CN111855191A - 一种低温安全阀性能试验系统及试验方法 - Google Patents

一种低温安全阀性能试验系统及试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及低温安全阀性能试验的技术领域，尤其涉及一种低温安全阀性能试验系统及试验方法，该系统包括调温组件、调压组件、检测组件、管壳式换热器组件，所述管壳式换热器组件的壳程入口与试验介质输入管道一端连接，所述调压组件设置在试验介质输入管道上；壳程出口与检测管路的一端连接，待测安全阀设置在检测管路的另一端，所述检测组件设置在壳程输出端的检测管路上，所述管壳式换热器组件的管程出入口处设置有调温组件。该发明的优点在于：本发明通过使用管壳式换热器组件，通过壳程和调压组件来实现试验所需的压力，通过管程和调温组件来实现试验所需的温度。

Description

一种低温安全阀性能试验系统及试验方法
技术领域
本发明涉及低温安全阀性能试验的技术领域，尤其涉及一种低温安全阀性能试验系统及试验方法。
背景技术
低温安全阀在低温工程领域应用广泛。作为重要的安全附件，低温安全阀对系统的安全运行至关重要。与常温下使用的安全阀相比，低温安全阀的性能试验以密封性能试验和整定试验为主。
现行的国内外标准，主要包括GB/T 29026-2012低温介质用弹簧直接载荷式安全阀与BS EN 13648-1:2008Cryogenic vessels-Safety devices for protection againstexcessive pressure-Part 1:Safety valves for cryogenic service，二者都推荐了一种利用液氮在密闭容器内的自蒸发提高试验介质压力的方法。
该方法使存储在试验容器中的液氮吸热蒸发，容器内的温度和压力随之升高。温度和压力的变化过程与试验容器内液氮的初始充注量有关。若初始充注量足够，则随着温度的升高，试验介质状态首先沿饱和曲线发展，达到临界状态(临界压力3.39MPa，临界温度-147℃)之后，容器内只有气态氮气。继续吸热，容器内氮气的压力随之继续升高。本方法的试验过程不可控制，温度和压力参数具有相关性，无法独立控制，无法满足低温高压和高温低压的试验要求。
发明内容
为了获得一套试验压力和试验温度同时可控的低温安全阀性能试验系统，为进行密封性能试验和整定试验提供基础，本发明提供一种低温安全阀性能试验系统。该系统技术方案如下：
一种低温安全阀性能试验系统，包括调温组件、调压组件、检测组件、管壳式换热器组件，所述管壳式换热器组件的壳程的入口与试验介质输入管道输出端连接，所述调压组件设置在试验介质输入管道上；壳程出口与检测管路的一端连接，待测安全阀设置在检测管路的另一端，所述检测组件设置在检测管路上；所述管壳式换热器组件的管程出入口处设置有调温组件。
为了实施密封性能试验和整定试验，使用上述系统的方法，具体方案如下：
S1、系统吹扫；依次开启换热器排空阀、换热器壳程上的壳程进气阀、调压组件中的阀，保证试验介质输入管道、壳程、大气为导通状态，且控制调压组件中的试验介质供应模块供气，设定时间后，停止试验介质供应模块供气，关闭换热器排空阀；
S2、在两个不同时间段分别提供高压试验介质环境和进行换热器预冷操作；提供高压试验介质环境的步骤为：关闭储罐出气阀，调节调压组件输出端压力至预设试验压力的N倍，N>1；进行换热器预冷操作的步骤为：向换热器管程入口通入冷却介质，直至管程出口的冷却介质温度传感器测量到的温度接近预设试验温度，温差范围在第一设定值范围内；
S3、调节通过换热器冷却试验介质；控制试验介质输入管道上的阀使壳程压力升高至预设试验压力的设定百分比，调节调温组件中的冷却介质流量调节阀，直至换热器的壳程温度接近预设试验温度，温差范围在第二设定值范围内，所述第二设定值小于第一设定值；
S4、冷却待测低温安全阀；调节调压组件中的阀使壳程内的压力逐渐升高至待测低温安全阀发生多次开启动作，同时要求检测组件中试验温度传感器所测到的试验温度与壳程温度传感器所测到的壳程温度的差值不大于第三设定值，此时，再次调节调压组件中的试验介质流量调节阀，使壳程内的压力逐渐升高直至待测低温安全阀发生开启动作，经过信号采集处理组件处理后，获取在该温度差范围内待测低温安全阀开启高度与试验压力随时间的变化曲线。
