CN104567746B - 一种高温法兰偏转角测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及高温法兰偏转角测试领域，具体涉及一种高温法兰偏转角测试系统。一种高温法兰偏转角测试系统，它主要包括为测量、监测对象的高温法兰，所述高温法兰主要由上法兰和下法兰采用螺栓连接而成，上法兰和下法兰之间采用垫片进行密封；其特征在于：它还包括高温高压模拟机构和法兰偏转角测试机构。该测试系统应用于各种工况下的高温法兰，能准确测试法兰盘的偏转角，给出刚度评价，保证生产、施工的顺利进行。

Description

一种高温法兰偏转角测试系统

技术领域

本发明专利涉及高温法兰偏转角测试领域，具体涉及一种高温法兰偏转角测试系统。

背景技术

法兰连接是石油化工设备中常用的连接方式，因其具有易于拆卸安装的优点，广泛应用于石化、核电、冶金、制药等行业的压力容器及管道中。随着经济发展与能源供应的矛盾日益突出，炼油及化工技术迅速发展，各种炼化装置中普遍存在高温高压工况。在高温操作条件下，法兰可能发生偏转、翘曲、蠕变等变化；高温法兰泄漏是石油化工等企业发生重大事故的主要原因之一，而法兰的泄漏与法兰盘的偏转角(即刚度)有着直接的联系。为避免高温法兰泄漏事故的发生，有必要设计一种高温法兰偏转角测试系统，，对高温法兰的偏转角进行测量研究，以寻求有效控制高温法兰泄漏的方法。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高温法兰偏转角测试系统，该测试系统应用于测试各种工况下的高温法兰，能准确测试法兰盘的偏转角，给出刚度评价，具有一定的科研价值，能保证生产、施工的顺利进行。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种高温法兰偏转角测试系统，它主要包括为测量、监测对象的高温法兰，所述高温法兰主要由上法兰和下法兰采用螺栓连接而成，上法兰和下法兰之间采用垫片进行密封；其特征在于：它还包括高温高压模拟机构和法兰偏转角测试机构；

所述高温高压模拟机构包括上盲板和下盲板，所述上盲板焊接在上法兰上端，下盲板焊接在下法兰下端，并且共同组成高温法兰的内部密封空间；所述上盲板通过管道连接有一个加压装置，该加压装置用于向密封空间内充入介质加压，并且在该管道上设置有一个阀门，所述上盲板上还设置有一个排气阀；所述下盲板上设置有一个底流口阀门；所述高温高压模拟机构中还包括温度传感器、压力传感器和电加热装置，并且都由一个集成电柜来控制和显示；所述电加热装置位于上述密封空间内，用于给密封空间内的介质加热，并且电加热装置的开关及加热力度均由集成电柜控制；所述温度传感器和压力传感器安装在下盲板上，分别用于监控上述密封空间的温度和压力，并且温度传感器和压力传感器监控来的数据通过集成电柜内的单片机反馈出来；

所述法兰偏转角测试机构包括上延伸圆棒和下延伸圆棒，分别一上一下正对布置在上、下法兰的法兰盘上，所述上、下延伸圆棒的一端与法兰盘外沿焊接连接，并且与法兰盘的直径共线；所述上、下延伸圆棒的另一端分别焊接有上测量板和下测量板，上、下测量板上下平行对称布置，并且与法兰盘平行；所述上测量板为正方形，在其四个角处以及四边中点处均设置有激光测距仪的光学传感器，用于测量与下测量板之间的距离。

所述上测量板、下测量板及上测量板上的光学传感器统一采用封装外壳封装起来。

所述封装外壳用一支撑杆支撑，该支撑杆为升降杆，可以在一定范围内进行升降。

所述加压装置为水泵或空气压缩机，分别用于提供液体或气体两种介质。

所述电加热装置的电热丝绕高温法兰的内壁均匀分布。

一种高温法兰偏转角测试系统，它还包括有红外线测温仪，该红外线测温仪用于测试时测量上法兰和下法兰各个部位的温度。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用水泵或空气压缩机为高温法兰提供高压环境，利用电加热装置为高温法兰提供高温环境，可以做多组温度和压力情况下的测试(即各种工况)，可以测试高温高压条件下法兰盘的偏转角，给出刚度评价，保证生产、施工的顺利进行；本发明法兰偏转角测量准确，对科研和工程皆具有较强的指导意义；

