CN103926069A - 基于熔融盐系统的高温阀门检测试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于熔融盐系统的高温阀门检测试验装置，包括氮气保护装置、熔盐炉、熔盐泵和检测装置；所述氮气保护装置包括制氮机和真空泵；所述熔盐炉的顶部设置有安全阀和压力传感器，内设置有电加热伴管；所述熔盐泵通过支架固定安装在熔盐炉的顶部，所述熔盐泵的吸入口与熔盐炉连接，出口通过第一主干管道与待测阀门连接；所述检测装置包括检测台和测试装置，所述待测阀门设置在检测台上，所述测试装置包括高温流量计、压差计和扭矩测试装置；所述待测阀门通过第二主干管道与熔盐炉的顶部连接。本发明将熔融盐系统与阀门检测试验台相连接，通过模拟现场工况下管道阀门在高温介质流过的情形，可以对高温阀门进行高温流通性能检测。

Description

基于熔融盐系统的高温阀门检测试验装置

技术领域

本发明属于机械部件测试技术领域，具体涉及一种基于熔融盐系统的高温阀门检测试验装置。

背景技术

阀门是管路流体输送系统中的控制部件，是控制介质流动的一种重要附件，主要用于改变通路断面和介质流动方向，具有导流、截止、节流、止回、分流、溢流泄压等功能。工业阀门的大量应用是在瓦特发明蒸汽机之后，近二三十年来，由于石油、化工、电站、冶金、船舶、核能、宇宙等方面的需要，对阀门提出了更高的要求，促使人们研究和生产高参数的阀门，其工作温度从超低温-269℃到高温1200℃，甚至高达3430℃。

熔融盐（简称为熔盐）是盐的熔融态液体，通常说的熔融盐是指无机盐的熔融体。熔融盐一般不含水，电导率较高，分解电压较大，热容量大，粘度低，一般的熔融盐使用温度在300℃～1000℃之间，新研发的低熔点混合熔融盐的使用温度更是扩大到60℃～1000℃，且具有良好的热稳定性和较低的饱和蒸汽压，能够很好的保证高温下熔融盐设备的安全性，因此在各种工业及科技领域中得到广泛应用。

最常见的熔融盐由碱金属或碱土金属与卤化物、硅酸盐、碳酸盐、硝酸盐以及磷酸盐组成，形成熔融态的无机盐其固态大部分为离子晶体，在高温下融化后形成离子熔体，离子熔体在应用中有许多不同于水溶液的性质，目前主要被当做高温传热工质广泛应用于国内外太阳能发电机其他热系统中。

高温阀门广泛的应用于石油炼化行业，流通介质一般为烟气或裂解油等高温介质，因此高温阀门企业对外提供产品前，应对其进行高温下的性能检测，如阀门在高温介质下开关性能是否良好、泄露是否严重、流通能力是否优良等，但是，熔融盐作为一种优良的载热体，国内外并没有将其作为高温介质应用到高温阀门检测试验系统中，导致目前国内缺乏在高温介质流通能力方面的检测设备，使得高温阀门企业无法提供相应的参数数据，直接影响了国内高温阀门产品的核心竞争力。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中无法有效解决高温阀门企业对外提供产品前对高温阀门进行高温介质下的性能检测等问题的缺陷，提供一种能有效解决上述问题的基于熔融盐系统的高温阀门检测试验装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于熔融盐系统的高温阀门检测试验装置，包括氮气保护装置、熔盐炉、熔盐泵和检测装置；其中，所述氮气保护装置包括制氮机和真空泵，所述制氮机通过钢管与熔盐炉的顶部连接，所述真空泵通过软管与熔盐炉的顶部连接；所述熔盐炉的顶部设置有安全阀和压力传感器，所述熔盐炉内设置有电加热伴管；所述熔盐泵通过支架固定安装在熔盐炉的顶部，所述熔盐泵的吸入口与熔盐炉连接，所述熔盐泵的出口通过第一主干管道与待测阀门的入口连接；所述检测装置包括检测台和测试装置，所述待测阀门设置在检测台上，所述测试装置包括高温流量计、压差计和扭矩测试装置，所述高温流量计设置在第一主干管道上，所述压差计的接头分别与待测阀门的两端连接，所述扭矩测试装置与待测阀门的阀杆连接；所述待测阀门的出口通过第二主干管道与熔盐炉的顶部连接。

