01.概述

安全阀是锅炉、压力容器、其他承压设备等方面不容忽视的超压保护安全装置，安全阀的安全性能对于设备与人身安全存在直接联系。安全阀依靠介质本身的压力或者借助动力辅助装置（气压、液压、电磁等）排出额定数量的流体，进而防止压力超过额定安全值；当压力释放恢复正常后，阀门自动关闭并再次实现密封的阀门，对于设备系统的安全运行发挥着重要作用。按照相关标准规定，需针对安全阀进行定期校验，每一年至少进行一次的校验行为；现有的安全阀检验标准对安全阀的校验或检测均给出了详细的规定，各项标准有相同点，但也存在差异。

目前，安全阀校验机构大都采用压力试验设备校验安全阀的开启（整定）压力；由于受原有试验设备工况的限制，在实验室场所中，一般采用压力表目测的方法判断。按照传统的安全阀校验设备和校验工艺，在具体的校验工作中，应在校验台上面安装设置安全阀，将放气阀及时关闭，将进气阀缓慢打开，使压力逐步提升，校验人员注视压力表数值，在确保安全阀至开启（整定）的压力后再开启阀门；在开启的瞬间，校验人员通过读取和记录压力表瞬时数值，得出校验数据；随后将试验压力下降至开启（整定）压力的90%进行密封性能试验，试验台管路系统示意图如图1所示。由于使用指针式的仪表可能存在人为读数偏差或误读现象，对安全阀校验结果数据的记录造成较大影响，如校验数值偏高，可能存在设备主体超压时安全阀不能准确开启泄压；校验数值偏低，安全阀在实际生产活动过程中频繁开启，影响设备主体正常运作。因此，校验结果的准确性将直接影响主体设备使用的安全性，甚至对人身安全造成重大影响。

1.试验台入口控制阀 2.压力表切换阀 3.测试用压力表 4.试验台夹装工具台 5.试验台出口控制阀

图1 试验台管路系统

基于以上，传统的安全阀压力试验台的局限性逐渐凸显，传统的校验设备和方法、校验质量和效率都不满足速写校验记录压力值和人工计算是否合格的需求，同样无法满足现代化校验的需求。随着数字化检测新技术的研究应用和推广，对压力试验台与采用数据采集器、压力变送器检测得出的安全阀冷态性能研究和测试显得尤为重要。本文结合多年安全阀校验和质量管理工作的经验，为提升安全阀校验的准确性和效率，采用数字化采集装置，研发出一种高效准确的安全阀数字化校验装置。

02.测试装置

2.1 试验台数字化安装形式

数字化校验采集的设计理念是在原压力试验台基础上，通过在压力试验台的管道旁路处安装压力变送器，与安全阀、压力表三者相互联通而实现。在校验过程中，三者始终保持压力相同，针对安全阀压力值的测量主要是利用压力变送器将实时压力传递到采集器上，经过运算、转换、过滤后输入到压力开启系统程序，压力开启系统对采集数据进行判断并发出动作指令，实现数字化校验采集功能，具体如图2所示。

1.试验台入口控制阀 2.压力表切换阀 3.测试用压力表 4.试验台夹装工具台 5.试验台出口控制阀

6.压力变送器 7.采集器 8.压力开启系统

图2 试验台管路结构和安装形式

2.2 数字化数据采集器的组成数字化数据采集器由数据采集模块、工控交直流转换模块、工业级串行接口转换模块、电源滤波模块等四个模块组成。该采集装置的组成为数采器、交直流电源、串行口转换器、电源滤波器，如图3所示。先将数据采集器的RS485接口密切链接串行接口转换器的RS485接口，执行Modbus RTU通信协议，另一个数据接口为RS-232C接口，连接电脑串行口；此外，交直流电源通过三芯多股电缆与电源滤波器相连，电源滤波器就是IEC插座型带保险丝开关滤波器。

图3 数据采集和工控直交流、串行接口及电源滤波等模块转换图

2.2.1 交直流电源交直流电源设计有多重保护功能，开关电源的电压输出通过一系列的整流/滤波电路、切换电路、电磁滤波回路实现。电磁滤波回路是将市电接入其输入端，输出端则需要经过一个整流/滤波电路和切换电路之间互相连接；此外，将电路进行切换，并链接另一个整流/滤波电路，该整流/滤波电路与开关电源的电压输出端互相连接。检测电路、过压保护电路需与开关电源的电压输出端分别进行连接，并利用光电耦合器和控制电路进行互相连接。控制电路与上述切换电路相连，过载保护电路将切换电路的数据反馈至控制电路。具体工作流程如图4所示。