本发明的优点在于：
(1)本发明通过使用管壳式换热器组件，通过壳程和调压组件来实现试验所需的压力，通过管程和调温组件来实现试验所需的温度，获得的压力和温度独立可控。
(2)本发明通过输出端的压力可调的试验介质供应模块与试验介质流量调节阀结合来调节壳程的压力大小，所述压力测量模块提供调节的依据。
(3)储罐单元一方面起到稳压的作用，因为一般的机械增压泵出口会有压力波动，另一方面，提前储备高压试验介质，试验开始后，直接通过调节试验介质流量调节阀就可以为换热器壳程增压。
(4)调温组件中冷却介质流量调节阀用来调节冷却介质的流量，从而调节换热量，通过冷却介质温度传感器来测量管程出口处的实时温度，为试验中判断是否达到预冷效果提供依据。
(5)各压力传感器和温度传感器的设置为整定试验和密封性能试验中步骤S3、步骤S4、步骤S5的操作时间点提供依据。
(6)低温球阀的设置是为了在待测安全阀的安装和拆卸过程中提供隔离作用，并提供全尺寸通径。变径段的设置是为了使该系统适用于检测不同尺寸的低温安全阀。在低温球阀和待测低温安全阀关闭后，在拆卸待测低温安全阀之前，其上游密闭管路处于高压状态，此时需要开启试验泄放阀泄压，保证拆卸过程的安全。
(7)保温层的设置可以降低温度调节的频率，起到节约冷源的作用。
(8)信号采集处理组件的设置起到了智能控制的作用，需要注意的是，本申请主要保护的是机械结构和硬件部分的连接方式，而不保护软件控制部分。
(9)本发明使用上述系统进行试验温度和试验压力均可控的低温安全阀整定试验和密封性能试验。
附图说明
图1为本发明系统连接示意图。
图中标注符号的含义如下：
1-试验介质输入管道 11-气瓶组 110-气瓶阀 12-增压泵
13-高压储罐 131-储罐进气阀 132-储罐出气阀 133-储罐排空阀
134-储罐压力传感器 135-储罐安全阀
14-第一压力传感器 15-试验介质流量调节阀 16-第二压力传感器
17-壳程进气阀
20-换热器 200-保温层 21-换热器排空阀 22-第一安全阀
23-壳程压力传感器 24-壳程温度传感器 25-排污阀
40-试验压力传感器 41-试验温度传感器 42-待测低温安全阀
43-变径段 44-试验泄放阀 45-低温球阀
46-泄漏率传感器 47-开启高度传感器
31-冷却介质流量调节阀 32-冷却介质温度传感器
具体实施方式
如图1所示，一种低温安全阀性能试验系统，包括调温组件、调压组件、检测组件、管壳式换热器组件、信号采集处理组件。所述管壳式换热器组件的壳程的入口与试验介质输入管道1输出端连接，所述调压组件设置在试验介质输入管道1上；壳程出口与检测管路的一端连接，待测安全阀设置在检测管路的另一端，所述管壳式换热器组件的管程出入口处设置有调温组件。在该实施例中，试验介质使用氦气，根据试验温度和压力，还可以选用氮气作为试验介质。
所述试验介质输入管道1靠近壳程入口处还设置有壳程进气阀17；所述调压组件包括试验介质供应模块、压力测量模块，所述试验介质供应模块设置在试验介质输入管道1的进气端部，所述试验介质供应模块输出端的压力可调，所述试验介质输入管道1上还设置有试验介质流量调节阀15。所述压力测量模块包括设置在试验介质流量调节阀15上游的第一压力传感器14和下游的第二压力传感器16。
所述试验介质供应模块包括依次设置的气瓶组11、增压泵12、储罐单元，所述储罐单元包括高压储罐13、分别设置在高压储罐13输入端和输出端的储罐进气阀131和储罐出气阀132，还包括设置在高压储罐13顶部的储罐排空阀133、储罐压力传感器134、储罐安全阀135。其中气瓶组11包括若干个气瓶，每个气瓶的输出端均设置有气瓶阀110，所有气瓶阀110后的管路中的气体汇集到试验介质输入管道1内作为供气端。
所述调温组件包括设置在管程入口上的冷却介质流量调节阀31、设置在管程出口上的冷却介质温度传感器32。调温组件为试验工况提供需要的温度。在该实施例中，冷却介质使用液氮。还可以根据试验温度使用其他适用的冷却介质。
所述管壳式换热器组件包括设置在壳程上的壳程压力传感器23、壳程温度传感器24；所述检测组件包括设置在检测管路上的试验压力传感器40、试验温度传感器41、泄漏率传感器46和开启高度传感器47。