按上述技术方案，所述第一主干管路与第二主干管路之间设有旁路管道，所述旁路管道上设置有减压阀。

按上述技术方案，所述第二主干管道上设置有伴热装置和保温装置。

按上述技术方案，所述伴热装置为伴热带，所述保温装置为硅酸铝保温材料。

按上述技术方案，所述第二主干管道上设置有止回阀。

按上述技术方案，所述第一主干管道和第二主干管道共同形成一个向上倾斜一定角度的类长方形结构，所述检测台的表面也相应的向上倾斜一定角度。

按上述技术方案，所述一定角度为10°。

按上述技术方案，所述熔盐泵为单吸式液下泵，泵轴位置为边立式。

本发明产生的有益效果是：本发明弥补了国内高温阀门检测的不足，将熔融盐系统与阀门检测试验台相连接，通过模拟现场工况下管道阀门在高温介质流过的情形，可以对高温阀门进行高温流通性能检测，包括阻力系数测试、扭矩性能测试、流量特性测试以及泄露量检测。本发明能测试不同规格的高温阀门，测试范围广，与其他同类别的测试装置相比，结构简单，操作方便。

具体的，在熔盐炉开启之前，先通过真空泵排空熔盐炉内的气体，再通过制氮机向熔盐炉内注入氮气，然后通过电加热伴管将熔盐炉内的混合无机盐缓慢加热至所需的测试温度（一般为650℃），在充气和加热过程中，通过安全阀和压力传感器保证熔盐炉内部的微正压状态，即安全阀出口压力为200Pa，再开启熔盐泵，输送压力为1MPa，此时熔融盐经第一主干管道流经待测阀门，再经第二主干管道流回熔盐炉，实现熔融盐的循环使用，在此过程中，记录高温阀门的相对开度值、高温流量计的示数、扭矩测试装置的示数和压差计的示数，再经公式计算出阻力系数、扭矩性能、流量特性和泄露量。

进一步的，待测阀门随着开度的不同，阀前压力也会不同，当待测阀门处于全关状态时，管道内压力会急剧增加，从而导致熔盐泵损坏，本发明通过设置旁路管道，并在旁路管道上设置减压阀，当管道内压力超过1MPa时自动开启减压阀进行泄压，保证本发明的安全和完好运行。

进一步的，通过设置伴热装置和保温装置，可以在熔盐炉加热的同时，对主干管道、旁路管道及阀门等附件进行预热和保温，以防止熔融盐在流经管道时发生冷凝固化。

进一步的，伴热装置选用伴热带，可以将伴热带缠绕在主干管道、旁路管道及阀门等附件上，其安装简便、温度均匀、维护简单、安全可靠，保温装置选用硅酸铝保温材料，它无毒无害、吸水阻燃、具有优良的耐高温、耐水、耐冻性能。

进一步的，通过设置止回阀，用于控制管道内熔融盐单向流动，防止管道内的高温介质倒流。

进一步的，第一、第二主干管道形成一个类长方形结构，且向上倾斜一定角度，以10°最佳，可以保证熔融盐介质更顺畅的流回熔盐炉，相应的，检测台也向上倾斜一定角度，以方便安装待测阀门。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是数据采集和控制装置的结构示意图；

图3是控制柜的结构示意图。

图中：1-熔盐炉、2-熔盐泵、3-减压阀、4-高温流量计、5-待测阀门、6-压差计、7-扭矩测试装置、8-检测台、9-硅酸铝保温材料、10-伴热带、11-止回阀、12a-第一主干管道、12b-第二主干管道、13-压力传感器、14-安全阀、15-真空泵、16-制氮机、17-钢管、18-软管、19-旁路管道、21-压差计数器、22-流量计数器、23-待测阀门行程计数器、24-待测阀门扭矩计数器、25-控制柜、26-熔盐炉温度显示器、27-熔盐炉内氮气压力显示器、28-制氮机开关、29-真空泵开关、30-熔盐炉开关、31-伴热带开关、32-熔盐泵开关、40-计算机、41-采集卡。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供一种基于熔融盐系统的高温阀门检测试验装置，包括氮气保护装置、熔盐炉1、熔盐泵2、检测装置、数据采集和控制装置、控制系统。氮气保护装置包括制氮机16和真空泵15，制氮机16通过钢管17与熔盐炉1的顶部连接，真空泵15通过软管18与熔盐炉1的顶部连接，钢管为不锈钢钢管，软管为真空软管。熔盐炉1的顶部设置有安全阀14和压力传感器13，熔盐炉1内设置有电加热伴管。熔盐泵2为单吸式液下泵，泵轴位置为边立式，其通过支架固定安装在熔盐炉1的顶部，熔盐泵2的吸入口与熔盐炉1连接，熔盐泵2的出口通过第一主干管道12a与待测阀门5的入口连接，待测阀门5的出口通过第二主干管道12b与熔盐炉1的顶部连接，第一、第二主干管道均为316L钢管。检测装置包括检测台8和测试装置，待测阀门5设置在检测台上，检测台为水泥基座，测试装置包括高温流量计4、压差计6和扭矩测试装置7，高温流量计4设置在第一主干管道12a上，压差计6的接头分别与待测阀门5的两端连接，扭矩测试装置7与待测阀门的阀杆连接。一般来说，扭矩测试装置7包括电动执行器和扭矩传感器，扭矩传感器依靠联轴器连接待测阀门和电动执行器轴，电动执行器利用其蜗轮蜗杆结构控制待测阀门的启闭，电动执行器上设有位移传感器。