2、本发明中将上测量板和下测量板统一封装起来，可以避免受到灰尘、雨等因素的干扰，保证测量的准确性；

3、本发明中封装外壳用支撑杆支撑，该支撑杆为升降杆，可以在一定范围内进行升降，以调节到合理的高度；

4、本发明中加压装置为水泵或空气压缩机，适用于液体介质和气体介质，结构比较简单常见；

5、本发明中电加热装置的电热丝绕高温法兰的内壁均匀分布，可使介质和高温法兰内壁均匀受热，在此基础上，更能清楚的评估出法兰连接系统中的温度梯度，可以更深层次的探测出不同温度、不同温度梯度下法兰偏转角与温度的关系；

6、本发明中它还包括有红外线测温仪，用于测试时测量上法兰和下法兰各个部位的温度(即法兰盘、锥颈和承接口部分的温度)，可实时得到其外部温度边界条件。

附图说明

图1为一种高温法兰偏转角测试系统的整体结构示意图。

图2为上法兰与上测量板连接后的整体的仰视图。

图3为上测量板上光学传感器的位置分布示意图。

图中：1-螺栓、2-垫片、3-上法兰、4-加压装置、5-阀门、6-排气阀、7-上盲板、8-加热装置、9-光学传感器、10-上延伸圆棒、11-上测量板、14-激光测距仪、15-下测量板、16-封装外壳、17-下延伸圆棒、18-下法兰、19-集成电柜、20-下盲板、21-温度传感器、22-压力传感器、23-底流口阀门、24支撑杆、25-红外线测温仪。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明(如图1、2)。

一种高温法兰偏转角测试系统，它主要包括为测量、监测对象的高温法兰，所述高温法兰主要由上法兰3和下法兰18采用螺栓1连接而成(所述高温法兰中的上、下法兰3、18一般都是由法兰盘、锥颈和承接口构成的一体成型结构)，上法兰3和下法兰18之间采用垫片2进行密封；

它还包括高温高压模拟机构(高温高压模拟机构用于在高温法兰内部模拟高温高压工况)和法兰偏转角测试机构；

所述高温高压模拟机构包括上盲板7和下盲板20，所述上盲板7焊接在上法兰3上端，下盲板20焊接在下法兰18下端，并且共同组成高温法兰的内部密封空间；所述上盲板7通过管道连接有一个加压装置4，该加压装置4用于向密封空间内充入介质加压(即提供高压环境)，并且在该管道上设置有一个阀门5，所述上盲板7上还设置有一个排气阀6；所述下盲板20上设置有一个底流口阀门23；所述高温高压模拟机构中还包括温度传感器21、压力传感器22和电加热装置8，并且都由一个集成电柜19来控制和显示(所述集成电柜19内设有开关和单片机)；所述电加热装置8位于上述密封空间内，用于给密封空间内的介质加热(即提供高温环境)，并且电加热装置8的开关及加热力度均由集成电柜19控制；所述温度传感器21和压力传感器22安装在下盲板20上，分别用于监控上述密封空间的温度和压力，并且温度传感器21和压力传感器22监控来的数据通过集成电柜19内的单片机(显示)反馈出来；

所述法兰偏转角测试机构包括(坚硬且耐高温的)上延伸圆棒10和下延伸圆棒17，分别一上一下正对布置(即位于同一立面上)在上、下法兰3、18的法兰盘上，所述上、下延伸圆棒10、17的一端与法兰盘外沿焊接连接，并且与法兰盘的直径共线(即位于法兰盘直径直径的延长线上)；所述上、下延伸圆棒10、17的另一端分别焊接有上测量板11和下测量板15，上、下测量板11、15上下平行对称布置，并且与法兰盘平行；所述上测量板11为正方形(的薄板)，在其四个角处以及四边中点处均设置有激光测距仪14的光学传感器9，用于测量与下测量板15之间的距离(所述下测量板15没有附属部件，仅起配合测距的作用)。所述上、下延伸圆棒10、17选用硬度高、强度大、耐高温的材料，可直接与高温法兰接触，同时可以有效的散失热量，保证上、下测量板11、15的测量不受高温的影响；上、下测量板11、15选用重量轻而坚硬的薄板，避免因重力影响而产生初始变形，保证结果测量准确。

