CN105004493A - 螺栓法兰连接系统的测漏装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺栓法兰连接系统的测漏装置，包括左管道、右管道、左法兰、右法兰、螺栓和垫片，所述左管道和右管道的非连接端均封闭并在内部形成密封腔，密封腔的内部设有加热机构，密封腔的外部设有高压储气罐，高压储气罐通过管道依次连接平衡阀和流量计并最终与密封腔连通，所述测漏装置还包括用于测量密封腔内部温度和压力的传感器。该装置结构简单、操作方便，既能检测螺栓法兰连接系统是否存在泄漏现象，又能精确地计算出螺栓法兰连接系统的泄漏率。

Description

螺栓法兰连接系统的测漏装置

技术领域

本发明涉及一种螺栓法兰连接系统的测漏装置，用于测试高温下螺栓法兰连接系统的泄漏率。

背景技术

螺栓法兰连接是压力容器和管道设备中常见的连接方式，螺栓法兰连接是指通过螺栓将两个法兰压紧并通过垫片使两个法兰密封。螺栓法兰连接广泛的应用于石油、化工、航天航空等各行各业中，由于螺栓法兰连接系统长期工作在高温高压的工作环境下，所以螺栓法兰容易产生螺栓伸长、法兰翘曲、垫片变形等问题，而这些问题都会使螺栓法兰连接系统在一定程度上产生泄漏，若系统产生泄漏则很有可能造成经济损失和安全事故。

为了提高螺栓法兰连接系统的紧密性，需要得到螺栓法兰连接系统在高温下的泄漏率数据，因此需要设计专门的装置测试高温下螺栓法兰连接系统的泄漏率。

发明内容

本发明的目的是提供一种螺栓法兰连接系统的测漏装置，该装置结构简单、操作方便，既能检测螺栓法兰连接系统是否存在泄漏现象，又能精确地计算出螺栓法兰连接系统的泄漏率。

本发明所采用的技术方案是：

一种螺栓法兰连接系统的测漏装置，包括相互连接的左管道和右管道、将左管道和右管道连接的左法兰和右法兰、压紧左法兰和右法兰的螺栓以及用于密封的垫片；所述左管道和右管道的非连接端均封闭并在内部形成密封腔，密封腔的内部设有加热机构，密封腔的外部设有高压储气罐，高压储气罐通过管道依次连接平衡阀和流量计并最终与密封腔连通，所述测漏装置还包括用于测量密封腔内部温度和压力的传感器。

作为本发明的进一步改进，所述螺栓上连接有用于测量螺栓伸长量的第一直线位移传感器，所述垫片上连接有用于测量垫片压缩量的第二直线位移传感器，所述左法兰和右法兰配合的连接有用于测量法兰转角的角位移传感器。

作为本发明的进一步改进，所述的第一直线位移传感器和第二直线位移传感器均为LVDT，所述角位移传感器为RVDT。

作为本发明的进一步改进，所述高压储气罐与平衡阀之间的管路上设有缓冲罐，所述缓冲罐上设有压力表和温度传感器。

作为本发明的进一步改进，所述缓冲罐上还设有调压阀和泄压阀。

作为本发明的进一步改进，所述流量计与密封腔之间的管路上设有换热器。

作为本发明的进一步改进，所述换热器为套管式换热器，所述套管式换热器由水箱提供冷却源。

作为本发明的进一步改进，所述高压储气罐内的气体为氦气。

作为本发明的进一步改进，所述加热机构为加热电阻，加热电阻密封的穿过左管道或右管道并与温度控制箱电连接。

本实用新型的有益效果是：

1.工作时，高压储气罐向密封腔内输送气体，通过加热机构加热密封腔内的气体并实时监测密封腔内气体的温度和压力值，当达到待测温度时，保持待测温度并保压足够的时间，此时，若高压储气罐与密封腔内的气体满足气态平衡方程(表现为密封腔内气体的压力值不变)，则没有发生泄漏，若高压储气罐与密封腔内的气体不满足气态平衡方程(表现为密封腔内气体的压力值变小)，则发生泄漏；气体从密封腔泄漏会影响密封腔的压力，通过平衡阀调节管道两侧的压力，密封腔内泄露多少气体就会从高压储气罐里补充多少气体，通过流量计检测气体的体积变化量，通过体积变化量得到体积变化率(通过体积变化率表示泄漏率)，即可精确求得泄露率。该装置结构简单、操作方便，既能检测螺栓法兰连接系统是否存在泄漏现象，又能精确计算出不同压力和温度条件下的泄漏率，对于提高螺栓法兰连接系统的紧密性研究具有参考意义。

2.通过传感器监测不同压力和温度条件下螺栓的伸长量、垫片压缩量和法兰的转角，可以求得螺栓的预紧力和垫片的应力等数据，为螺栓、垫片和法兰优化和改进提供了数据支持。

3.高压储气罐内压力较大，如果直接接入平衡阀会对平衡阀造成损伤，影响工作寿命，因此在高压储气罐与平衡阀之间的管路上设有缓冲罐可以起到缓冲作用，同时压力表和温度传感器可以实时检测缓冲罐内的温度和压力。

