CN109297558A

CN109297558A - 安全阀型式试验试验容器容积确定方法

Info

Publication number: CN109297558A
Application number: CN201811269496.7A
Authority: CN
Inventors: 孙琦; 谢青延
Original assignee: SHENZHEN INSTITUTE OF SPECIAL EQUIPMENT INSPECTION AND TEST
Current assignee: SHENZHEN INSTITUTE OF SPECIAL EQUIPMENT INSPECTION AND TEST
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2019-02-01

Abstract

本发明涉及一种安全阀型式试验试验容器容积确定方法，待试安全阀安装在试验容器上，以在试验容器内的压力达到特定值后，待试安全阀自动打开，试验容器的容积确定方法包括：设定排放时间T内排出待试安全阀的空气质量为m3和排放时间T内排出排出到空气中的重量为m，且m3＝m，其中；m3＝G×T，G为待试安全阀的排量；m＝r×V3，r为自由状态下空气的密度，V3为试验容器内的气体排出到空气中后的体积；根据理想气体状态方程，以及质量守恒定律，得出试验容器的容积V。利用理想气体状态方程，以及质量守恒定律，可以结合排放前后的压力、以及试验容器内温度等数据，得出试验容器的容积，确保试验容器满足待试安全阀试验需要的最小体积。

Description

安全阀型式试验试验容器容积确定方法

技术领域

本发明涉及安全阀型式试验领域，更具体地说，涉及一种安全阀型式试验试验容器容积确定方法。

背景技术

安全阀为特种设备的安全附件，根据国家特种设备安全技术规范的要求，安全阀在制造厂制造前应进行“安全阀型式试验”，型式试验合格后方能生产使用。

安全阀型式试验的工艺过程一般为：产生动力装置—动力源储存装置—型式试验试验容器。产生动力装置让动力源储存装置内存储的气体向试验容器内注入，试验容器上设有待试安全阀，在试验容器内的压力超过待试安全阀的起跳压力时，待试安全阀打开，同时，设置在动力源储存装置和试验容器之间的管道上的调节阀打开，向试验容器内注入新的介质，确保待试安全阀不回座，维持试验正常进行。根据过程中待试安全阀的数据，判断是否合格。

在安全阀型式试验时，被试验的安全阀安装在“型式试验试验容器”上。原则上安全阀型式试验容器容积越大，测试过程越长、测试结果越精确；但试验成本越高，试验装置的制造成本越高。

因此，试验容器不仅影响项目的投资成本、运行成本，同时合理的试验容器容积大小，确保我们既能准确完成型式试验测试，又能环保、经济高效运行。因此，型式试验试验容器是安全阀型式试验装置的核心设备。

目前，在相关安全技术规范及标准都没有相关安全阀型式试验容器容积大小的确定方法。本发明就是寻求一种确定安全阀型式试验容器容积大小的方法，确保安全阀型式试验系统经济、高效、合理运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种安全阀型式试验试验容器容积确定方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种安全阀型式试验试验容器容积确定方法，待试安全阀安装在所述试验容器上，以在所述试验容器内的压力达到特定值后，所述待试安全阀自动打开，所述试验容器的容积确定方法包括以下步骤：