在熔盐炉开启之前，先通过真空泵排空熔盐炉内的气体，再通过制氮机向熔盐炉内注入氮气，然后通过电加热伴管将熔盐炉内的混合无机盐缓慢加热至所需的测试温度（一般为650℃），在充气和加热过程中，通过安全阀和压力传感器保证熔盐炉内部的微正压状态，即安全阀出口压力为200Pa，再开启熔盐泵，输送压力为1MPa，此时熔融盐经第一主干管道流经待测阀门，再经第二主干管道流回熔盐炉，实现熔融盐的循环使用，在此过程中，记录高温阀门的相对开度值、高温流量计的示数、扭矩测试装置的示数和压差计的示数，再经公式计算出阻力系数、扭矩性能、流量特性和泄露量。

优选的，因为待测阀门随着开度的不同，阀前压力也会不同，当待测阀门处于全关状态时，管道内压力会急剧增加，从而导致熔盐泵损坏，本发明在第一主干管路12a与第二主干管路12b之间设有旁路管道19，旁路管道19上设置有减压阀3，当管道内压力超过1MPa时自动开启减压阀进行泄压，保证本发明的安全和完好运行。

优选的，第二主干管道12b上设置有伴热装置和保温装置，伴热装置为伴热带10，保温装置为硅酸铝保温材料9，可以在熔盐炉加热的同时，将伴热带10缠绕在主干管道、旁路管道及阀门等附件以进行预热，硅酸铝保温材料9用于保温，以防止熔融盐在流经管道时发生冷凝固化。

优选的，第二主干管道12b上设置有止回阀11，用于控制管道内熔融盐单向流动，防止管道内的高温介质倒流。

优选的，第一主干管道12a和第二主干管道12b共同形成一个向上倾斜一定角度的类长方形结构，检测台8的表面也相应的向上倾斜一定角度，以一定角度为10°效果最佳，可以保证熔融盐介质更顺畅的流回熔盐炉，相应的，检测台也向上倾斜一定角度，以方便安装待测阀门。

本实施例中，所用的熔融盐是一种三元无机盐类，是由硝酸钾（KNO₃）、亚硝酸钠（NaNO₂）及硝酸钠（NaNO₃）按特定的配比方式熔融后混合组成，熔点在142℃，最高使用温度为650℃。本发明的使用方法是：将粉状的混合无机盐放入熔盐炉1内；在熔盐炉1开启之前，应将待测阀门5完好的固定在检测台8上，并与第一、第二主干管道紧密连接，保证熔盐炉内与外界空气的隔绝，开启真空泵15，排空熔盐炉内的气体后关闭真空泵15，打开制氮机16，将氮气注入熔盐炉1内，氮气作为保护气体，在每次试验前，上述排气进行过程需进行至少3次以保证纯度；启动电加热伴管，先将熔融盐初步熔化再继续加热，最终加热至650℃，开启熔盐泵2，输送压力为1MPa，此时熔融盐经第一主干管道流经待测阀门5，再经第二主干管道流回熔盐炉；在充气和加热过程中，位于熔盐炉上方的安全阀14出口压力保持为200Pa(表压)，以保证熔盐炉内部的微正压状态。

如图2所示，当高温熔融盐介质在管道内流动时，为了保证人员的安全，需要远离试验现场的数据采集和控制装置，其控制元件以及数显元件依靠信号线进行远距离传输，数据采集和控制装置主要由各路信号变送器、采集卡41和计算机40组成，信号变送器将各路信号发送到采集卡41，计算机40用于处理采集卡41发送的各路信号，经软件整理分析得出直观的图像。各路信号变送器包括压差计数器21、流量计数器22、待测阀门行程计数器23和待测阀门扭矩计数器24，分别用于记录压差计的示数、高温流量计的示数、电动执行器转动的角度和扭矩传感器的示数。

