气压测漏技术在安全阀密封性能试验中的应用研究

气压测漏技术在安全阀密封性能试验中的应用研究

王川岁   姚海龙华 岩

（1.蚌埠市特种设备监督检验中心，安徽 蚌埠 233000）

（2.北京中科宇盛安全技术有限公司， 北京  100071）

提要：针对传统的安全阀密封试验时数气泡法繁琐、低效，准确性和可靠性差等问题，将气压测漏技术应用到安全阀密封性能检测中。通过对单位时间气体泄漏量和压力下降值关系的研究分析，提出了一种智能检测系统的设计方案，阐述了系统的装置构造，工作流程。该系统可以自动采集处理数据和自动判断合格与否，实现了安全阀智能化密封试验检测，使试验过程更为科学准确简易高效。

关键词：气压测漏法；安全阀密封试验；泄漏量和压力下降值关系；智能检测系统

一、引言

密封性能是工业密封件的一项重要指标，对产品质量和性能等方面有很大影响，而泄漏检测是保证密封件密封性能关键手段之一。目前气体泄漏检测已广泛应用于汽车、航空、电子产品、工业和民用设备等领域中，检测方法有很多，根据不同的原理，通常分水检法、气压检测法、超声波检测法、卤素检测法、氦质谱检测法、激光检测法等。其中气压测漏法是以压缩空气为介质，对被测密闭容器充气加压或者抽真空，然后对其压力进行采样分析，通过一定时间内压力值变化量，推断出泄漏量大小，从而判断密封性是否合格。随着科学技术的发展。压力测漏法因其准确可靠、自动化程度高、操作简单、干净无污染，已成为气体泄漏检测行业的主流。

安全阀是承压设备广泛使用的安全保护装置之一，密封性是安全阀重要的性能参数之一，TSG ZF001-2006《安全阀安全技术监察规程》中明确要求安全阀在型式试验、出厂检验、安装前检查、定期校验中均应进行密封试验。当安全阀密封试验以气体为试验介质时，按照规程推荐的密封试验装置及方法，在每只安全阀试验时需要安装堵盖，连接集漏管和水杯，检查时需用肉眼观察至少两块压力表，并用秒表人工计时数出每分钟泄漏气泡数，再查取GB/T12243-2005《弹簧直接载荷式安全阀》标准表12（见下表）中给出不同整定压力值和不同安全阀流道直径下最大允许泄漏率来判定合格与否。该试验方法和设备，操作繁琐，效率低下，判定的方便性、准确性和可靠性差。

为了克服以上方法的缺陷，本文拟将气压测漏技术应用到安全阀密封性能试验中，提供一种科学先进、简易高效、准确可靠的密封试验方法，进而实现自动测定采集处理数据，自动判定合格与否，实现智能化密封试验检测，代替原国家规范中要求的人工数气泡数量方法，消除试验过程中的人为因素，提高试验结果的准确性与可靠性，提高检测工作效率。

二、基本原理与方法

（一）基本原理

当安全阀密封试验以气体为介质时，系统安装的压力检测装置实时检测被测安全阀内腔压力，如果有泄漏，其压力将逐渐降低。通过理论推导和试验分析，建立安全阀密封试验时单位时间压力下降值和泄漏量的理论对应关系。试验中利用压力检测装置检测安全阀内腔在试验检测前后的压力的下降值，根据建立的对应关系式，将单位时间压力下降值转换成以每分钟泄漏量表示的泄漏率，再根据现行国家标准GB/T12243-2005《弹簧直接载荷式安全阀》表12规定的最大允许每分钟泄漏量，判定合格与否。依据这种方法，开发出相应的检测软件，研制一套以压力变送器、数据采集模块、计算机为核心的相应的智能检测系统，实现自动采集处理数据和自动判断结果，实现智能化密封试验检测。