所述检测管路在靠近待测低温安全阀42的一侧为变径段43，检测管路在远离待测低温安全阀42的端部与壳程出口之间通过低温球阀45连接，所述检测管路的中部还设置有试验泄放阀44。
所述管壳式换热器组件的壳程外表面还设置有保温层200、管壳式换热器组件还包括上设置在壳程上对应端口上的排污阀25、换热器排空阀21、第一安全阀22。
实施例2
使用实施例1所述的一种低温安全阀性能试验系统的试验方法，所述性能试验中整定试验包括以下步骤：
S1、系统吹扫；依次开启换热器排空阀21、换热器20的壳程上的壳程进气阀17、调压组件中的储罐出气阀132、储罐进气阀131、气瓶阀110、调节试验介质流量调节阀15开度，保证试验介质输入管道、换热器壳程、大气为导通状态，启动增压泵12，此时试验介质供应模块给系统供气，设定时间后，停止试验介质供应模块供气，关闭换热器排空阀21；
S2、在两个不同时间段分别提供高压试验介质环境和进行换热器20的预冷操作；
具体的，提供高压试验介质环境的步骤为：关闭储罐出气阀132，试验介质供气组件持续供气，高压储罐13内压力持续升高，直至储罐压力传感器134测量的压力值为预设试验压力的2-3倍时，停止增压泵12，关闭高压储罐13进气阀，将试验介质流量调节阀15开度调节至最小。
进行换热器20的预冷操作的步骤为：向换热器20的管程入口通入液氮，调节冷却介质流量调节阀31，直至管程出口的冷却介质温度传感器32测量到的温度接近预设试验温度，温差范围在第一设定值范围内，第一设定值为±10℃，即控制管程出口的冷却介质温度为预设试验温度±10℃。
在步骤S2中，通常先进行提供高压试验介质环境的步骤，然后再进行换热器20的预冷操作的步骤。
S3、调节通过换热器20的冷却试验介质；开启高压储罐13出气阀，调节试验介质流量调节阀15开度，使壳程压力升高至预设试验压力的90％，调节调温组件中的冷却介质流量调节阀31的开度，直至换热器20的壳程温度接近预设试验温度，温差范围在第二设定值范围内，所述第二设定值小于第一设定值，第二设定值为±5℃；即控制壳程温度传感器24的温度变化范围为预设试验温度±5℃。
S4、待测低温安全阀42冷却至设定温度；持续调节试验介质流量调节阀15的开度，使壳程内的压力逐渐升高直至待测低温安全阀42发生多次开启动作，同时要求检测组件中试验温度传感器41所测到的试验温度与壳程温度传感器24测得的壳程温度的差值不大于30℃，此时，再次调节调压组件中的试验介质流量调节阀15，使壳程内的压力逐渐升高直至待测低温安全阀42发生开启动作，经过信号采集处理组件处理后，获取在该温度差范围内待测低温安全阀42开启高度与试验压力随时间的变化曲线。与信号采集处理组件连接的上位机将该数据显示并存储。
在上述试验过程中，根据高压储罐13压力的变化，启动和停止增压泵12，以达到补充试验介质的目的，调节试验介质流量调节阀15的开度，以达到控制试验压力的目的；结合冷却介质温度传感器12所测的管程出口温度，调节冷却介质流量调节阀13的开度，以达到控制试验温度的目的。
所述性能试验还包括设置在整定试验之后的密封性能试验，所述密封性能试验包括以下步骤：
S5、关闭储罐出气阀132，停止试验介质供应模块供气，试验介质流量调节阀15开度调至最小，开启换热器排空阀21，将壳程压力降至整定压力的90％以下，关闭换热器排空阀21，开启储罐出气阀132，调节试验介质流量调节阀15开度，将试验压力升高至整定压力的90％，测量并记录待测低温安全阀42出口的泄漏率，由上位机显示并记录。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低温安全阀性能试验系统，其特征在于，包括调温组件、调压组件、检测组件、管壳式换热器组件，所述管壳式换热器组件的壳程的入口与试验介质输入管道(1)输出端连接，所述调压组件设置在试验介质输入管道(1)上；壳程出口与检测管路的一端连接，待测安全阀设置在检测管路的另一端，所述检测组件设置在检测管路上；所述管壳式换热器组件的管程出入口处设置有调温组件。
