CN109682556A - 法兰泄漏检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种法兰泄漏检测装置及方法，其中，该法兰泄漏检测装置包括多个应变传感器、数据处理模块和终端设备，多个应变传感器分别贴设在待预紧的法兰螺栓上，每一所述应变传感器的信号端与所述数据处理模块连接，数据处理模块通过获取多个应变传感器输出的电压信号得到相对应多个螺栓的拉力，最后将多个应变传感器输出的电压信号在终端设备上显示，用户根据终端设备显示可对应调整螺栓预紧力，以使各螺栓拉力一致，从本质上解决法兰泄漏的问题。

Description

法兰泄漏检测装置及方法

技术领域

本发明涉及法兰技术领域，特别涉及一种法兰泄漏检测装置及方法。

背景技术

螺栓法兰接头结构简单、装配方便、可拆卸，广泛应用石油、化工、制药、能源和电力等行业。

近年来，石化工厂爆炸事故、油气管道泄漏屡见报道，其中与法兰泄漏有关的占较大比例。甚至少数核电厂装置失效都因法兰泄漏引起。

目前大多采取人员巡检和可燃气体探测器相结合的方式掌握法兰面密封状况。由于没有实现在线监控，不能实现24小时持续监测。

法兰泄漏很重要的一个原因是法兰各螺栓拉力不一致，为了保证各螺栓拉力一致，普遍使用扭矩扳手，也使用内置应变传感器的螺栓。

然而扭矩扳手对法兰泄漏的改善有限，不能同时测量所有螺母的扭矩，扭矩扳手一个一个调整螺母扭矩会使所有螺母的扭矩出现跷跷板变化，调整螺母扭矩费时费力效果差。

并且扭矩扳手测量螺母上的扭矩，而不是螺栓上的拉力。即使所有螺母上的扭矩一致，因螺母和法兰摩擦力等原因，螺栓上的拉力也有差异。

因此，无法解决法兰泄漏问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种法兰泄漏检测装置，旨在解决法兰泄漏问题。

为实现上述目的，本发明提出的法兰泄漏检测装置，该法兰泄漏检测装置包括包括多个应变传感器、数据处理模块和终端设备；

多个所述应变传感器，分别贴设在待预紧的法兰螺栓上，每一所述应变传感器的信号端与所述数据处理模块连接；

所述数据处理模块，通过获取多个应变传感器在所述法兰螺栓紧固时输出的电压信号，并根据所述电压信号获取相应的多个所述螺栓的拉力，最后将多个所述应变传感器输出的电压信号进行模数转换后输出数字电压信号至所述终端设备；

所述终端设备，用于显示多个所述拉力对应的数字电压信号的数值，以供用户根据所述数字电压信号的数值调整所述螺栓预紧力。

优选地，所述应变传感器为应变全桥传感器。

优选地，所述数据处理模块包括模拟电路、模数转换电路、主控电路和无线通讯模块，所述模拟电路、所述模数转换电路、所述主控电路和所述无线通讯模块依次连接；

所述模拟电路，用于将螺栓的拉力变化转换为所述应变传感器输出的电压信号；

所述模数转换电路，用于将所述应变传感器的电压信号进行模数转换并输出数字电压信号至所述主控电路；

所述主控电路，用于将应变传感器的数字电压信号处理后，经所述无线通讯模块输出至所述终端设备。

优选地，所述模数转换电路包括模数转换芯片，所述模数转换芯片的信号输入端为所述模数转换电路的信号输入端，所述模数转换芯片的信号输出端为所述模数转换电路的信号输出端。

优选地，所述主控电路包括CPU芯片，所述CPU芯片的信号输入端为所述主控电路的信号输入端，所述CPU芯片的信号输出端为所述主控电路的信号输出端。

本发明还提出一种法兰泄漏检测方法，基于如上所述的法兰泄漏检测装置，该法兰泄漏检测方法包括：

步骤S10、在待预紧的全部或者部分的螺栓上贴装应变传感器；

步骤S20、按照预设顺序对已贴设所述应变传感器的螺栓进行预紧；

步骤S30、获取多个应变传感器在所述法兰螺栓紧固时输出的电压信号，电压信号经模数转换后输出数字电压信号并显示，以供用户根据所述应变传感器的数字电压信号调整所述螺栓预紧力。