4.缓冲罐上设置调压阀用于调节缓冲罐内的压力，进一步保证平衡阀的安全工作。

5.由于密封腔内的高温气体会影响流量计的测量，因此在流量计与密封腔之间的管路上设置的换热可以起到换热降温的作用，保证了流量计的测量精度。

6.采用氦气作为高压储气罐内的气体，加热至高温不会产生危险，安全可靠。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中第一直线位移传感器、第二直线位移传感器和角位移传感器的安装示意图。

图中：1-高压储气罐；2-阀门；3-压力表；4-泄压阀；5-缓冲罐；6-调压阀；7-温度传感器；8-微压平衡阀；9-微量体积流量计；10-套管式换热器；11-水箱；12-温度控制箱；13-盲板；14-左管道；15-密封腔；16-加热电阻；17-左法兰；18-垫片；19-螺栓；20-右法兰；21-右管道；22-左支架；23-用于测量密封腔内部温度和压力的传感器；24-右支架；25-第一直线位移传感器；26-手动开关；27-第二直线位移传感器；28-角位移传感器；A-数据采集系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种螺栓法兰连接系统的测漏装置，包括相互连接的左管道14和右管道21(左管道14和右管道21分别通过左支架22和右支架24水平支撑，保证了管道整体的平稳，右管道21底部还设有泄压阀4)、将左管道14和右管道21连接的左法兰17和右法兰20、压紧左法兰17和右法兰20的螺栓19以及用于密封的垫片18，所述左管道14和右管道21的非连接端均通过盲板13焊接封闭并在内部形成密封腔15，密封腔15的内部设有加热机构(在本实施例中，所述加热机构为加热电阻16，加热电阻16密封的穿过左管道14与温度控制箱12电连接)，密封腔15的外部设有高压储气罐1，高压储气罐1通过管道依次连接微压平衡阀8和微量体积流量计9并最终与密封腔15连通，所述测漏装置还包括用于测量密封腔内部温度和压力的传感器23。

工作时，高压储气罐1向密封腔15内输送气体，通过加热机构加热密封腔15内的气体并实时监测密封腔15内气体的温度和压力值，当达到待测温度时，保持待测温度并保压足够的时间，此时，若高压储气罐1与密封腔15内的气体满足气态平衡方程(表现为密封腔15内气体的压力值不变)，则没有发生泄漏，若高压储气罐1与密封腔15内的气体不满足气态平衡方程(表现为密封腔15内气体的压力值变小)，则发生泄漏；气体从密封腔15泄漏会影响密封腔15的压力，通过微压平衡阀8调节管道两侧的压力，密封腔15内泄露多少气体就会从高压储气罐1里补充多少气体，通过微量体积流量计9检测气体的体积变化量，通过体积变化量得到体积变化率(通过体积变化率表示泄漏率)，即可精确求得泄露率。该装置结构简单、操作方便，既能检测螺栓法兰连接系统是否存在泄漏现象，又能精确计算出不同压力和温度条件下的泄漏率，对于提高螺栓法兰连接系统的紧密性研究具有参考意义。

如图1所示，在本实施例中，所述螺栓19上连接有用于测量螺栓19伸长量的第一直线位移传感器25，所述垫片18上连接有用于测量垫片18压缩量的第二直线位移传感器27，所述左法兰17和右法兰20配合的连接有用于测量法兰转角的角位移传感器28。由于LVDT(线性可变差动变压器)和RVDT(旋转可变差动变压器)使用寿命长，精度高适用于测量微小的变形，所以在本实施例中，第一直线位移传感器25和第二直线位移传感器27均采用LVDT，角位移传感器28采用RVDT。通过第一直线位移传感器25(LVDT)可以测得在相应温度和压力下螺栓19的伸长量，然后通过公式计算可以获得螺栓19的应变量和预紧力，通过第二直线位移传感器27(LVDT)可以测得在相应温度和压力下垫片18的压缩量，然后通过公式计算出垫片18的压紧应力和残余压紧应力，最后通过相应的公式(压缩回弹曲线表达式)可以求得垫片18在该温度下的应力，RVDT记录了在相应温度和压力下法兰的转角，LVDT和RVDT为螺栓19、垫片18和法兰优化和改进提供了数据支持。

如图1所示，在本实施例中，所述高压储气罐1与微压平衡阀8之间的管路上设有缓冲罐5(高压储气罐1与缓冲罐5之间的管路上设有阀门2)，所述缓冲罐5上设有压力表3和温度传感器7。高压储气罐1内压力较大，如果直接接入微压平衡阀8会对微压平衡阀造成损伤，影响工作寿命，因此在高压储气罐1与微压平衡阀8之间的管路上设有缓冲罐5可以起到缓冲作用，同时压力表3和温度传感器7可以实时检测缓冲罐5内的温度和压力。

如图1所示，在本实施例中，所述缓冲罐5上还设有调压阀6和泄压阀4。缓冲罐5上设置调压阀6用于调节缓冲罐5内的压力，进一步保证微压平衡阀8的安全工作；缓冲罐5上设置泄压阀4用于整体检测工作完成后与右法兰20上的泄压阀4一起泄压。

