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CN116609008A - 一种高低温环境下阀门泄漏量测试系统及测试方法 - Google Patents

一种高低温环境下阀门泄漏量测试系统及测试方法 Download PDF

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CN116609008A
CN116609008A CN202310533667.7A CN202310533667A CN116609008A CN 116609008 A CN116609008 A CN 116609008A CN 202310533667 A CN202310533667 A CN 202310533667A CN 116609008 A CN116609008 A CN 116609008A
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CN202310533667.7A
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杨文量
翟军
李军
严荣松
陈浩
张杨俊
郭宏伟
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North China Municipal Engineering Design and Research Institute Co Ltd
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North China Municipal Engineering Design and Research Institute Co Ltd
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Abstract

一种高低温环境下阀门泄漏量测试系统，其测试气路装置包括气源罐、截止阀、压力调节器、紧急切断阀、控制阀一、控制阀二、控制阀三、平衡罐、标准体积罐、差压传感器和排气阀，所述气源罐、截止阀、压力调节器、紧急切断阀、控制阀一、平衡罐、控制阀二、标准体积罐、控制阀三和被测试阀门串联连接，差压传感器连接在平衡罐和标准体积罐之间，紧急切断阀与控制阀一之间的分叉管路上安装排气阀，其控制系统与压力调节器、紧急切断阀、排气阀、压力传感器、温度传感器、差压传感器连接，控制阀一、控制阀二和控制阀三的开启/关闭信号输出到控制系统中。本发明可解决‑40～+80℃的高低温环境下口径DN8～DN100的阀门产品泄漏量难以定量获取的技术问题。

Description

一种高低温环境下阀门泄漏量测试系统及测试方法
技术领域
本发明属于阀门测试领域，特别涉及一种高低温环境下阀门泄漏量测试系统及测试方法。
背景技术
通常国内市政管道用的阀门的适用温度范围一般为-20～+60℃，但随着近年来国内部分地区出现极端高热和寒冷的情况时有发生，一款阀门产品在高低温环境下的泄漏量需要经过检验合格才能生产和销售。目前阀门类产品的泄漏量测试通常使用气密检漏仪或气泡查漏的方法进行，气泡查漏的方法通常只能定性判定泄漏，无法准确定量获悉泄漏量，且在低温环境下气泡查漏无法使用，气密性检漏仪多用于小容积被测件，因未加入温度修正，当被测件容积较大且对温度敏感时，气密检漏仪的准确度下降，尤其是在高低温环境下，气密检漏仪的管路和测压位置均位于高低温环境之外，导致结果的准确度和一致性非常低。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高低温环境下阀门泄漏量测试系统，以解决-40～+80℃的高低温环境下口径DN8～DN100的阀门产品泄漏量难以定量获取的技术问题。
本发明的另一目的是提供上述高低温环境下阀门泄漏量测试系统的测试方法。