2.根据权利要求1所述的一种低温安全阀性能试验系统，其特征在于，所述试验介质输入管道(1)靠近壳程入口处还设置有壳程进气阀(17)；所述调压组件包括试验介质供应模块、压力测量模块，所述试验介质供应模块设置在试验介质输入管道(1)的进气端部，所述试验介质供应模块输出端的压力可调，所述试验介质输入管道(1)上还设置有试验介质流量调节阀(15)。
3.根据权利要求2所述的一种低温安全阀性能试验系统，其特征在于，所述试验介质供应模块包括依次设置的气瓶组(11)、增压泵、储罐单元，所述气瓶组(11)的输出端与试验介质输入管道(1)的输入端连接；所述储罐单元包括高压储罐(13)、分别设置在高压储罐(13)输入端和输出端的储罐进气阀(131)和储罐出气阀(132)。
4.根据权利要求1所述的一种低温安全阀性能试验系统，其特征在于，所述调温组件包括设置在管程入口上的冷却介质流量调节阀(31)、设置在管程出口上的冷却介质温度传感器(32)。
5.根据权利要求1所述的一种低温安全阀性能试验系统，其特征在于，所述管壳式换热器组件包括设置在壳程上的壳程压力传感器(23)、壳程温度传感器(24)；所述检测组件包括设置在检测管路上的试验压力传感器(40)、试验温度传感器(41)、泄漏率传感器(46)和开启高度传感器(47)。
6.根据权利要求1所述的一种低温安全阀性能试验系统，其特征在于，所述检测管路在靠近待测低温安全阀(42)的一侧为变径段(43)，检测管路在远离待测低温安全阀(42)的端部与壳程出口之间通过低温球阀(45)连接，所述检测管路的中部还设置有试验泄放阀(44)。
7.根据权利要求1所述的一种低温安全阀性能试验系统，其特征在于，所述管壳式换热器组件的壳程外表面还设置有保温层(200)。
8.根据权利要求1所述的一种低温安全阀性能试验系统，其特征在于，还包括信号采集处理组件，所述信号采集处理组件包括分别与调温组件、调压组件、检测组件、管壳式换热器组件中各阀的受控端连接的控制端和与其中各传感器信号端连接的采集端。
9.使用根据权利要求1-8任意一项所述的一种低温安全阀性能试验系统的试验方法，其特征在于，所述性能试验中整定试验包括以下步骤：
S1、系统吹扫；依次开启换热器排空阀(21)、换热器(20)的壳程上的壳程进气阀(17)、调压组件中的阀，保证试验介质输入管道(1)、壳程、大气为导通状态，且控制调压组件中的试验介质供应模块供气，设定时间后，停止试验介质供应模块供气，关闭换热器排空阀(21)；
S2、在两个不同时间段分别提供高压试验介质环境和进行换热器(20)的预冷操作；提供高压试验介质环境的步骤为：关闭储罐出气阀(132)，调节调压组件输出端压力至预设试验压力的N倍，N>1；进行换热器(20)的预冷操作的步骤为：向换热器(20)的管程入口通入冷却介质，直至管程出口的冷却介质温度传感器(32)测量到的温度接近预设试验温度，温差范围在第一设定值范围内；
S3、调节通过换热器(20)的冷却试验介质；开启试验介质输入管道(1)上的阀使壳程压力升高至预设试验压力的设定百分比，调节调温组件中的冷却介质流量调节阀(31)，直至换热器(20)的壳程温度接近预设试验温度，温差范围在第二设定值范围内，所述第二设定值小于第一设定值；
S4、待测低温安全阀(42)冷却至设定温度；调节调压组件中的调节阀使壳程内的压力逐渐升高直至待测低温安全阀(42)发生多次开启动作，同时要求检测组件中试验温度传感器(41)所测到的试验温度与壳程温度传感器(24)测得的壳程温度的差值不大于第三设定值，此时，再次调节调压组件中的试验介质流量调节阀(15)，使壳程内的压力逐渐升高直至待测低温安全阀(42)发生开启动作，经过信号采集处理组件处理后，获取在该温度差范围内待测低温安全阀(42)开启高度与试验压力随时间的变化曲线。
10.根据权利要求9所述的试验方法，其特征在于，所述性能试验还包括设置在整定试验之后的密封性能试验，所述密封性能试验包括以下步骤：
S5、关闭相应阀门，停止试验介质供应模块供气，开启换热器排空阀(21)，将壳程内压力降至整定压力设定比例以下，关闭换热器排空阀(21)，调节调压组件中的相应阀门，将试验压力升高至整定压力的设定比例，测量并记录待测低温安全阀(42)出口的泄漏率。
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