CN204314031U - 外弯矩作用下管道法兰紧密性测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种外弯矩作用下管道法兰紧密性测试系统，它包括左管道、右管道，以及连接左管道和右管道的法兰，所述法兰采用垫片进行密封，左管道、右管道、法兰形成法兰待测空腔；左管道通过阀门与泵连接，右管道与盲板焊接；法兰待测空腔内设有温度传感器、压力传感器；所述法兰外设置有法兰泄漏测试机构，所述法兰泄漏测试机构包括由测漏壁围成的测漏空腔，所述测漏壁上设有进口阀门、底流口阀门，所述测漏空腔内设有温度传感器、压力传感器；所述系统还包括外弯矩加载机构。本实用新型泄漏测定准确率高，对科研和工程皆具有较强的指导意义。

Description

外弯矩作用下管道法兰紧密性测试系统

技术领域

本实用新型涉及一套法兰测试系统，具体涉及一种外弯矩作用下管道法兰紧密性测试系统。

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。在操作条件下，法兰可能发生偏转、翘曲、裂纹扩展等变化，法兰各部分应力变化复杂；在有外弯矩作用时，法兰各部分应力特征也会有很大变化，偏转、翘曲、裂纹可能加剧泄漏。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。因此，我们有必要设计一种外弯矩作用下管道法兰紧密性测试系统对在外弯矩作用下法兰的泄漏率进行分析，以保证管道连接的安全性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种外弯矩作用下管道法兰紧密性测试系统，所述测试系统应用于外弯矩作用下的法兰，能准确测试法兰的泄漏，保证生产、施工的顺利进行。

本实用新型是这样实现的：一种外弯矩作用下管道法兰紧密性测试系统，它包括左管道、右管道，以及连接左管道和右管道的法兰，所述法兰采用垫片进行密封，左管道、右管道、法兰形成法兰待测空腔；

所述左管道通过阀门与泵连接，所述右管道与盲板焊接；所述法兰待测空腔内设有温度传感器、压力传感器；

所述法兰外设置有法兰泄漏测试机构，所述法兰泄漏测试机构包括由测漏壁围成的测漏空腔，所述测漏壁上设有进口阀门、底流口阀门，所述进口阀门、底流口阀门既可用于充放介质，也可用于排气，所述测漏空腔内设有温度传感器、压力传感器；

所述系统还包括外弯矩加载机构，所述外弯矩加载机构包括液压加载装置，所述液压加载装置向左、右管道施加力，在法兰连接处的管道上形成外力矩，力矩大小可自由调节。

本外弯矩作用下管道法兰紧密性测试系统中，法兰待测空腔的左端设置有一台泵，在泵的输出管线上有一个阀门，输出管线直接与左管道接通，用泵将介质输送到法兰待测空腔内，并在法兰待测空腔内设置压力传感器和温度传感器，该温度传感器监测法兰待测空腔内介质的温度，该压力传感器测量法兰待测空腔内的压力；管道的下方设置有支座，管道上方设置有排气阀门；法兰采用螺栓进行连接，并用垫片进行密封。

所述外弯矩加载机构主要由液晶控制面板、液压加载装置、加载支架和加载臂构成；所述液压加载装置可以由液晶控制面板来控制，根据测试的需要来进行合理的加载，即加载可以从零加载到量程内任意想要的载荷值。加载支架与液压加载装置的伸出杆焊接为一体。所述液压加载装置可提供量程内任意大小的力，所述加载支架上设有加载臂，所述加载臂与左管道、右管道接触；所述加载臂可在加载支架上左右移动，与管道下的支座共同作用，提供不同类型的弯矩。

所述法兰泄漏测试机构主要由测漏空腔、温度传感器、压力传感器组成；所述测漏空腔上设置有输入测量用介质的进口阀门，方便在需要充入测量用介质时使用。

本外弯矩作用下管道法兰紧密性测试系统主要由管道法兰连接机构(管道法兰连接机构由泵、管道、法兰、盲板等组成)、外弯矩加载机构组成，泵在法兰待测空腔内制造高压环境，温度、压力传感器测量法兰待测空腔的温度、压力。所述外弯矩加载机构在法兰两端的管道(左管道、右管道)上施加液压加载装置量程内的任意力，该力结合管道下方的支座形成弯矩，控制力的大小即控制弯矩的大小。