所述上测量板11、下测量板15及上测量板11上的光学传感器9统一采用封装外壳16封装起来。避免受到灰尘、雨等因素的干扰，保证测量的准确性。

所述封装外壳16用一支撑杆24支撑，该支撑杆24为升降杆，可以在一定范围内进行升降(以调节到合理的高度)。

所述加压装置4为水泵或空气压缩机，分别用于提供液体或气体两种介质。

所述电加热装置8的电热丝绕高温法兰的内壁均匀分布。可使介质和高温法兰内壁均匀受热，在此基础上，更能清楚的评估出法兰连接系统中的温度梯度，可以更深层次的探测出不同温度、不同温度梯度下法兰偏转角与温度的关系。

一种高温法兰偏转角测试系统，它还包括有红外线测温仪25，该红外线测温仪25用于测试时测量上法兰3和下法兰18各个部位的温度(即法兰盘、锥颈和承接口部分的温度，可实时得到其外部温度边界条件)。以确定法兰内外的温度梯度。

本发明中模拟高温环境的相关原理：所述电加热装置8可用于对介质进行加热，提供高温环境，同时由温度传感器21来测量介质的温度，由集成电柜19来显示介质温度值并合理的控制测试温度。

本发明中模拟高压环境的相关原理：所述加压装置4可向高温法兰的内部密封空间内充入足量的介质，提供高压环境，并由压力传感器22的示数来控制压力的具体数值；设置排气阀6方便在充入液体介质的时候用于排气，设置底流口阀门23，方便测试结束后将法兰连接中的介质排出，排气阀6与底流口23共同作用可用排水法来测量法兰连接系统的腔内体积。

本发明的测试过程：

(1)工作前，激光测距仪14、集成电柜19开机预热，检查阀门5、排气阀6、底流口阀门23开关状态；

(2)工作时，加压装置4将介质充入高温法兰的内部密封空间内，通过压力传感器22显示压力，将压力调节到待测压力；开启电加热装置8，凭借温度传感器21在集成电柜19上显示介质温度，将介质温度调节到待测温度，在此高温高压工况下，保压足够长的时间；通过激光测距仪14对上测量板11与下测量板15周边两板间距进行测量记录，对该记录的数据进行计算得出法兰盘的偏转角；

(3)法兰盘偏转角的计算公式为：

所述上测量板6为正方形，在其四个角处以及四边中点处均设置有激光测距仪的激光测距传感器，用于测量与下测量板之间的距离。现将上测量板上的8个测量点进行编号，依次编号为：61、62、63、64、65、66、67、68(如图3所示)。利用8个测量点测量得到的距离进行几何分析计算得到各个偏转角：

偏转角1(θ_64-65)：

设正方形的边长为l,则上测量板的对角线长度为上测量板测量点65处测得的垂直于上测量板的的距离为d₆₅，上测量板测量点64处测得的垂直于上测量板的的距离为d₆₄

偏转角2(θ61-63)：

设正方形的边长为l,则上测量板的对角线长度为上测量板测量点61处测得的垂直于上测量板的的距离为d₆₁，上测量板测量点63处测得的垂直于上测量板的的距离为d₆₃

偏转角3(θ_66-68)：

设正方形的边长为l,则上测量板的对角线长度为上测量板测量点66处测得的垂直于上测量板的的距离为d₆₆，上测量板测量点68处测得的垂直于上测量板的的距离为d₆₈

偏转角4(θ_62-67)：

设正方形的边长为l,则上测量板的对角线长度为上测量板测量点62处测得的垂直于上测量板的的距离为d₆₂，上测量板测量点67处测得的垂直于上测量板的的距离为d₆₇

偏转角5(θ_61-68)：

设正方形的边长为l,则上测量板的对角线长度为上测量板测量点61处测得的垂直于上测量板的的距离为d₆₁，上测量板测量点68处测得的垂直于上测量板的的距离为d₆₈

偏转角6(θ_63-66)：

设正方形的边长为l,则上测量板的对角线长度为上测量板测量点63处测得的垂直于上测量板的的距离为d₆₃，上测量板测量点66处测得的垂直于上测量板的的距离为d₆₆

偏转角7(θ_61-66)：

设正方形的边长为l,则上测量板的对角线长度为上测量板测量点61处测得的垂直于上测量板的的距离为d₆₁，上测量板测量点66处测得的垂直于上测量板的的距离为d₆₆

偏转角8(θ_63-68)：

设正方形的边长为l,则上测量板的对角线长度为上测量板测量点63处测得的垂直于上测量板的的距离为d₆₃，上测量板测量点68处测得的垂直于上测量板的的距离为d₆₈

当以上8个偏转角均在安全许可范围内时，状态显示为安全。

Claims (10)