如上构思，本发明的技术方案是：一种高低温环境下阀门泄漏量测试系统，包括测试气路装置和控制系统，所述测试气路装置包括气源罐、截止阀、压力调节器、紧急切断阀、控制阀一、控制阀二、控制阀三、平衡罐、标准体积罐、差压传感器和排气阀，所述气源罐、截止阀、压力调节器、紧急切断阀、控制阀一、平衡罐、标准体积罐、控制阀三和被测试阀门串联连接，所述平衡罐与所述标准体积罐之间的连接管路上安装控制阀二，所述平衡罐和所述标准体积罐上均连接压力传感器和温度传感器，所述差压传感器的一端位于平衡罐上、另一端位于标准体积罐，所述紧急切断阀与控制阀一之间的分叉管路上安装排气阀，所述控制系统通过数据采集模块、数据/信号传输线与压力调节器、紧急切断阀、排气阀、压力传感器、温度传感器、差压传感器连接，实现数据信号的传输，所述控制阀一、控制阀二和控制阀三的开启/关闭信号输出到控制系统中。
上述高低温环境下阀门泄漏量测试系统的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
(A1)将被测阀门与本测试系统连接，在室温条件下，打开截止阀、紧急切断阀、控制阀一和控制阀二，关闭控制阀三，控制系统调节压力调节器使标准体积罐为压力为pv1，pv1为一不过高的压力，关闭控制阀二，记录标准体积罐的实时温度Tv1，打开控制阀三，记录标准体积罐的实时压力pv2和温度Tv2，根据标准体积罐的容积Vb和理想气体状态方程的关系，计算标准体积罐和被测阀门及附属管路的总容积Vt
(A2)在高低温环境下，打开截止阀、紧急切断阀、控制阀一，关闭控制阀二，控制系统调节压力调节器使得平衡罐的压力为测试压力pt，关闭控制阀一和紧急切断阀，打开排气阀进行排气，记录平衡罐的实时压力p1和温度T1，一定时间t1后，计算平衡罐的泄漏量q1
式中：Vp为平衡罐在标准状态下的容积；t1为测试时间；pt、p1、pn分别为关阀前、关阀后平衡罐内介质的绝对压力和标准状态下气体的绝对压力；Tt、T1、Tn分别为关阀前、关阀后平衡罐内介质的热力学温度和标准状态下气体的热力学温度；zt、zn分别为关阀前、关阀后平衡罐内介质的气体压缩系数和标准状态下介质的气体压缩系数；α为平衡罐材料的线膨胀系数；
(A3)在高低温环境下，打开截止阀、紧急切断阀、控制阀一、控制阀二关闭控制阀三，控制系统调节压力调节器使得标准体积罐的压力为测试压力pt，关闭控制阀二和紧急切断阀，打开排气阀进行排气，记录标准体积罐的实时压力p2和温度T2，一定时间t2后，计算标准罐的泄漏量q2
式中：Vb为标准体积罐在标准状态下的容积；t2为测试时间；pt、p2、pn分别为关阀前、关阀后标准体积罐内介质的绝对压力和标准状态下气体的绝对压力；Tt、T2、Tn分别为关阀前、关阀后标准体积罐内介质的热力学温度和标准状态下介质的热力学温度；zt、zn分别为关阀前、关阀后标准体积罐内介质的气体压缩系数和标准状态下介质的气体压缩系数；α为标准体积罐材料的线膨胀系数；
(A4)根据被测阀门的泄漏量指标qb，确认平衡罐、标准体积罐的泄漏量q1和q2是否小于0.01qb；
(A5)在高低温环境下，打开截止阀、紧急切断阀、控制阀一、控制阀二、控制阀三，控制系统调节压力调节器使得标准体积罐的压力为测试压力pt，关闭控制阀一和紧急切断阀，打开排气阀进行排气；
(A6)监测差压传感器和两罐上的温度传感器，当压差及温度差<0.1℃时(<，认为系统平衡，关闭控制阀二，打开差压传感器两端的截止阀，记录差压传感器的实时差压Δp，一定时间t后，计算被测阀门的泄漏量q
式中：Vt为标准体积罐和被测阀门及附属管路在标准状态下的总容积；t为测试时间；Δp实时压差；Tt、Tn分别为标准体积罐内介质的热力学温度和标准状态下介质的热力学温度；zt、zn分别为标准体积罐内介质的气体压缩系数和标准状态下介质的气体压缩系数；α为标准体积罐材料的线膨胀系数。
优选地，所述控制系统为PLC计算机控制系统。
优选地，所述紧急切断阀与控制阀一之间设有三通连接有排气阀。
优选地，所述平衡罐和标准体积罐为容积相同的压力储罐，容积为1～5L。
优选地，所述压力传感器选用0.04级的绝对压力变送器。
优选地，所述差压传感器选用0.04级的绝对压力变送器，其与平衡罐和标准体积罐连接的管路上均设有独立截止阀。
优选地，所述温度传感器选用Pt1000铂热电阻。
优选地，所述控制阀一、平衡罐、控制阀二、标准体积罐、控制阀三和被测阀门被换热罩包围，所述换热罩为金属结构，表面分布翅片或薄壁管。
优选地，所述控制阀一、控制阀二和控制阀三的开关手柄通过加长杆置于换热罩内，且开关手柄有开启/关闭信号输出到控制系统中。