优选地，在按照预设顺序对已贴设所述应变传感器的螺栓进行预紧之前还包括：

步骤S40、获取所述应变传感器输出的初始电压信号，并清零。

本发明技术方案通过采用多个应变传感器、数据处理模块和终端设备组成法兰泄漏检测装置，多个应变传感器分别贴设在待预紧的法兰螺栓上，每一应变传感器的信号端与数据处理模块连接，数据处理模块在螺栓紧固时获取多个应变传感器输出的电压信号，并进行模数转换输出数字电压信号以在终端设备进行显示，用户根据终端设备显示的数字电压信号可对应调整螺栓预紧力，以使各螺栓的拉力一致，从本质上解决法兰泄漏的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明法兰泄漏检测装置一实施例中的应变传感器安装示意图；

图2为本发明法兰泄漏检测装置一实施例的模块示意图，

图3为本发明法兰泄漏检测装置中终端设备的界面示意图；

图4为本发明法兰泄漏检测装置中的数据处理模块的模块示意图；

图5为本发明法兰泄漏检测方法第一实施例的流程示意图；

图6为本发明法兰泄漏检测方法第二实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为：包括三个并列的方案，以“A/B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案，另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种法兰泄漏检测装置，用于解决法兰泄漏的问题。

如图1和图2所示，图1为本发明法兰泄漏检测装置一实施例中的应变传感器10安装示意图，图2为本发明法兰泄漏检测装置一实施例的模块示意图，本实施例中，该法兰泄漏检测装置包括多个应变传感器10、数据处理模块20和终端设备30；

多个所述应变传感器10，分别贴设在待预紧的法兰螺栓上，每一所述应变传感器10的信号端与所述数据处理模块20连接；

所述数据处理模块20，通过获取多个应变传感器10在所述法兰螺栓紧固时输出的电压信号，并根据所述电压信号获取相应的多个所述螺栓的拉力，最后将多个所述应变传感器的电压信号进行模数转换后输出数字电压信号至所述终端设备30；

所述终端设备30，用于显示多个所述拉力对应的数字电压信号的数值，以供用户根据所述数字电压信号的数值调整所述螺栓预紧力。

本实施例中，应变传感器10可安装在法兰的全部或者部分的螺栓表面，可以在法兰工作现场采用胶水贴装全桥应变传感器10，在法兰部分的螺栓表面安装时，多个应变传感器10对应安装在法兰对称方向上的螺栓上，例如法兰呈圆形，用于紧固法兰的螺栓和螺母设有十二套，并沿圆形均匀依次设置，则可在第三个螺栓、第六个螺栓、第九个螺栓和第十二个螺栓上贴设应变传感器10，并在获取了这四个螺栓的拉力后对应进行调试，从而保证每一个螺栓的拉力一致以使法兰受力均匀，紧固时不会出现翘起的情况，进而解决泄漏的问题。

数据处理模块20可采用微处理器并搭建外围电路，数据处理模块20的信号端与应变传感器10连接，通过获取应变传感器10在螺栓紧固时输出的电压信号，可以理解的是，通过电压信号可间接获取应变传感器的电阻的变化，而应变传感器10电阻的变化反映螺栓拉力的变化，数据处理模块20接收到应变传感器输出的电压信号后将电压信号进行处理，并输出数字电压信号至终端设备30进行显示，终端设备30可为便于携带的终端设备，例如手机、平板等，数据处理模块20可通过无线或者有线的方式与终端设备30进行连接，工作人员根据终端设备30显示的数字电压信号对应通过扭矩扳手或者其他装置调整螺栓紧固程度，进而调整螺栓预紧力以使各螺栓拉力一致。

终端设备30在显示所有或者部分螺栓的拉力情况同时，还可单独设置每个螺栓的初始应力为零点，即空载值清零，保证每个螺栓紧固前处于相同的紧固程度，进而保证调整的准确性，如图3所示，图3为本发明法兰泄漏检测装置中终端设备30的界面示意图，每个螺栓的数字电压信号采用不同编号，并对应显示，终端设备30还可进行数据换算、测空载值、查询等功能。

