度,應(yīng)選擇適宜的量程范圍,通常選擇被測(cè)壓力3～4倍量程的傳感器,為此校驗(yàn)系統(tǒng)要設(shè)置多個(gè)不同量程范圍的測(cè)試通道,每個(gè)測(cè)試通道都配置相同量程的機(jī)械式壓力表同步測(cè)壓。密封試驗(yàn)用電子流量計(jì)的最佳量程范圍為50～60 cm3/min。壓力傳感器每年應(yīng)進(jìn)行1次法定計(jì)量校驗(yàn),其標(biāo)定精度標(biāo)準(zhǔn)為±0.5%,為驗(yàn)證準(zhǔn)確性可將壓力值與指針式壓力表進(jìn)行比對(duì)。

●2.3.2 校驗(yàn)操作端軟件

校驗(yàn)員手動(dòng)輸入工位號(hào)和登錄密碼即可進(jìn)入校驗(yàn)操作端界面,輸入安全閥報(bào)檢單號(hào)或掃描二維碼,即可查找到待校安全閥參數(shù),并將這些信息自動(dòng)導(dǎo)入校驗(yàn)報(bào)告與原始記錄中,系統(tǒng)將根據(jù)整定壓力的大小自動(dòng)選取對(duì)應(yīng)的測(cè)試通道,并給出合格的精度范圍。整定壓力調(diào)校時(shí),壓力傳感器自動(dòng)讀取壓力數(shù)值,轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)后傳送到單片機(jī),校驗(yàn)員在顯示界面上判斷該值是否在允許范圍內(nèi)即可。系統(tǒng)會(huì)記錄安全閥起跳時(shí)的最大壓力為整定壓力,調(diào)試3次后取其平均值作為最終整定壓力,并保存至安全閥數(shù)據(jù)庫(kù)。整定壓力合格后可轉(zhuǎn)至下一道校驗(yàn)程序即安全閥密封性能試驗(yàn)。密封試驗(yàn)前將帶有集漏管的快拆堵蓋固定在安全閥排氣口,然后系統(tǒng)自動(dòng)將密封試驗(yàn)壓力調(diào)整到起跳壓力的90%,保壓3 min后查看泄漏氣體體積量,若在合格范圍內(nèi)則試驗(yàn)3次,每次均合格后密封試驗(yàn)結(jié)束,最終將校驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)中并生成銘牌參數(shù),點(diǎn)擊界面上方的“銘牌參數(shù)”后彈出該界面,點(diǎn)擊“派發(fā)銘牌”,將自動(dòng)生成銘牌參數(shù),將其導(dǎo)入打標(biāo)機(jī)中刻印校驗(yàn)合格證銘牌。

2.4 OA管理系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)

OA管理系統(tǒng)主要功能是完成安全閥校驗(yàn)記錄的填寫,合格報(bào)告的審核、批準(zhǔn)程序,校驗(yàn)報(bào)告的打印及發(fā)放等工作。安全閥數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server2012軟件建立,數(shù)據(jù)庫(kù)由登錄用戶信息表、校驗(yàn)單位信息表、存放安全閥原始信息的安全閥信息表、存放安全閥校驗(yàn)信息的校驗(yàn)記錄表、存放收費(fèi)明細(xì)的收費(fèi)參數(shù)表組成。傳感器輸出的電流信號(hào)通過數(shù)據(jù)處理器采集并轉(zhuǎn)換后存入數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)置了自檢功能,定時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)或人工啟動(dòng)自檢功能程序,以確保智能化測(cè)試系統(tǒng)的精度在可控范圍內(nèi)。采用ADO（活動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)象）技術(shù)訪問數(shù)據(jù)庫(kù),使訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的途徑非常便捷,可以快速獲取數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)信息[5]。

3 安全閥校驗(yàn)智能化測(cè)試操作系統(tǒng)

3.1 安全閥校驗(yàn)整定壓力智能化操作系統(tǒng)

● 3.1.1 組成

安全閥整定壓力智能化操作系統(tǒng)采用傳感器監(jiān)測(cè)安全閥校驗(yàn)的起跳過程[6],讀取的數(shù)據(jù)傳送至校驗(yàn)臺(tái)并實(shí)時(shí)顯示出來,通過操作端軟件控制信號(hào)的采集與管理,完成整定壓力的調(diào)校后將合格數(shù)據(jù)傳送給主服務(wù)器,管理端軟件控制主服務(wù)器的運(yùn)行,并將最終數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)服務(wù)器中,同時(shí)也傳送給激光打印機(jī)用于打印合格銘牌。圖3所示為安全閥整定壓力智能化操作系統(tǒng)組成。

圖3 安全閥整定壓力智能化操作系統(tǒng)組成圖

● 3.1.2 性能測(cè)試

為了確認(rèn)安全閥校驗(yàn)整定壓力智能化測(cè)試技術(shù)的穩(wěn)定性,在系統(tǒng)的調(diào)試階段,選取了3個(gè)測(cè)試通道進(jìn)行性能測(cè)試,分別是：第一測(cè)試通道,開啟壓力為0.2 MPa、0.3 MPa、0.45 MPa；第二測(cè)試通道,開啟壓力為0.8 MPa、1.1 MPa、1.4 MPa；第三測(cè)試通道,開啟壓力為1.5 MPa、3.0 MPa、4.5 MPa。每個(gè)測(cè)試通道的壓力等級(jí)選取3個(gè)安全閥,每個(gè)安全閥測(cè)試3組數(shù)據(jù),在此選取0.8 MPa、1.5 MPa、4.5 MPa三組數(shù)據(jù)與人工校驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。安全閥整定壓力智能化測(cè)試與人工校驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表1。從性能測(cè)試數(shù)據(jù)可知,智能化測(cè)試與人工校驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較偏差最大值為0.467%,絕對(duì)偏差最大值為0.375%,達(dá)到了測(cè)試精度±0.5%的設(shè)計(jì)目標(biāo),且符合GB/T 12242—2021《壓力釋放裝置性能試驗(yàn)方法》規(guī)定的“工作臺(tái)上定壓試驗(yàn)時(shí),壓力測(cè)量偏差不超過±1%”,說明本系統(tǒng)能達(dá)到應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