设定排放时间T内排出所述待试安全阀的空气质量为m3和排放时间T内排出排出到空气中的重量为m，且m3＝m，其中；

m3＝G×T，G为待试安全阀的排量；

m＝r×V3，r为自由状态下空气的密度，V3为所述试验容器内的气体排出到空气中后的体积；

根据理想气体状态方程，以及质量守恒定律，得出所述试验容器的容积V。

优选地，所述试验容器的容积确定方法还包括：设定所述试验容器外的大气压为Pa，由m＝m3可得：

r×V3＝G×T，即V3＝(G×T)/r；

由理想气体状态方程得：

Pa×V3＝m3×R×T’，T’为所述试验容器内空气的温度；

即m3＝(Pa×V3)/(R×T’)。

优选地，所述试验容器的容积确定方法还包括：设定排放前所述试验容器内空气压力为P1，空气质量为m1；

对于排放前所述试验容器内气体，由理想气体状态方程得：

P1×V＝m1×R×T’；

即m1＝(p1×V)/(R×T’)，其中，R为理想气体常数。

优选地，所述试验容器的容积确定方法还包括：在经过所述待试安全阀排放时间T后，所述试验容器内空气的压力降低到P2，温度T’不变；

此时，对于所述试验容器内的空气，由理想气体状态方程得：

P2×V＝m2×R×T’；

即m2＝(p2×V)/(R×T’)。

优选地，所述试验容器的容积确定方法还包括：在整个排放过程中，由质量守恒定律得：

m1＝m2+m3；

即(P1×V)/(R×T’)＝(P2×V)/(R×T’)+(Pa×V3)/(R×T’)

V＝Pa×V3/(P1-P2)；

而V3＝(G×T)/r；

所以：

V＝G×T×Pa/[r×(P1-P2)]。

优选地，所述试验容器外设有用于在所述待试安全阀开启排放后打开，以向所述试验容器内供气的调节阀，所述调节阀的响应时间s不大于所述排放时间T。

优选地，所述调节阀的响应时间s与所述排放时间T相同。

优选地，排放前所述试验容器内压力P1为所述待试安全阀起跳压力。

优选地，排放后所述试验容器内的压力P2为所述待试安全阀的回座压力。

优选地，设定排出所述待试安全阀的气体的温度不变，自由状态空气密度r取为1.18kg/m3，大气压Pa取为0.1MPa。

实施本发明的安全阀型式试验试验容器容积确定方法，具有以下有益效果：利用理想气体状态方程，以及质量守恒定律，可以结合排放前后的压力、以及试验容器内温度等数据，计算得出试验容器的容积，容积的获得方式简单、快捷，可靠性高，结合调节阀的响应时间，在调节阀未打开或开启到位，靠试验容器内的气体来完成试验，确保试验容器满足待试安全阀试验需要的最小体积。

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是本发明实施例中的安全阀型式试验装置的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明一个优选实施例中的安全阀型式试验装置的布置结构形式如下：

产生动力装置1通过管道与动力源储存装置2连接，动力源储存装置2通过管道与试验容器3连接，待试安全阀4安装在试验容器3上，产生动力装置1将动力源储存装置2内的气体向试验容器3内注入。动力源储存装置2与试验容器3之间的管道上设有调节阀5，在试验容器3内的压力达到特定值后，待试安全阀4自动打开，在待试安全阀4打开后，调节阀5打开，向试验容器3内注入介质，确保待试安全阀4不回座，维持试验正常进行。

试验容器3选型原则：1、试验容器3具备试验所要求承受的压力和足够的容量，应按试验程序的要求保持试验运行条件，试验持续时间应满足在稳定状况下取得动作性能和排量数据的需要；2、合理的制造成本；3、最经济的运行成本。

试验容器3容积大小的影响因素主要是待试调节阀5影响，具体是：

在试验过程中，待试安全阀4安装在试验容器3上，在待试安全阀4达到整定压力前，调节阀5开度很小乃至于关闭的，介质流动量较小。待试安全阀4(以全启式为例)开启后，从待试安全阀4迅速开启，排放量需求急剧增加，为保证排放量，要求调节阀5迅速调到一定开度。

考虑到智能定位器的响应及调节阀5执行机构的滞后性，从信号发出、反馈到调节阀5的执行其响应时间这一项技术参数大约为0.5秒；另外，目前市场上质量较好、性能可靠的调节阀5，其接到调节信号到一定开度的响应时间为0-50％(调节阀5的开度大小0-50％)≥0.5秒。因此，整个调节阀5调节、开启过程大约为1秒左右。

因此，就必须假设在1秒内试验容器3不进气的情况下，就要保证待试安全阀4的启闭压差之间的介质能量大于调节阀5动作期间内待试安全阀4所排介质能量，这样确保待试安全阀4不回座，维持试验正常进行。