针对现有技术的不足，实施本发明的有益效果是：
1、适用范围更广，可满足不同型式阀门在不同温度下的泄漏量测试；
2、精度更高，采用监测差压代替监测压降的方法，使得压力敏感度更高，并且引入同体积的平衡罐，补偿因温度改变引起的压力变化；
3、通过PLC计算机控制系统完成测试，可实时显示压力、温度、差压及泄漏量等信息，并存储测试数据；
4、具有掉电保护功能、超压保护功能，停电后或管路压力过高时，系统自动卸压；
5、测试系统配置齐全，适用于不同国家标准、行业标准中对阀门泄漏量试验的场景。
附图说明
图1为本发明实施例的系统示意图。
其中：1-截止阀；2-压力调节器；3-紧急切断阀；4-排气阀；5-控制阀一；6-平衡罐；7-控制阀二；8-标准体积罐；9-控制阀三；10-被测试阀门；11-压力传感器一；12-温度传感器一；13-差压传感器；14-压力传感器二；15-温度传感器二；16-换热罩；17-PLC计算机控制系统；18-气源罐。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明所提供的一种高低温环境下阀门泄漏量测试装置及其测试方法的过程和工作原理作进一步的详细说明。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。
下面结合附图1对本发明的测试装置作进一步的详细描述。
如图1所示，图中粗实线为测试装置的测试管路，细实线为压力信号或驱动压力，虚线为信号线。
本发明提供一种高低温环境下阀门泄漏量测试系统，包括测试气路装置和PLC计算机控制系统，所述PLC计算机控制系统具有处理试验数据、结果存储功能、掉电后或压力过高后的紧急切断和排气功能、有USB插口位置，用于控制所述的测试气路装置的运行和数据的采集处理，所述测试气路装置包括气源罐、截止阀、压力调节器、紧急切断阀、控制阀一、控制阀二、控制阀三、平衡罐、标准体积罐、差压传感器和排气阀，所述气源罐、截止阀、压力调节器、紧急切断阀、控制阀一、平衡罐、标准体积罐、控制阀三和被测试阀门串联连接，所述平衡罐与所述标准体积罐之间的连接管路上安装控制阀二，所述平衡罐上安装压力传感器二和温度传感器二，所述标准体积罐上安装压力传感器一和温度传感器一，所述紧急切断阀与控制阀一之间的分叉管路上设有三通连接排气阀，所述差压传感器的一端位于平衡罐上、另一端位于标准体积罐，差压传感器与两个罐体的连接管路上均有独立截止阀，所述PLC计算机控制系统通过数据采集模块、数据/信号传输线与压力调节器、紧急切断阀、排气阀、压力传感器、温度传感器、差压传感器连接，实现数据信号的传输，并将相应信号、容积和泄漏量计算结果显示在PLC工控机的显示屏上。
所述平衡罐和标准体积罐为容积相同的压力储罐，容积为1～5L，所用材质为牌号SUS304或SUS316的不锈钢材料，内壁抛光，左右封头采用凹凸对接式焊接，确保内壁不挂水、不积液。优选地，所述平衡罐和标准体积罐的容积及各自管路附加容积采用钟罩干标法(比对方式)获得。
所述压力传感器一和压力传感器二选用0.04级的绝对压力变送器。
所述温度传感器一和温度传感器二选用Pt1000铂热电阻，每个罐上的温度传感器不少于3只，分布原则为等体积分布。
所述紧急切断阀选用0.04级的绝对压力变送器。
所述换热罩用于包围装置中的控制阀一、平衡罐、控制阀二、标准体积罐、控制阀三和被测阀门，换热罩为金属结构，表面分布翅片或薄壁管。
所述控制阀一、控制阀二和控制阀三的开关手柄通过加长杆置于换热罩内，控制阀一、控制阀二和控制阀三的开关手柄有开启/关闭信号输出到控制系统中。
本发明的工作原理是：气源罐内的高压气体或氮气经截止阀进入压力调节器，经过减压后的气体，经紧急切断阀、控制阀一进入平衡罐和标准体积罐，控制阀二控制平衡罐与标准体积罐之间切断，标准体积罐的气体经控制阀三进入被测试阀门。测试完毕或紧急情况下，罐体内的气体可通过紧急切断阀与控制阀一之间分叉管路上的排气阀排出。同时，测试管路的气体进入压力调节器上的驱动压力单元，完成对压力调节器的开度控制，进而实现对测试管路内压力和流量的调节。上述测试管路连接可为螺纹连接和法兰连接。