表1 安全閥整定壓力智能化測(cè)試與人工校驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

3.2 安全閥密封性試驗(yàn)智能化操作系統(tǒng)

● 3.2.1 組成

安全閥密封性試驗(yàn)智能化操作系統(tǒng)采用高精度電子流量計(jì)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)泄漏氣體體積量。不再使用傳統(tǒng)人工統(tǒng)計(jì)氣泡數(shù)的測(cè)量方法,對(duì)實(shí)時(shí)采集的氣體流量信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理,并顯示在計(jì)算機(jī)界面上。安全閥密封性試驗(yàn)智能化測(cè)試系統(tǒng)由管路系統(tǒng)、數(shù)字化測(cè)試系統(tǒng)、下位機(jī)測(cè)控系統(tǒng)、系統(tǒng)管理端軟件及密封試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)組成[7]。安全閥密封性試驗(yàn)智能化操作系統(tǒng)組成如圖4所示。

圖4 安全閥密封性試驗(yàn)操作系統(tǒng)組成圖

● 3.2.2 性能測(cè)試

為了確認(rèn)安全閥密封性試驗(yàn)智能化測(cè)試技術(shù)的穩(wěn)定性,選用3組安全閥與傳統(tǒng)人工氣泡計(jì)數(shù)法進(jìn)行比對(duì)實(shí)驗(yàn)[8],實(shí)驗(yàn)條件為常溫、常壓的室內(nèi)環(huán)境,3組安全閥的整定壓力分別為I組5.0 MPa、Ⅱ組20 MPa、Ⅲ組30 MPa,流道直徑均大于7.8 mm。分別采用智能化測(cè)試系統(tǒng)的直接測(cè)流量法和傳統(tǒng)人工氣泡計(jì)數(shù)法來測(cè)量安全閥的密封性,每次測(cè)量時(shí)間為3 min（40個(gè)氣泡等效泄漏量為11.8 cm3）。安全閥密封試驗(yàn)智能化檢測(cè)與氣泡法檢測(cè)結(jié)果對(duì)比見表2。

表2 安全閥密封試驗(yàn)智能化檢測(cè)與氣泡法檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

GB/T 12243—2021《彈簧直接載荷式安全閥》規(guī)定,安全閥密封試驗(yàn)最大允許泄漏率為29.9 cm3/min。通過表2的實(shí)驗(yàn)對(duì)比可知,安全閥密封性試驗(yàn)數(shù)字化測(cè)試方法與傳統(tǒng)氣泡法測(cè)試結(jié)果最大偏差為-0.94%,說明該系統(tǒng)具有可靠的適用性及穩(wěn)定性。

為進(jìn)一步驗(yàn)證安全閥密封試驗(yàn)數(shù)字化檢測(cè)的精度,對(duì)不同條件下的泄漏率進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)試,通過直接收集排放介質(zhì)體積的排水法進(jìn)行流量驗(yàn)證。在此隨機(jī)選取3組安全閥（整定壓力分別為Q1組5 MPa、Q2組18 MPa、Q3組25 MPa）的測(cè)試數(shù)據(jù),每組測(cè)試3次,分析其測(cè)量精度及穩(wěn)定性。數(shù)字化測(cè)量泄漏率誤差分析見表3。

表3 數(shù)字化測(cè)量泄漏率誤差分析表（100 kPa、25 ℃）

數(shù)字化測(cè)量泄漏率誤差數(shù)據(jù)表明,在不同的流量條件下（5～20 cm3/min）,數(shù)字化測(cè)試系統(tǒng)均可以獲得穩(wěn)定的測(cè)試精度,其測(cè)量的平均誤差最大值為0.432%,達(dá)到了測(cè)試精度±0.5%的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),且符合GB/T 12242—2021規(guī)定的測(cè)量偏差不超過±1%的要求。

4 結(jié)論

1）通過智能化測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái),安全閥報(bào)檢單位可以由專業(yè)技術(shù)人員網(wǎng)上報(bào)檢,從而提高了安全閥報(bào)檢效率,提高了安全閥報(bào)檢信息的準(zhǔn)確率,保證了安全閥原始校驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的完整性,并采用了校驗(yàn)銘牌的激光打印,確保了銘牌保存的時(shí)效性。

2）通過安全閥報(bào)檢軟件、壓力傳感器定標(biāo)軟件、校驗(yàn)操作端軟件、OA管理系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)的使用,極大地提高了安全閥整定壓力調(diào)校及密封性試驗(yàn)的效率,保障了安全閥校驗(yàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性,通過掃描終身二維碼可隨時(shí)查看安全閥各種信息。

3）實(shí)現(xiàn)了安全閥校驗(yàn)整定壓力的智能化測(cè)試,經(jīng)性能測(cè)試驗(yàn)證最大偏差為0.375%；實(shí)現(xiàn)了安全閥密封性能試驗(yàn)自動(dòng)檢測(cè)泄漏氣體的體積流量,并以數(shù)字形式在計(jì)算機(jī)界面上顯示出來,經(jīng)性能測(cè)試驗(yàn)證最大偏差為0.432%,2項(xiàng)測(cè)試精度均達(dá)到了±0.5%的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。