本发明技术方案通过采用多个应变传感器10、数据处理模块20和终端设备30组成法兰泄漏检测装置，多个应变传感器10分别贴设在待预紧的法兰螺栓上，每一应变传感器10的信号端与数据处理模块20连接，数据处理模块20在螺栓紧固时获取多个应变传感器10的电压信号，并进行模数转换输出数字电压信号以在终端设备30进行显示，用户根据终端设备30显示的数字电压信号可对应调整螺栓预紧力，以使各螺栓的拉力一致，从本质上解决法兰泄漏的问题。

在一优选实施例中，所述应变传感器10为应变全桥传感器。

传感器是一种本身电阻随应力变化而改变的传感器，由于应变传感器10的灵敏度都比较低，利用全桥可以成倍提高其灵敏度，并使输入和输出呈线性关系，利用应变全桥传感器检测螺栓形变，可获取更加精确的预紧力参数。

如图4所示，图4为本发明预紧力检测装置中的数据处理模块的模块示意图，所述数据处理模块20包括模拟电路21、模数转换电路22、主控电路23和无线通讯模块24，所述模拟电路21、所述模数转换电路22、所述主控电路23和所述无线通讯模块24依次连接；

所述模拟电路21，用于将螺栓的拉力变化转换为所述应变传感器输出10的电压信号；

所述模数转换电路22，用于将所述应变传感器10输出的电压信号进行模数转换并输出数字电压信号至所述主控电路23；

所述主控电路23，用于将应变传感器10的数字电压信号处理后，经所述无线通讯模块24输出至所述终端设备30。

本实施例中，模拟电路21用于采集应变传感器10的电压变化，直流电源施加在应变传感器10的电源端，在应变传感器10因螺栓紧固发生形变而导致电阻变化时，应变传感器输出的电压信号发生改变，从而获取应变传感器10的阻值变化，进而获取螺栓的拉力大小。

模数转换电路22可采用A/D转换芯片，模数转换电路22对电压信号进行模数转换并输出数字电压信号至主控电路23，主控电路23用于将获取的各数字电压信号进行编码并通过无线通讯模块24输出至终端设备30，无线通讯模块24可采用WIFI、蓝牙或者其他无线传输方式。

在一可选实施例中，所述模数转换电路22包括模数转换芯片，所述模数转换芯片的信号输入端为所述模数转换电路22的信号输入端，所述模数转换芯片的信号输出端为所述模数转换电路22的信号输出端。

本实施例中，模数转换电路22可采用型号为LTC2498的模数转换芯片，模数转换芯片与模拟电路21和主控电路23连接，模数转换电路22用于将模拟电路输出的电压信号进行模数转换。

在一可选实施例中，所述主控电路23包括CPU芯片，所述CPU芯片的信号输入端为所述主控电路23的信号输入端，所述CPU芯片的信号输出端为所述主控电路23的信号输出端。

本实施例中，CPU芯片用于对获取到的数字电压信号进行编码，并将各数字电压信号分别发送至终端设备30以进行拉力的显示，CPU芯片可采用型号为MSP430F5418。

本发明还提出一种法兰泄漏检测方法，基于上述的法兰泄漏检测装置，如图5所示，图5为本发明法兰泄漏检测方法第一实施例的流程示意图，本实施例中，法兰泄漏检测方法包括：

步骤S10、在待预紧的全部或者部分的螺栓上贴装应变传感器10；

步骤S20、按照预设顺序对已贴设所述应变传感器10的螺栓进行预紧；

步骤S30、获取多个应变传感器10在所述法兰螺栓紧固时输出的电压信号，电压信号经模数转换后输出数字电压信号并显示，以供用户根据所述应变传感器的数字电压信号调整所述螺栓预紧力。

本实施例中，应变传感器10可安装在法兰的全部或者部分的螺栓表面，可以在法兰工作现场采用胶水贴装全桥应变传感器10，在法兰部分的螺栓表面安装时，多个应变传感器10对应安装在法兰对称方向上的螺栓上，例如法兰呈圆形，用于紧固法兰的螺栓和螺母设有十二套，并沿圆形均匀依次设置，则可在第三个螺栓、第六个螺栓、第九个螺栓和第十二个螺栓上贴设应变传感器10，并在获取了这四个螺栓的拉力后对应进行调试，从而保证每一个螺栓的拉力一致以使法兰受力均匀，紧固时不会出现翘起的情况，进而解决泄漏的问题。