本实用新型利用泵或空气压缩机为法兰待测空腔提供高压环境，可以做多组压力、外弯矩作用下的测试，可以测量法兰连接在高压条件承受外弯矩作用下的泄漏率。本实用新型适用于液体介质和气体介质。本实用新型能检查出法兰连接是否发生泄漏、测量泄漏率。本实用新型泄漏测定准确率高，对科研和工程皆具有较强的指导意义。

附图说明

图1为本外弯矩作用下管道法兰紧密性测试系统的结构示意图。

图中：1-泵、2-阀门、3-排气阀、4-左管道、5-液晶控制面板、6-加载支架、7-法兰、8-测漏空腔、9-进口阀门、10-液压加载装置、11-垫片、12-盲板、13-支座、14-底流口阀门、15-底流口阀门、16-温度传感器、17-压力传感器、18-温度传感器、19-压力传感器、20-计算机、21-右管道、22-加载臂。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

如图1所示，一种外弯矩作用下管道法兰紧密性测试系统，它包括左管道4、右管道21，以及连接左管道4和右管道21的法兰7，所述法兰7通过螺栓进行连接，并采用垫片11进行密封，左管道4、右管道21、法兰7形成法兰待测空腔，所述左管道4上设有排气阀3，所述右管道21上设有底流口阀门14；

所述左管道4通过阀门2与泵1连接，所述右管道21与盲板12焊接；所述法兰待测空腔内设有温度传感器18、压力传感器19，该温度传感器18监测法兰待测空腔内介质的温度，该压力传感器19测量法兰待测空腔内的压力；

所述法兰7外设置有法兰泄漏测试机构，所述法兰泄漏测试机构包括由测漏壁围成的测漏空腔8，所述测漏壁上设有进口阀门9、底流口阀门15，进口阀门9、底流口阀门15不仅可排气，而且可用于输入或排除介质；所述测漏空腔8内设有温度传感器16、压力传感器17，温度传感器16、压力传感器17可测量测漏空腔8中介质的温度和压力；

所述系统还包括外弯矩加载机构，所述外弯矩加载机构包括通过液晶控制面板5控制的液压加载装置10，所述液压加载装置10的伸出杆与加载支架6连接为一体，所述加载支架6上设有加载臂22，所述液压加载装置10可提供量程内任意大小的力，所述加载臂22与左管道4、右管道21接触，加载臂22可在加载支架6上左右移动，与管道下的支座13共同作用，提供不同类型、不同大小的弯矩。

为了保证测量的准确性，所述管道(左管道4、右管道13)下设有支座13。

所述加载臂22可以在加载支架6上左右移动至支座13的内外侧，加载不同类型的弯矩。所述加载臂22对称或不对称，可提供不同类型的弯矩。

所述泵1用于将介质(液体或气体)输送到法兰待测空腔中，在法兰待测空腔中形成高压环境，法兰待测空腔的管道上设置有排气阀3，向法兰待测空腔内充入介质时用于排气；在法兰待测空腔中设置有温度传感器18和压力传感器19，实时监测法兰待测空腔中介质的温度、压力。盲板12焊接在右管道21末端，其密封效果好。

在法兰7外围设有测漏空腔8，当介质由法兰待测空腔中泄漏出来后会影响测漏空腔8中介质的压力，从而反映出测漏空腔8中介质的质量变化率或体积变化率；所述的测漏空腔8中设置有温度传感器16和压力传感器17，可测量测漏空腔8中介质的温度和压力；所述测漏空腔8上设置有进口阀门9、底流口阀门15，底流口阀门15用于充入介质，当充入介质为液体介质时，排气阀门9可以排气，底流口阀门15用于泄压或排除测漏空腔8中介质；测漏空腔8的体积可利用进口阀门9、底流口阀门15通过排水法来测量测漏空腔的体积。

在法兰待测空腔的管道的上方固定有一液压加载装置10，液压加载装置10通过与其伸出杆焊接在一起的加载支架6对法兰两端的管道(左管道、右管道)施加弯矩，液压加载装置10可由其自带的液晶控制面板5进行控制，施加任意量程内的载荷；所述加载支架6上设有加载臂22，所述加载臂22与左管道4、右管道21接触；加载臂22可进行左右移动，加载臂22与管道上的支座13共同作用，提供不同类型的弯矩。