总结上面的分析，试验容器3容积大小的影响因素如下：

1)、调节阀5的启闭响应时间：响应时间越短，试验容器3容积需要的越小。

2)、待试安全阀4的参数范围：压力参数越高、公称直径越大，试验容器3容积越大，越难实现试验过程。

调节阀5的响应时间越少短，补气能力越强，试验容器3容积就相应较小。调节阀5的响应时间为本专利的核心技术参数之一。

由于蒸汽系统涉及蒸汽相变等因素，本实施例只针对空气介质来考虑。

因为待试安全阀4从起跳、排放至回座的时间很短，调节阀5需要一定的响应时间。假设在调节阀5还未有动作的前提下，即试验容器3在进行排量试验时无空气输入，如果此时试验容器3容积的大小能够满足排量试验的要求，则在调节阀5动作的状态下该试验容器3仍能满足排量试验的要求。

假设在进行排量试验时，试验容器3无空气输入，此时试验容器3即为只有待试安全阀4一个出口的压力容器。

安全阀型式试验试验容器容积确定方法包括：

设定排放时间T内排出待试安全阀4的空气质量为m₃和排放时间T内排出排出到空气中的重量为m，且m₃＝m，重量单位为kg，其中；

m₃＝G×T，G为待试安全阀4的排量，单位为kg/s；

m＝r×V₃，r为自由状态下空气的密度，V₃为试验容器3内的气体排出到空气中后的体积；

根据理想气体状态方程，以及质量守恒定律，计算得出试验容器3的容积V。

利用理想气体状态方程，以及质量守恒定律，可以结合排放前后的压力、以及试验容器3内温度等数据，计算得出试验容器3的容积V，容积V的获得方式简单、快捷，可靠性高，结合调节阀5的响应时间，在调节阀5未打开或开启到位，靠试验容器3内的气体来完成试验，确保试验容器3满足待试安全阀4试验需要的最小体积。

进一步地，设定试验容器3外的大气压为P_a，由m＝m₃可得：

r×V₃＝G×T，即V₃＝(G×T)/r；

由理想气体状态方程推断得：

P_a×V₃＝m₃×R×T’，T’为试验容器3内空气的温度，这里用空气质量代替空气物质的量；

即m₃＝(P_a×V₃)/(R×T’)。

由于试验时间短，可以设定排出待试安全阀4的气体的温度不变，同时，自由状态空气密度r取为1.18kg/m³，大气压P_a取为0.1MPa。

进一步地，设定排放前试验容器3内空气压力为P₁，空气质量为m₁；

对于排放前试验容器3内气体，由理想气体状态方程得：

P₁×V＝m₁×R×T’；

即m₁＝(p₁×V)/(R×T’)，其中，R为理想气体常数，这里用空气质量代替空气物质的量。

进一步地，在经过待试安全阀4排放时间T后，试验容器3内空气的压力降低到P₂，温度T’不变(假设排放时间较短，排放过程为等温不变)；

此时，对于试验容器3内的空气，由理想气体状态方程得：

P₂×V＝m₂×R×T’；

即m₂＝(p₂×V)/(R×T’)。

最后，在整个排放过程中，由质量守恒定律得：

m₁＝m₂+m₃；

即(P₁×V)/(R×T’)＝(P₂×V)/(R×T’)+(P_a×V₃)/(R×T’)；

V＝P_a×V₃/(P₁-P₂)；

而V₃＝(G×T)/r；

所以：

V＝G×T×Pa/[r×(P₁-P₂)]。

利用理想气体状态方程，以及质量守恒定律等，再根据现有可获得的参数数据，即可得出试验容器3的容积V，该容积为确保试验容器3满足待试安全阀4试验需要的最小体积。

调节阀5设置在试验容器3外，在待试安全阀4开启排放后调节阀5打开，以向试验容器3内供气。从调节阀5的响应时间角度考虑，假设在试验过程中，待试安全阀4开启了，但调节阀5未打开或开启到位，靠试验容器3内的气体来完成试验，以确保完成试验的最低气体储量。