数据处理模块20可采用微处理器并搭建外围电路，数据处理模块20的信号端与应变传感器10连接，通过获取应变传感器10在螺栓紧固时输出的电压信号，可以理解的是，通过电压信号可间接获取应变传感器的电阻的变化，而应变传感器10电阻的变化反映螺栓拉力的变化，数据处理模块接收到应变传感器输出的电压信号后将信号进行处理，并输出数字电压信号至终端设备进显示，终端设备30可为便于携带的终端设备，例如手机、平板等，数据处理模块20可通过无线或者有线的方式与终端设备30进行连接，工作人员根据终端设备30显示的数字电压信号，可对应通过扭矩扳手或者其他装置调整螺栓紧固程度，以使各螺栓拉力一致。

如图6所示，图6为本发明法兰泄漏检测方法第二实施例的流程示意图，本实施例中，在按照预设顺序对已贴设所述应变传感器10的螺栓进行预紧之前还包括：

步骤S40、获取所述应变传感器10输出的初始电压信号，并清零。

本实施例中，终端设备30在显示所有或者部分螺栓的拉力情况同时，还可单独设置每个螺栓的初始应力为零点，即空载值清零，保证每个螺栓紧固前处于相同的紧固程度，进而保证调整的准确性，每个螺栓的初始电压信号采用不同编号，并对应显示，终端设备30还可进行数据换算、测空载值、查询等功能。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种法兰泄漏检测装置，其特征在于，包括多个应变传感器、数据处理模块和终端设备；

多个所述应变传感器，分别贴设在待预紧的法兰螺栓上，每一所述应变传感器的信号端与所述数据处理模块连接；

所述数据处理模块，通过获取多个应变传感器在所述法兰螺栓紧固时输出的电压信号，并根据所述电压信号获取相应的多个所述螺栓的拉力，最后将多个所述应变传感器输出的电压信号进行模数转换后输出数字电压信号至所述终端设备；

所述终端设备，用于显示多个所述拉力对应的数字电压信号的数值，以供用户根据所述数字电压信号的数值调整所述螺栓预紧力。

2.如权利要求1所述的法兰泄漏检测装置，其特征在于，所述应变传感器为应变全桥传感器。

3.如权利要求1所述的法兰泄漏检测装置，其特征在于，所述数据处理模块包括模拟电路、模数转换电路、主控电路和无线通讯模块，所述模拟电路、所述模数转换电路、所述主控电路和所述无线通讯模块依次连接；

所述模拟电路，用于将螺栓的拉力变化转换为所述应变传感器输出的电压信号；

所述模数转换电路，用于将所述应变传感器输出的电压信号进行模数转换并输出数字电压信号至所述主控电路；

所述主控电路，用于将应变传感器的数字电压信号处理后，经所述无线通讯模块输出至所述终端设备。

4.如权利要求3所述的法兰泄漏检测装置，其特征在于，所述模数转换电路包括模数转换芯片，所述模数转换芯片的信号输入端为所述模数转换电路的信号输入端，所述模数转换芯片的信号输出端为所述模数转换电路的信号输出端。

5.如权利要求4所述的法兰泄漏检测装置，其特征在于，所述主控电路包括CPU芯片，所述CPU芯片的信号输入端为所述主控电路的信号输入端，所述CPU芯片的信号输出端为所述主控电路的信号输出端。

6.一种法兰泄漏检测方法，基于如权利要求1-5任意一项所述的法兰泄漏检测装置，其特征在于，包括：

步骤S10、在待预紧的全部或者部分的螺栓上贴装应变传感器；

步骤S20、按照预设顺序对已贴设所述应变传感器的螺栓进行预紧；

步骤S30、获取多个应变传感器在所述法兰螺栓紧固时输出的电压信号，电压信号经模数转换后输出数字电压信号并显示，以供用户根据所述应变传感器的数字电压信号调整所述螺栓预紧力。

7.如权利要求6所述的法兰泄漏检测方法，其特征在于，在按照预设顺序对已贴设所述应变传感器的螺栓进行预紧之前还包括：

步骤S40、获取所述应变传感器输出的初始电压信号，并清零。