（二）泄漏量计算

对于一个充气容器，根据气体状态方程（克拉伯龙方程）PV=mRT/M=nRT （1），如果有泄漏，可以得出：

P1V=n1RT  （2）；

P2V=n2RT  （3）；

公式（1）中P为气体压强，V为试验有效容积，n为气体的物质的量，R为气体常量，T为绝对温度；公式（2）中P1为试验前气体压力，n1为试验前气体的物质的量；公式（3）中P2为试验后气体压力，n2为试验后气体的物质的量；

假定工件有气体泄漏到大气，则有：

P0V0=( n1-n2)RT=( P1V/RT- P2V/RT)RT=( P1- P2)V  （4）；

公式（4）中P0为标准大气压，V0为试验中泄漏气体体积；

引入测试时间t，则ΔV=V0/t (5)

公式（5）中ΔV表示单位时间的气体泄漏量；

ΔP=（P1-P2）/t （6）

公式（6）中ΔP表示单位时间的气体压力降；

将公式（4）与公式（5）带入公式（6），得出ΔV =ΔP V / P0  （7）

公式（7）为单位时间的气体泄漏量与压力降的对应关系式。

式中：

ΔP表示每分钟压力降 (KPa /min)，

V表示试验有效容积（cm3），即试验范围内安全阀阀内容积和连接管路容积之和，

P0表示标准大气压101.325 KPa，

P1为试验前气体压力(KPa)，

P2为试验后气体压力(KPa)，

t表示检测时间（min）。

虽然完全理想的气体并不可能存在，但许多实际气体，特别是那些不容易液化、凝华的气体，如氮气、氦、氢气、氧气等在常温常压下的性质已经十分接近于理想气体。安全阀密封试验中我们常用氮气做为试验介质，因此上式可以作为安全阀密封试验中每分钟泄漏量与单位时间压力降的简易对应关系式，该公式具有一定的条件和近似性。

（三）试验方法

根据上述原理，本文研究出的安全阀密封试验方法，通过以下步骤来实现：

1、在与被测安全阀内腔连通的管路上安装不同量程的压力检测装置；

2、调整安全阀进口压力至《安全阀安全技术监察规程》规定的密封试验压力；

3、经过《安全阀安全技术监察规程》规定的密封试验压力保持时间后，获取试验前压力值P1；

4、经过《安全阀安全技术监察规程》规定的泄漏检查时间t后，获取试验后压力值P2；

5、求得单位时间压力降值ΔP=（P1-P2）/t，根据推导建立的单位时间压力下降值ΔP与泄漏量ΔV的对应关系式ΔV =ΔP V / P0，计算得出每分钟的泄漏量ΔV；

6、将计算出的每分钟的泄漏量ΔV与GB/T12243-2005《弹簧直接载荷式安全阀国家标准》中表12中规定的每分钟最大允许泄漏量ΔVmax进行比对，判断安全阀的密封性能是否合格；若ΔV不大于ΔVmax，那么安全阀密封性能合格，若ΔV大于ΔVmax，那么安全阀密封性能不合格。

三、智能检测系统的构造

因密封试验中压降很小，用肉眼观察压力表的压降难以准确判断，且根据上述原理和方法若采用人工计算和判定依旧繁琐低效易出错。本文根据上述原理和方法设计一套智能密封试验检测系统，能够方便快捷地对安全阀的密封性能进行智能化的试验，以消除试验过程中的人为因素，提高检测效率和试验结果的准确性与可靠性。

本系统装置构造如图1所示，主要包括压力变送器、数据采集模块、串行通讯接口、计算机及软件和显示器等，压力变送器安装在与被测安全阀内腔连通的压力表管路上，实时感应试验时的压力值。数据采集模块的输入端与压力变送器的输出端连接，用来采集压力变送器反馈的试验前后压力值，数据采集模块的输出端通过串行通讯控件与计算机相连接。当受到主机提示时，该模块将通过串行通讯接口向主机发送数据。计算机存有检测系统软件，用来编写信号处理存储的应用程序，开发检测界面，控制实现将采集的数据信息进行处理，对处理后的检测结果进行数据管理，实时显示和存储，以及检测报告的输出。显示器、鼠标、键盘作为人机交互接口，实现安全阀参数、试验数据的录入和检测过程的操作与显示。