1.一种高温法兰偏转角测试系统，它主要包括为测量、监测对象的高温法兰，所述高温法兰主要由上法兰（3）和下法兰（18）采用螺栓（1）连接而成，上法兰（3）和下法兰（18）之间采用垫片（2）进行密封；其特征在于：它还包括高温高压模拟机构和法兰偏转角测试机构；

所述高温高压模拟机构包括上盲板（7）和下盲板（20），所述上盲板（7）焊接在上法兰（3）上端，下盲板（20）焊接在下法兰（18）下端，并且共同组成高温法兰的内部密封空间；所述上盲板（7）通过管道连接有一个加压装置（4），该加压装置（4）用于向密封空间内充入介质加压，并且在该管道上设置有一个阀门（5），所述上盲板（7）上还设置有一个排气阀（6）；所述下盲板（20）上设置有一个底流口阀门（23）；所述高温高压模拟机构中还包括温度传感器（21）、压力传感器（22）和电加热装置（8），并且都由一个集成电柜（19）来控制和显示；所述电加热装置（8）位于上述密封空间内，用于给密封空间内的介质加热，并且电加热装置（8）的开关及加热力度均由集成电柜（19）控制；所述温度传感器（21）和压力传感器（22）安装在下盲板（20）上，分别用于监控上述密封空间的温度和压力，并且温度传感器（21）和压力传感器（22）监控来的数据通过集成电柜（19）内的单片机反馈出来；

所述法兰偏转角测试机构包括上延伸圆棒（10）和下延伸圆棒（17），分别一上一下正对布置在上、下法兰（3、18）的法兰盘上，所述上、下延伸圆棒（10、17）的一端与法兰盘外沿焊接连接，并且与法兰盘的直径共线；所述上、下延伸圆棒（10、17）的另一端分别焊接有上测量板（11）和下测量板（15），上、下测量板（11、15）上下平行对称布置，并且与法兰盘平行；所述上测量板（11）为正方形，在其四个角处以及四边中点处均设置有激光测距仪（14）的光学传感器（9），用于测量与下测量板（15）之间的距离。

2.根据权利要求1所述的一种高温法兰偏转角测试系统，其特征在于：所述上测量板（11）、下测量板（15）及上测量板（11）上的光学传感器（9）统一采用封装外壳（16）封装起来。

3.根据权利要求2所述的一种高温法兰偏转角测试系统，其特征在于：所述封装外壳（16）用一支撑杆（24）支撑，该支撑杆（24）为升降杆，可以在一定范围内进行升降。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种高温法兰偏转角测试系统，其特征在于：所述加压装置（4）为水泵或空气压缩机，分别用于提供液体或气体两种介质。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种高温法兰偏转角测试系统，其特征在于：所述电加热装置（8）的电热丝绕高温法兰的内壁均匀分布。

6.根据权利要求4所述的一种高温法兰偏转角测试系统，其特征在于：所述电加热装置（8）的电热丝绕高温法兰的内壁均匀分布。

7.根据权利要求1、2或3所述的一种高温法兰偏转角测试系统，其特征在于：它还包括有红外线测温仪（25），该红外线测温仪（25）用于测试时测量上法兰（3）和下法兰（18）各个部位的温度。

8.根据权利要求4所述的一种高温法兰偏转角测试系统，其特征在于：它还包括有红外线测温仪（25），该红外线测温仪（25）用于测试时测量上法兰（3）和下法兰（18）各个部位的温度。

9.根据权利要求5所述的一种高温法兰偏转角测试系统，其特征在于：它还包括有红外线测温仪（25），该红外线测温仪（25）用于测试时测量上法兰（3）和下法兰（18）各个部位的温度。

10.根据权利要求6所述的一种高温法兰偏转角测试系统，其特征在于：它还包括有红外线测温仪（25），该红外线测温仪（25）用于测试时测量上法兰（3）和下法兰（18）各个部位的温度。