如图3所示，控制系统用于控制各个电器的开关，控制系统设置在控制柜25上，在控制柜25上设有熔盐炉温度显示器26、熔盐炉内氮气压力显示器27、制氮机开关28、真空泵开关29、熔盐炉开关30、伴热带开关31和熔盐泵开关32。 

本实施例中，待测阀门的测试内容包括阻力系数测试、扭矩性能测试、流量特性测试和泄漏量测试。

阀门的阻力系数取决于阀门的尺寸、结构以及内腔形状。试验过程中阀前最大压力为1MPa，需要测得的量为阀门相对开度（%）、阀前后压差（MPa）、管内流量（m³/s）。其中阀门相对开度由计算机依靠扭矩测试装置7进行控制，阀前后压差由压差计6测出，管内流量由高温流量计4测得，所得的数据经采集卡41实时采集、计算机40的分析后得到待测阀门不同开度下的阻力系数图。

阀门的扭矩性能测试过程中，需要测得的量为阀门相对开度(%），以及对应开度下阀杆的扭矩(Nm)。将待测阀门电动执行器的角度变化范围限定在0～90°，在计算机上控制阀门启闭过程中转动的角度，位于扭矩测试装置上的扭矩传感器响应后得到各角度下的扭矩值，所得的数据经软件分析整理后可得出待测阀门的开度-扭矩图。

阀门的流量特性是指开度与流量的关系。本实施例中，高温熔融盐经熔盐泵以1MPa的压力作用于待测阀门，试验过程中，需要测得的量为阀门的相对开度(%)和高温流量计的读数(m³/h)。阀门启闭过程中的相对开度由电动执行器上的位移传感器测出，阀前流量由高温流量计4测出，两者数据经采集卡采集、计算机分析整理后得出待测阀门的流量特性曲线。

本实施例中试验阀门的泄漏量采用定量检测，即当高温熔盐在管内循环过程中完全关闭待测阀门阀板，观察阀前高温流量计的示数是否改变，如果示数没有变化表示待测阀门无泄漏；如果示数变化表示待测阀门存在泄露，单位时间内的泄漏量即流量计所测得的值。

本发明将熔融盐系统与阀门检测试验台相连接，通过模拟现场工况下管道阀门在高温介质流过的情形，可以对高温阀门进行高温流通性能检测，包括阻力系数测试、扭矩性能测试、流量特性测试以及泄露量检测。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于熔融盐系统的高温阀门检测试验装置，其特征在于：包括氮气保护装置、熔盐炉、熔盐泵和检测装置；其中，所述氮气保护装置包括制氮机和真空泵，所述制氮机通过钢管与熔盐炉的顶部连接，所述真空泵通过软管与熔盐炉的顶部连接；所述熔盐炉的顶部设置有安全阀和压力传感器，所述熔盐炉内设置有电加热伴管；所述熔盐泵通过支架固定安装在熔盐炉的顶部，所述熔盐泵的吸入口与熔盐炉连接，所述熔盐泵的出口通过第一主干管道与待测阀门的入口连接；所述检测装置包括检测台和测试装置，所述待测阀门设置在检测台上，所述测试装置包括高温流量计、压差计和扭矩测试装置，所述高温流量计设置在第一主干管道上，所述压差计的接头分别与待测阀门的两端连接，所述扭矩测试装置与待测阀门的阀杆连接；所述待测阀门的出口通过第二主干管道与熔盐炉的顶部连接。

2.根据权利要求1所述的高温阀门检测试验装置，其特征在于：所述第一主干管路与第二主干管路之间设有旁路管道，所述旁路管道上设置有减压阀。

3.根据权利要求1所述的高温阀门检测试验装置，其特征在于：所述第二主干管道上设置有伴热装置和保温装置。

4.根据权利要求3所述的高温阀门检测试验装置，其特征在于：所述伴热装置为伴热带，所述保温装置为硅酸铝保温材料。

5.根据权利要求1所述的高温阀门检测试验装置，其特征在于：所述第二主干管道上设置有止回阀。

6.根据权利要求1所述的高温阀门检测试验装置，其特征在于：所述第一主干管道和第二主干管道共同形成一个向上倾斜一定角度的类长方形结构，所述检测台的表面也相应的向上倾斜一定角度。

7.根据权利要求6所述的高温阀门检测试验装置，其特征在于：所述一定角度为10°。

8.根据权利要求1所述的高温阀门检测试验装置，其特征在于：所述熔盐泵为单吸式液下泵，泵轴位置为边立式。