图2  密封性能试验智能系统装置构造图

1、气源阀门 2、试验容器 3、试验阀 4、机械台架 5、被测安全阀 6、试验连接管路 7、压力表 8、压力变送器 9、泄放阀 10、数据采集模块 11、串行通讯接口 12、计算机 13、检测系统软件 14、显示器

四、智能检测系统工作流程

1、将被测安全阀安装在机械台架上并夹紧，启动计算机，进入检测界面；

2、输入流道直径、试验有效容积、整定或密封的校验压力；根据校验压力不同，系统自动进入相应量程的压力表和压力变送器通道；

3、本系统同时具备整定压力调整的功能，在进行安全阀密封试验前先进行整定压力的调整；

4、整定压力的调整后，将压力降低并调整至规定的密封试验压力后关闭气源试验阀门，利用计算机软件设置密封试验压力保持时间与泄漏检查时间t，启动后先后进行保压平衡和试验检测，试验检测时间开始和结束时精密压力表和压力变送器同步测量试验前压力值P1与试验后压力值P2；

5、利用计算机软件将采集来的P1、P2、t数据自动计算出单位时间压力降ΔP=（P1-P2）/t，再根据计算机存储的单位时间压力下降值ΔP与泄漏量ΔV的对应关系式ΔV =ΔP V / P0，系统自动将单位时间压力降转换为每分钟理论泄漏量ΔV；

6、计算机软件内还存储有GB/T12243-2005标准表12中的合格数据，自动将每分钟理论泄漏量ΔV与表12所列最大允许泄漏气泡数ΔVmax进行比对，自动判断合格与否；

7、打开泄放阀缓慢释放系统压力为零后，试验结束；

8、试验中系统在显示器上自动显示相关数值和试验结果，并自动保存数据和生成试验报告。

整个系统力求简单实用，经济可靠，能够方便快捷的完成安全阀密封试验和判定。

五、结语

1、本项目提出的试验方法和研制的试验设备克服了传统人工数气泡数法存在的应用缺陷，准确可靠、快捷高效且有国家合格标准可依，实用性强，解决了目前国内在安全阀智能密封试验方法研究结果中无合格判定标准的尴尬和缺陷。

2、本项目所研制的安全阀智能检验设备同时具有安全阀整定压力调整和密封性能试验功能，能够满足国家规范所要求的安全阀检测工作需要，改进了目前市场上仅能进行整定压力校验的安全阀自动校验台功能，在功能拓展性和性价比等方面，相比之国内安全阀检验装置的主流产品具有明显的优势，具有十分广阔的市场应用前景和推广价值。

参考文献

[1]TSG ZF001-2006 安全阀安全技术监察规程[S]

[2]GB/T12243-2005 弹簧直接载荷式安全阀[S]

[3]曾成洲，林躜，沈萌红.瓶阀泄漏定量检测系统的研究与设计[J].液压与气动,2011,9：46-49

[4]季增连，王道顺.直压式气体泄漏检测技术的研究[J].中国仪器仪表，2011,11:30-33

第一作者简介：王川岁（1981.6—），男，汉族，蚌埠，蚌埠市特种设备监督检验中心，本科，学士学位，工程师，从事承压设备工作及研究。

第二作者简介：姚海龙（1968.9—），男，汉族，蚌埠，蚌埠市特种设备监督检验中心，本科，学士学位，高级工程师，从事承压设备工作及研究。

第三作者简介：华  岩（1963.9— ），男，汉族，北京，北京中科宇盛安全技术有限公司，本科，学士学位，工程师，从事安全阀校验工作及校验设备设计制造研究。

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