图4 交直流电源流程图

2.2.2 电源滤波器电源滤波器的作用是将市电转换为适合系统使用的稳定电源。在原试验台加装的数据采集器内置模块适用的电压是24 V直流电，而通常市电是交流电220 V，采用IEC型插座（带有保险丝滤波器），并采用220 V交流电开展滤波操作，开关电源能够将220 V交流电转变成为24 V直流电，将稳定的电源输送到数据采集器内，具体转换流程如图5所示。

图5 电源滤波器流程图

2.2.3 串行接口RS485接口是串行接口转换器的重要数据接口，直接连接数据采集器的RS485接口；RS-232C接口则是另外的数据接口，串行接口转换器将信号转变成为RS-232C接口信号，并与电脑互相连接。此转换器可支持双向转换操作，在实现数据采集的同时，可利用数据采集器合理设置参数，具体流程如图6所示。

图6 串行接口流程图

2.2.4 数据采集器数据采集器具有二路DI（数字输入）和八路AI（逻辑输入，0~20 mA/4~20 mA），结合安全阀数字化校验需求，目前使用采集器中的五路AI（逻辑输入）和二路DI（数字输入）。结合测试需求，剩下的三路AI能够作为扩充运用。数据采集器AI接口的运用需严格遵照工业标准的三线航空接口和压力变送器实现链接操作，从而采集到压力的电流值，具体如图7所示。

图7 数据采集器流程图

2.3 压力变送器连接读取方式与算法

在试验台的管道位置将压力变送器进行合理安装，压力变送器与安全阀直接联通，校验工作开始后，数据采集器会按照相应频率（频率可以预设并调整）读取实时压力；当压力试验台处于上升压时，实时压力通过压力变送器传输到精度更高的数据采集器之中，在压力处于上升阶段至安全阀达到开启（整定）压力开启的过程中，系统程序实时获取压力变送器的测量数据，根据所获取的电流数据推导出对应的电压数据，即位压力值；进而获得测量值范围内的最大压力值，具体如图8和图9所示。

图8 压力变送器读取方式

图9 数据采集算法原理

2.4压力开启系统终端操作

压力开启系统操作终端，通过压力变送器、数据采集器与压力开启系统建立联接，校验开始时压力开启系统将相应频率读取数据采集器的实时压力，调整安全阀使其到达整定压力时瞬间将之打开，压力得到释放而下降，整个过程的压力值通过系统程序被实时记录下来，自动形成完整的曲线。将这段曲线的最大值作为安全阀开启（整定）的具体压力，此操作需要严格遵照《数值修约规则与极限数值的表示方法和判定》要求开展，系统程序自动保留数值，精确到小数点后三位（见图10）。随后将安全阀开启压力（整定）下降至90%并保持稳定状态，进行不同类型的安全阀密封性能试验，非密封式类型的安全阀密封性试验可选择“目视、听音”方式进行试验判断；密封式类型安全阀密封性试验可选择“气泡”方式进行试验判断，根据国家标准，试验至少持续一分钟，试验结果可以填写结论也可以填写测试数据，例如有无泄漏、气泡的数量等，确保阀门无泄漏状态自动进行判断是否合格（见图11）。

图10 压力开启系统终端操作显示

图11 密封性试验操作显示

03.项目应用

安全阀数字化采集压力开启系统在广东省特种设备检测研究院中山检测院已上线运行5年多，完成了15万余台次各类安全阀的校验工作。该方法克服了现有技术的不足，提供一种安全阀开启（整定）压力的智能校验方法，数字化读取安全阀开启（整定）瞬间压力和密封性能试验，进行校验并自动输出校验结果。

04.结语

安全阀数字化校验采集的研究与应用通常运用在安全阀校验上，数字化读取校验数值、生成原始记录和校验报告并做自动判定，确保了校验开启（整定）压力值的准确性，不仅简化了安全阀校验人员的工作量及有效增强安全阀校验单位的信息化、网络化管理水平，也保障了安全阀校验报告质量，提高了安全阀校验机构的核心竞争力，为实现安全阀数字化校验采集奠定了坚实的基础。