温度传感器16、压力传感器17、温度传感器18和压力传感器19可将信号输送至计算机20中进行显示，也可输送至单片机中进行显示。

本实用新型的工作工程：

(1)外弯矩作用下管道法兰紧密性测试系统工作前，计算机20开机待用，检查阀门2、排气阀3、底流口阀门15、进口阀门9、底流口阀门14开关状态；若法兰待测空腔内介质为液体，则测漏空腔8中初始状态下充入相同的待测液体，并记录初始的工作温度及压力；若法兰待测空腔内为气态介质，则测漏空腔8中初始状态下充入相同的待测气体，并记录初始的工作温度及压力，同时液压加载装置10开机备用；

(2)外弯矩作用下管道法兰紧密性测试系统工作时，泵1将介质充入法兰待测空腔，通过压力传感器19显示法兰待测空腔内介质的压力，将压力调节到待测压力；凭借温度传感器18显示法兰待测空腔内温度，在此高压工况下，保压足够长的时间，通过计算机20对泄漏率进行实时测量。

在外弯矩作用下，保压足够长的时间，测漏空腔8的温度传感器16和压力传感器17测得的数据如不满足气态方程或液体的温度体积变化规律，即在此过程中若法兰待测空腔内管道压力传感器19示数变小，测漏空腔内的压力传感器17示数变大，则可判断发生泄漏。当判断待测法兰泄漏时，可按下述方法进行计算泄漏率。

具体地，泄漏率可以通过下述公式计算：

当泄漏介质为气体时，测漏空腔中的气体质量为：

$m_1=M\frac{P_{1}V}{{\mathrm{RT}}_1}---\left(1\right)$

测漏结束时：

$m_2=M\frac{P_{2}V}{{\mathrm{RT}}_2}---\left(2\right)$

其中：测漏空腔的体积为V，在测量时间间隔t内，测漏空腔中的压力和温度由p₁、T₁变为p₂、T₂，M为介质分子质量，R为气态常数，m₁为初态质量，m₂为末态质量。

时间间隔t内的气体质量变化如下：

$\mathrm{\Δm}=m_2-m_1=M(\frac{P_{2}V}{{\mathrm{RT}}_2}-\frac{P_{1}V}{{\mathrm{RT}}_1})---\left(3\right)$

其中Δm为质量差。

泄漏的气体的体积泄漏率为：

$L=\frac{\mathrm{\ΔV}}{t}=\frac{1}{t}\frac{\mathrm{\Δm}}{M}\frac{{\mathrm{RT}}_2}{p_2}---\left(4\right)$

其中ΔV为体积差，L为体积变化率。

若介质为液体可直接用公式(4)进行计算。

这里是采用体积变化率表示泄漏率，当然也可以采用质量变化率表示泄漏率，即Δm/t，这里不再赘述。

本实用新型不仅能检查出法兰是否发生泄漏，而且能通过测试的数据得出介质的质量变化率或体积变化率。

Claims (6)

1.一种外弯矩作用下管道法兰紧密性测试系统，它包括左管道、右管道，以及连接左管道和右管道的法兰，所述法兰采用垫片进行密封，左管道、右管道、法兰形成法兰待测空腔，其特征在于：

所述左管道通过阀门与泵连接，所述右管道与盲板焊接；所述法兰待测空腔内设有温度传感器、压力传感器；

所述法兰外设置有法兰泄漏测试机构，所述法兰泄漏测试机构包括由测漏壁围成的测漏空腔，所述测漏壁上设有进口阀门、底流口阀门，所述测漏空腔内设有温度传感器、压力传感器；

所述系统还包括外弯矩加载机构，所述外弯矩加载机构包括液压加载装置，所述液压加载装置向左管道和右管道施加力，在法兰连接处的管道上形成外力矩。

2.如权利要求1所述的外弯矩作用下管道法兰紧密性测试系统，其特征在于：所述液压加载装置的伸出杆与加载支架焊接为一体，所述液压加载装置能提供量程内任意大小的力，所述加载支架上设有加载臂，所述加载臂与左管道、右管道接触。

3.如权利要求2所述的外弯矩作用下管道法兰紧密性测试系统，其特征在于：所述液压加载装置通过液晶控制面板控制。

4.如权利要求2所述的外弯矩作用下管道法兰紧密性测试系统，其特征在于：所述加载臂能在加载支架上左右移动；且该加载臂与左右管道上的支座共同作用，提供不同类型的弯矩。

5.如权利要求1所述的外弯矩作用下管道法兰紧密性测试系统，其特征在于：所述液压加载装置在左管道和右管道上形成的外力矩的大小能自由调节。

6.如权利要求1所述的外弯矩作用下管道法兰紧密性测试系统，其特征在于：所述左管道上设有排气阀，所述右管道上设有底流口阀门。