介紹一種基于計算機數據采集的低溫閥門性能測試裝置,該裝置具有對試驗數據集中儲存、顯示和打印功能,并可實現對液氮罐自增壓系統的自動控制,可提高試驗的工作效率、操作及時性、準確性和安全性。指出將計算機技術和光電技術等應用于試驗裝置上是今后的發展方向。

1、概述

　　隨著低溫技術的發展,低溫流體得到越來越廣泛的應用,例如液氮被廣泛地應用于工業生產、科研領域、醫療衛生等,液氮和液氧作為火箭推進劑在國防領域表現出顯著優點。另外,近幾年來,隨著能源緊缺,液化天然氣也成為主要能源之一。在使用低溫液體的各個環節,低溫閥門是不可或缺的管路附件。然而,由于該類閥門多工作在- 100℃以下的超低溫溫區,因此對其結構設計、材料選擇、制造過程及檢驗試驗等均提出了專門的要求。尤其是在低溫閥門產品檢驗中,除應滿足常溫下相同于通用閥門的各種性能檢驗要求外,還要進行低溫條件下的性能測試檢驗。低溫試驗的主要任務是檢測閥門在低溫中的氣密性和啟閉性能等。因此測試裝置十分重要,裝置性能的先進性決定了測試結果的準確性和可靠性。為此研發了一種新型低溫閥門綜合性測試裝置,功能包含低溫試驗和深冷處理兩個方面,其中溫度信號、壓力信號以及閥門泄漏量等通過利用計算機數據采集系統實現自動化測量。該裝置具有對試驗數據集中儲存、顯示和打印功能。本文著重論述該裝置在閥門閥座密封性方面低溫試驗的內容。

2、低溫試驗裝置現狀

　　國內外涉及低溫閥門的生產廠商和科研機構對低溫閥門的低溫性能測試十分重視,積極地開展了這方面的研發工作。由于采用的制冷與低溫方式不同,在試驗裝置的布置上存在較大的差異。現經常采用的有浸漬法和保冷法兩種方式。浸漬法(即外部冷卻法)是將閥門直接放到裝有液氮的保冷箱中冷卻,當閥門溫度驟冷至工作溫度后再用氦氣進行密封性能試驗。保冷法(即內部冷卻法)是將閥門安裝在保冷箱中,通入低溫介質進入閥門內部降溫,當溫度降到規定值時,將低溫介質放掉,然后通入規定壓力的氦氣進行試驗。另外還有噴淋法,是將閥門安裝在保冷箱中,使用噴淋頭向保冷箱中噴入液氮,當保冷箱中溫度達到試驗溫度時,停止噴液氮,然后按規定壓力通入氮氣進行試驗。但噴淋法不適用超低溫閥門。國內外常用的低溫試驗裝置有如下幾種。

2.1、日本閥門行業用低溫閥門試驗裝置

　　日本閥門行業用低溫閥門試驗裝置(圖1)使用了浸漬法和保冷法兩種方式。浸漬法低溫試驗裝置適用于閘閥、截止閥和止回閥。保冷法低溫試驗裝置適用于各類閥門。低溫閥閥座密封試驗壓力及持續時間見表1,低溫試驗允許泄漏率見表2,泄漏量檢測方法在圖中顯示為水槽中測量容器。

(a)浸漬法低溫試驗裝置(止回閥進出口的配管相反) 　(b)保冷法低溫試驗裝置(A、B點的溫度差要在20℃以內)

圖1　日本閥門行業用低溫試驗裝置

2.2、歐美閥門行業用低溫閥門試驗裝置

　　歐美閥門行業多采用英國制定的閥門標準BS6364: 1984 (R1998)《低溫閥門》,適用于閘閥、截止閥、止回閥、球閥和蝶閥,溫度范圍- 196～- 50℃,其低溫試驗方法屬于浸漬法(圖2) 。低溫試驗壓力為被測閥門的額定密封試驗壓力。低溫試驗容許泄漏率見表3。泄漏量的檢測方法在圖中顯示為酒精計泡器和流量計。

3.3、測試方法

(1) 溫度

　　試驗溫度測量涉及室溫至液氮溫度區范圍, 采用熱電偶溫度計測量, 溫度電信號通過數字多用表測量、采集并輸入測控計算機, 在計算機界面上顯示, 并由計算機自動完成記錄和保存。與此同時,計算機將溫度測量值輸送到儀表面板上的溫度顯示儀進行現場顯示。

(2) 壓力

　　試驗壓力測量范圍為0～10M Pa。采用指針式精密壓力表和數字式壓力表在儀表面板上對系統壓力進行現場顯示, 同時, 采用壓力變送器測量系統壓力, 并轉換為電壓信號, 經數字多用表測量、采集并輸入測控計算機, 在計算機界面上顯示, 并由計算機自動完成記錄和保存。

(3) 液位

　　為了確保液氮液面高度滿足閥門測試的要求,采用差壓式壓力變送器測量液位高度。測量電信號通過數字多用表測量、采集并輸入到計算機進行顯示, 并提醒加注液氮和停止液氮加注操作。

(4) 流量

　　根據閥門密封形式的不同, 閥門的允許泄漏量是不同的。軟密封結構的閥門, 其泄漏量應該為零。而對于硬密封的閥門, 本身是允許有一定泄漏量的。基于上述情況, 配備兩種測量流量的裝置,其一是小流量的流量計, 用來測量允許具有一定泄漏量的硬密封閥門或者軟密封閥門在相對不正常工作狀態下時的泄漏情況。

　　對于微小泄漏量, 由于一般的流量計已經無法檢測到, 需通過觀察并計數開口端在水中泄漏氣泡數的形式進行測量。利用計算機數據采集系統記錄電脈沖的數目, 實現自動計數。

4、結語

　　基于計算機數據采集系統的低溫閥門性能測試裝置, 可以把熱電偶、壓力傳感器、液位傳感器和流量計的各路信號, 經前置處理后輸入到計算機中, 通過數據采集軟件進行數據顯示、存儲和打印, 還可根據相關參數的設置來控制液氮罐的自增壓系統對低溫試驗槽進行加注液氮。該測試系統采用集中式數據監控, 既實現了通過計算機發出指令進行自動操作, 提高工作效率、操作的及時性、準確性及安全性, 又便于數據的統一保存和管理。

參考文獻

　　〔1〕　陸培文. 實用閥門設計手冊〔M 〕. 北京: 機械工業出版社, 2006.
　　〔2〕　JB/T 7749-1995, 低溫閥門技術條件〔S〕.
　　〔3〕　BS 6364 - 1984 (R1998) , 低溫閥門〔S〕.
　　〔4〕　SHELL M ESC SPE 77 /306: 2002, 低溫閥門產品試驗〔S〕