结合附图1对基于测试装置所采取的测试方法作进一步的详细描述：高低温环境下的阀门泄漏量测试方法基于正压条件下的pVTt法气体流量计算方法。具体实施步骤如下。
(1)将被测阀门通过连接于所述测试装置，在室温条件下，打开截止阀、紧急切断阀、控制阀一、控制阀二，关闭控制阀三，控制系统调节压力调节器使标准体积罐为压力为pv1，pv1为一不过高的压力，关闭控制阀二，记录标准体积罐的实时温度Tv1，打开控制阀三，短暂时间(小于20s)内，记录标准体积罐的实时压力pv2和温度Tv2。根据标准体积罐的容积Vb和理想气体状态方程的关系，计算标准体积罐和被测阀门及附属管路的总容积Vt。
(2)必要时，在多个不同压力pv1下测试多次，以多次总容积的平均值作为最终总容积。
(3)在高低温环境下，打开截止阀、紧急切断阀、控制阀一，关闭控制阀二，控制系统调节压力调节器使得平衡罐的压力为测试压力pt，关闭控制阀一和紧急切断阀，打开排气阀进行排气，记录平衡罐的实时压力p1和温度T1，一定时间t1后，计算平衡罐的泄漏量q1。
式中：Vp为平衡罐在标准状态下的容积；t1为测试时间；pt、p1、pn分别为关阀前、关阀后平衡罐内介质的绝对压力和标准状态下气体的绝对压力；Tt、T1、Tn分别为关阀前、关阀后平衡罐内介质的热力学温度和标准状态下气体的热力学温度；zt、zn分别为关阀前、关阀后平衡罐内介质的气体压缩系数和标准状态下介质的气体压缩系数；α为平衡罐材料的线膨胀系数。
(4)在高低温环境下，打开截止阀、紧急切断阀、控制阀一、控制阀二关闭控制阀三，控制系统调节压力调节器使得标准体积罐的压力为测试压力pt，关闭控制阀二和紧急切断阀，打开排气阀进行排气，记录标准体积罐的实时压力p2和温度T2，一定时间t2后，计算标准罐的泄漏量q2。
式中：Vb为标准体积罐在标准状态下的容积；t2为测试时间；pt、p2、pn分别为关阀前、关阀后标准体积罐内介质的绝对压力和标准状态下气体的绝对压力；Tt、T2、Tn分别为关阀前、关阀后标准体积罐内介质的热力学温度和标准状态下介质的热力学温度；zt、zn分别为关阀前、关阀后标准体积罐内介质的气体压缩系数和标准状态下介质的气体压缩系数；α为标准体积罐材料的线膨胀系数。
(5)根据被测阀门的泄漏量指标qb，确认平衡罐、标准体积罐的泄漏量q1和q2是否小于0.01qb。
(6)在高低温环境下，打开截止阀、紧急切断阀、控制阀一、控制阀二、控制阀三，控制系统调节压力调节器使得标准体积罐的压力为测试压力pt，关闭控制阀一和紧急切断阀，打开排气阀进行排气。
(7)监测差压传感器和两罐上的温度传感器，当压差及温度差值可忽略时(<0.1℃)，认为系统平衡，关闭控制阀二，打开差压传感器两端的截止阀，记录差压传感器的实时差压Δp，一定时间t后，计算被测阀门的泄漏量q。
式中：Vt为标准体积罐和被测阀门及附属管路在标准状态下的总容积；t为测试时间；Δp实时压差；Tt、Tn分别为标准体积罐内介质的热力学温度和标准状态下介质的热力学温度；zt、zn分别为标准体积罐内介质的气体压缩系数和标准状态下介质的气体压缩系数；α为标准体积罐材料的线膨胀系数。
最后，本发明的未述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种高低温环境下阀门泄漏量测试系统，包括测试气路装置和控制系统，其特征在于：所述测试气路装置包括气源罐、截止阀、压力调节器、紧急切断阀、控制阀一、控制阀二、控制阀三、平衡罐、标准体积罐、差压传感器和排气阀，所述气源罐、截止阀、压力调节器、紧急切断阀、控制阀一、平衡罐、标准体积罐、控制阀三和被测试阀门串联连接，所述平衡罐与所述标准体积罐之间的连接管路上安装控制阀二，所述平衡罐和所述标准体积罐上均连接压力传感器和温度传感器，所述差压传感器的一端位于平衡罐上、另一端位于标准体积罐，所述紧急切断阀与控制阀一之间的分叉管路上安装排气阀，所述控制系统通过数据采集模块、数据/信号传输线与压力调节器、紧急切断阀、排气阀、压力传感器、温度传感器、差压传感器连接，实现数据信号的传输，所述控制阀一、控制阀二和控制阀三的开启/关闭信号输出到控制系统中。
2.一种根据权利要求1所述的高低温环境下阀门泄漏量测试系统的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