如图1所示，在本实施例中，所述微量体积流量计9与密封腔15之间的管路上设有套管式换热器10(套管式换热器10适用于为管道内的气体降温)，所述套管式换热器10由水箱11提供冷却源(水箱11与套管式换热器10连接的进、出口管道上均设有阀门2)。由于密封腔15内的高温气体会影响微量体积流量计9的测量，因此在微量体积流量计与密封腔15之间的管路上设置的换热可以起到换热降温的作用，保证了微量体积流量计9的测量精度。

在本实施例中，所述高压储气罐1内的气体为氦气。采用氦气作为高压储气罐1内的气体，加热至高温不会产生危险，安全可靠。

如图1所示，本发明还设有数据采集系统A，上述所有的传感器(用于测量密封腔内部温度和压力的传感器23、缓冲罐5上的温度传感器7、第一直线位移传感器25、第二直线位移传感器27、角位移传感器28)均与数据采集系统A连接。

本发明的工作流程是：

1.先关闭所有阀门2，仅打开高压储气罐1与缓冲罐5之间的管路上的阀门2，高压储气罐1中的氦气进入缓冲罐5中，打开水箱11与套管式换热器10连接的进、出口管道上的阀门2，待氦气稳定后打开微压平衡阀，将氦气输送到密封腔15中，观察缓冲罐5上压力表3和温度传感器7的示数，温度控制箱12控制加热电阻16对密封腔15内部的氦气加热至待测温度，同时套管式换热器10对与密封腔15连接的管道内的氦气进行散热，用于测量密封腔内部温度和压力的传感器23实时监测并记录密封腔15内部氦气的温度和压力。

2.当达到待测温度时，保持待测温度并保压足够的时间，此时，若高压储气罐1与密封腔15内的氦气满足气态平衡方程：(其中，P₁、P₂分别为缓冲罐5和密封腔15内部的压力，V₁、V₂分别为缓冲罐5和密封腔15的体积，T₁、T₂分别为缓冲罐5和密封腔15内部的温度)，即密封腔15内气体的压力值不变，则没有发生泄漏，若高压储气罐1与密封腔15内的氦气不满足气态平衡方程，即密封腔15内气体的压力值变小，则发生泄漏；气体从密封腔15泄漏会影响密封腔15的压力，通过微压平衡阀8调节管道两侧的压力，密封腔15内泄露多少气体就会从高压储气罐1里补充多少气体，通过微量体积流量计9检测气体的体积变化量ΔV，通过体积变化量ΔV得到体积变化率：(其中，L气体的泄漏率，t为时间间隔)，通过体积变化率表示泄漏率，即可精确求得泄露率。

3.当保温保压一定的时间后，关闭与LVDT和RVDT连接的手动开关26，读取相应时间内数据采集系统A中螺栓19的伸长量、垫片18的压缩量和法兰的转角。

4.待数据采集完毕后，打开右管道21上的泄压阀4和缓冲罐5上的泄压阀4对管道进行泄压。

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 (9)

1.一种螺栓法兰连接系统的测漏装置，包括相互连接的左管道和右管道、将左管道和右管道连接的左法兰和右法兰、压紧左法兰和右法兰的螺栓以及用于密封的垫片，其特征在于：所述左管道和右管道的非连接端均封闭并在内部形成密封腔，密封腔的内部设有加热机构，密封腔的外部设有高压储气罐，高压储气罐通过管道依次连接平衡阀和流量计并最终与密封腔连通，所述测漏装置还包括用于测量密封腔内部温度和压力的传感器。

2.如权利要求1所述的螺栓法兰连接系统的测漏装置，其特征在于：所述螺栓上连接有用于测量螺栓伸长量的第一直线位移传感器，所述垫片上连接有用于测量垫片压缩量的第二直线位移传感器，所述左法兰和右法兰配合的连接有用于测量法兰转角的角位移传感器。

3.如权利要求2所述的螺栓法兰连接系统的测漏装置，其特征在于：所述的第一直线位移传感器和第二直线位移传感器均为LVDT，所述角位移传感器为RVDT。

4.如权利要求1所述的螺栓法兰连接系统的测漏装置，其特征在于：所述高压储气罐与平衡阀之间的管路上设有缓冲罐，所述缓冲罐上设有压力表和温度传感器。

5.如权利要求4所述的螺栓法兰连接系统的测漏装置，其特征在于：所述缓冲罐上还设有调压阀和泄压阀。

6.如权利要求1所述的螺栓法兰连接系统的测漏装置，其特征在于：所述流量计与密封腔之间的管路上设有换热器。

7.如权利要求6所述的螺栓法兰连接系统的测漏装置，其特征在于：所述换热器为套管式换热器，所述套管式换热器由水箱提供冷却源。

8.如权利要求1所述的螺栓法兰连接系统的测漏装置，其特征在于：所述高压储气罐内的气体为氦气。

9.如权利要求1所述的螺栓法兰连接系统的测漏装置，其特征在于：所述加热机构为加热电阻，加热电阻密封的穿过左管道或右管道并与温度控制箱电连接。