优选地，调节阀5的响应时间s不大于排放时间T，让待试安全阀4回座前调节阀5就会打开向试验容器3内注入介质。

进一步地，在一些实施例中，调节阀5的响应时间s与排放时间T相同，在待试安全阀4临界回座时，调节阀5打开向试验容器3内注入介质。

优选地，排放前试验容器3内空气压力P₁为待试安全阀4起跳压力，让待试安全阀4在试验容器3内空气压力为P₁时打开。另外，排放后试验容器3内空气的压力P₂为待试安全阀4的回座压力，让待试安全阀4在试验容器3内空气压力为P₂时准备回座。

可以理解地，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种安全阀型式试验试验容器容积确定方法，待试安全阀（4）安装在所述试验容器（3）上，以在所述试验容器（3）内的压力达到特定值后，所述待试安全阀（4）自动打开，其特征在于，所述试验容器（3）的容积确定方法包括：

设定排放时间T内排出所述待试安全阀（4）的空气质量为m₃和排放时间T内排出排出到空气中的重量为m，且m₃=m，其中；

m₃＝G×T，G为待试安全阀（4）的排量；

m= r×V₃，r为自由状态下空气的密度，V3为所述试验容器（3）内的气体排出到空气中后的体积；

根据理想气体状态方程，以及质量守恒定律，得出所述试验容器（3）的容积V。

2.根据权利要求1所述的安全阀型式试验试验容器容积确定方法，其特征在于，所述试验容器（3）的容积确定方法还包括：设定所述试验容器（3）外的大气压为P_a，由m＝m₃可得：

r×V₃= G×T，即V₃＝（G×T）/ r；

由理想气体状态方程得：

P_a×V₃＝m₃×R×T’ ，T’为所述试验容器（3）内空气的温度；

即m₃＝（P_a×V₃）/（R×T’）。

3.根据权利要求2所述的安全阀型式试验试验容器容积确定方法，其特征在于，所述试验容器（3）的容积确定方法还包括：设定排放前所述试验容器（3）内空气压力为P₁，空气质量为m₁；

对于排放前所述试验容器（3）内气体，由理想气体状态方程得：

P₁×V＝m₁×R×T’；

即m₁＝（p₁×V）/（R×T’），其中，R为理想气体常数。

4.根据权利要求3所述的安全阀型式试验试验容器容积确定方法，其特征在于，所述试验容器（3）的容积确定方法还包括：在经过所述待试安全阀（4）排放时间T后，所述试验容器（3）内空气的压力降低到P₂，温度T’不变；

此时，对于所述试验容器（3）内的空气，由理想气体状态方程得：

P₂×V＝m₂×R×T’；

即m₂＝（p₂×V）/（R×T’）。

5.根据权利要求4所述的安全阀型式试验试验容器容积确定方法，其特征在于，所述试验容器（3）的容积确定方法还包括：在整个排放过程中，由质量守恒定律得：

m₁＝m₂＋m₃；

即（P₁×V）/（R×T’）＝（P₂×V）/（R×T’）＋（P_a×V₃）/（R×T’）

V＝P_a×V₃/（P₁- P₂）；

而V₃＝（G×T）/ r；

所以：

V=G×T×Pa/[ r×(P₁-P₂)]。

6.根据权利要求1至5任一项所述的安全阀型式试验试验容器容积确定方法，其特征在于，所述试验容器（3）外设有用于在所述待试安全阀（4）开启排放后打开，以向所述试验容器（3）内供气的调节阀（5），所述调节阀（5）的响应时间s不大于所述排放时间T。

7.根据权利要求6所述的安全阀型式试验试验容器容积确定方法，其特征在于，所述调节阀（5）的响应时间s与所述排放时间T相同。

8.根据权利要求6所述的安全阀型式试验试验容器容积确定方法，其特征在于，排放前所述试验容器（3）内空气压力P₁为所述待试安全阀（4）起跳压力。

9.根据权利要求8所述的安全阀型式试验试验容器容积确定方法，其特征在于，排放后所述试验容器（3）内空气的压力P₂为所述待试安全阀（4）的回座压力。

10.根据权利要求1至5任一项所述的安全阀型式试验试验容器容积确定方法，其特征在于，设定排出所述待试安全阀（4）的气体的温度不变，自由状态空气密度r取为1.18kg/m³，大气压P_a取为0.1MPa。