(A1)将被测阀门与本测试系统连接，在室温条件下，打开截止阀、紧急切断阀、控制阀一和控制阀二，关闭控制阀三，控制系统调节压力调节器使标准体积罐为压力为pv1，pv1为一不过高的压力，关闭控制阀二，记录标准体积罐的实时温度Tv1，打开控制阀三，记录标准体积罐的实时压力pv2和温度Tv2，根据标准体积罐的容积Vb和理想气体状态方程的关系，计算标准体积罐和被测阀门及附属管路的总容积Vt
(A2)在高低温环境下，打开截止阀、紧急切断阀、控制阀一，关闭控制阀二，控制系统调节压力调节器使得平衡罐的压力为测试压力pt，关闭控制阀一和紧急切断阀，打开排气阀进行排气，记录平衡罐的实时压力p1和温度T1，一定时间t1后，计算平衡罐的泄漏量q1
式中：Vp为平衡罐在标准状态下的容积；t1为测试时间；pt、p1、pn分别为关阀前、关阀后平衡罐内介质的绝对压力和标准状态下气体的绝对压力；Tt、T1、Tn分别为关阀前、关阀后平衡罐内介质的热力学温度和标准状态下气体的热力学温度；zt、zn分别为关阀前、关阀后平衡罐内介质的气体压缩系数和标准状态下介质的气体压缩系数；α为平衡罐材料的线膨胀系数；
(A3)在高低温环境下，打开截止阀、紧急切断阀、控制阀一、控制阀二关闭控制阀三，控制系统调节压力调节器使得标准体积罐的压力为测试压力pt，关闭控制阀二和紧急切断阀，打开排气阀进行排气，记录标准体积罐的实时压力p2和温度T2，一定时间t2后，计算标准罐的泄漏量q2
式中：Vb为标准体积罐在标准状态下的容积；t2为测试时间；pt、p2、pn分别为关阀前、关阀后标准体积罐内介质的绝对压力和标准状态下气体的绝对压力；Tt、T2、Tn分别为关阀前、关阀后标准体积罐内介质的热力学温度和标准状态下介质的热力学温度；zt、zn分别为关阀前、关阀后标准体积罐内介质的气体压缩系数和标准状态下介质的气体压缩系数；α为标准体积罐材料的线膨胀系数；
(A4)根据被测阀门的泄漏量指标qb，确认平衡罐、标准体积罐的泄漏量q1和q2是否小于0.01qb；
(A5)在高低温环境下，打开截止阀、紧急切断阀、控制阀一、控制阀二、控制阀三，控制系统调节压力调节器使得标准体积罐的压力为测试压力pt，关闭控制阀一和紧急切断阀，打开排气阀进行排气；
(A6)监测差压传感器和两罐上的温度传感器，当压差及温度差<0.1℃时(<，认为系统平衡，关闭控制阀二，打开差压传感器两端的截止阀，记录差压传感器的实时差压Δp，一定时间t后，计算被测阀门的泄漏量q
式中：Vt为标准体积罐和被测阀门及附属管路在标准状态下的总容积；t为测试时间；Δp实时压差；Tt、Tn分别为标准体积罐内介质的热力学温度和标准状态下介质的热力学温度；zt、zn分别为标准体积罐内介质的气体压缩系数和标准状态下介质的气体压缩系数；α为标准体积罐材料的线膨胀系数。
3.根据权利要求1所述的一种高低温环境下阀门泄漏量测试系统，其特征在于：所述控制系统为PLC计算机控制系统。
4.根据权利要求1所述的一种高低温环境下阀门泄漏量测试系统，其特征在于：所述紧急切断阀与控制阀一之间设有三通连接有排气阀。
5.根据权利要求1所述的一种高低温环境下阀门泄漏量测试系统，其特征在于：所述平衡罐和标准体积罐为容积相同的压力储罐，容积为1～5L。
6.根据权利要求1所述的一种高低温环境下阀门泄漏量测试系统，其特征在于：所述压力传感器选用0.04级的绝对压力变送器。
7.根据权利要求1所述的一种高低温环境下阀门泄漏量测试系统，其特征在于：所述差压传感器选用0.04级的绝对压力变送器，其与平衡罐和标准体积罐连接的管路上均设有独立截止阀。
8.根据权利要求1所述的一种高低温环境下阀门泄漏量测试系统，其特征在于：所述温度传感器选用Pt1000铂热电阻。
9.根据权利要求1所述的一种高低温环境下阀门泄漏量测试系统，其特征在于：所述控制阀一、平衡罐、控制阀二、标准体积罐、控制阀三和被测阀门被换热罩包围，所述换热罩为金属结构，表面分布翅片或薄壁管。
10.根据权利要求1所述的一种高低温环境下阀门泄漏量测试系统，其特征在于：所述控制阀一、控制阀二和控制阀三的开关手柄通过加长杆置于换热罩内，且开关手柄有开启/关闭信号输出到控制系统中。
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