摘要：安全阀是一种自动阀门，它不借助任何外力而利用介质本身的力来排出一额定数量的流体，以防止压力超过预定的安全值；当压力恢复正常后，阀门再行关闭并阻止介质继续流出｡对于锅炉､压力容器､压力管道等承压类特种设备，安全阀既是一种最基本的机械性保护装置，同时也是必不可少的安全附件，其动作可靠性和性能好坏直接关系到设备和人身安全。
关键词：安全阀；在线校验；原理
Analysis of on line check technology of safety valve
Wu Chau
Jiangsu special equipment safety inspection and Inspection Institute，Changzhou branch，Jiangsu Changzhou 213000
Absrtact：a safety valve is an automatic valve that uses the force of the medium itself without any external force to discharge a rated amount of fluid to prevent the pressure from exceeding a predetermined safety value；when the pressure returns to normal，The valve closes again and prevents the medium from continuing to flow out.For special pressure equipment such as boilers，pressure vessels and pressure pipes，the safety valve is not only a basic mechanical protection device，but also an essential safety accessory.Its action reliability and performance are directly related to the equipment and personal safety.
Key words：safety valve；on-line check；principle
一、安全阀在线校验及基本原理
在工作过程中，安全阀由于环境温度､操作压力､介质腐蚀等物理和化学因素的影响，安全阀的开启压力和阀瓣密封性能发生改变，导致安全阀不能正常开启或引起泄露，为确保安全生产，国家标准明确规定了安全阀的定期校验时间：“一般每年至少校验一次”
目前安全阀的校验方法主要有两种即离线校验（又称冷态校验）和在线校验（又称热态校验）｡安全阀离线校验指的是人工将安全阀从承压设备上拆卸下来，运送至国家规定的安全阀校验站进行校验｡这种原始的安全阀校验台测试装置简陋，只能测定安全阀整定压力，无法对安全阀的密封性能､排放压力和回座压力进行检查和测量，并且完全依靠操作人员自身听觉和视觉来判断安全阀的开启以及读取压力数据，校验结果极不准确｡虽然目前安全阀校验以离线校验为主，但由于离线校验并不是在安全阀实际工况下对其进行校验，未考虑实际工作环境（如温度､介质等）对校验结果的影响，并且由于某些承压类特种设备安装及使用条件的限制，导致安全阀无法拆卸（例如安全阀与设备焊接在一起），因此，近年来能够进行热态校验的在线校验技术得到快速发展，且前景广阔｡
（一）安全阀在线校验
安全阀在线校验技术可分为设备升压实跳和利用在线校验仪辅助开启装置校验两种｡设备升压实跳是指在确保设备安全运行的前提下，通过向设备内增加介质的方式使设备内介质压力达到安全阀开启压力，观察安全阀能否开启｡设备升压实跳的最大优点在于保证了安全阀是在实际工作环境下对其进行校验，测量结果准确可靠，但其弊端在于受到设备内工作介质的限制，不适用于介质为易燃､易爆或剧毒的情况，并且在设备升压实跳的校验过程中，设备会短时间处于超压状态，存在爆炸或破裂的风险｡因此，安全阀在线校验技术的发展均围绕着利用在线校验仪展开｡本课题研究的安全阀在线校验均指利用在线校验仪完成安全阀在线校验的过程｡
（二）在线校验原理
利用安全阀在线校验仪辅助开启装置对安全阀进行在线校验时（以下简称：在线校验），由于工作状态下设备的工作压力小于安全阀的开启压力，故需要在线校验仪对阀杆施加一个向上的附加力 
，在 
与设备内部介质压力
的合力作用下，克服安全阀弹簧的预紧力 
，使得安全阀强制开启｡在线校验开启压力的原理如图1所示｡
图1在线校验原理图
在线校验时，通过力传感器测得开启时的附加外力 
，然后由软件根据式（1）计算开启压力：
（1）
式中
—阀瓣有效面积，m2｡
附加外力
的测量误差的大小对安全阀在线校验仪的精度起着关键性的作用｡
二、直接测量法与误差分析
（一）直接测量法
目前，大部分安全阀在线校验仪均采用力传感器测定附加力，这种直接使用力传感器测量拉力的校验方法，称为在线校验直接测量法｡一般安全阀在线校验仪由液压驱动系统､数据处理系统和机械夹具三部分组成｡其中液压驱动系统配备手动液压泵和液压油缸，主要功能是通过控制手动液压泵的液压输出来提供校验时所需的附加力｡附加力的大小主要取决于安全阀的开启压力､阀瓣密封面积以及工作时的介质压力等｡因此，不同的安全阀开启时需要的附加力的大小跨度很大，无论多大，只要利用力传感器直接测量附加力就可以通过软件得到开启压力，这也是直接测量法的优势｡
（二）误差分析
影响安全阀在线校验结果精度原因有很多，其中安全阀阀瓣有效密封面积和附加力的准确测量是保证校验结果精度的最重要因素，本文只对附加力的准确测量作误差分析｡而附加力的准确测量主要与传感器精度和数据采集电路有关｡力传感器直接测量附加力的关键点之一是保证测试用的力传感器精度｡传感器的测试精度取决于其灵敏度及力-电流（电压）的线性关系，而且当力的大小处于传感器量程70%范围内时，才能获得较高的测试精度，按照相关规程精度必须在0.5%以内｡不同量程的力传感器一般输出4~20 mA的电流，即：拉力为0时输出4 mA电流，满量程时输出20 mA电流｡当外力传递给力传感器时，依据力-电流（电压）之间的线性关系，将输出一个介于4~20 mA的电流，电流值随着力增大而增大｡在线校验时，由于受环境､使用时间等因素的影响，传感器的输出电流会发生零点漂移，导致传感器数据采集误差｡因此，一般需要定期对传感器进行标定来保证测量精度｡而市场上在线校验仪配备的力传感器基本都没有配备相应的标定系统，操作人员无法对其进行标定，这是影响测试精度的一个重要原因｡数据采集是影响测量精度的另一个关键因素，合理的数据采集电路能够将力传感器的变化准确地采集､放大，并转变成数字信号由下位机传输到上位机再进行处理计算得到校验结果｡所以，在线校验时，数据采集的准确性也是影响校验结果的重要因素｡在保证传感器精度的前提下，再经过准确的数据采集，校验结果的精度会提高｡
三、间接测量法与误差控制
（一）间接测量法
在线校验时，首先采用压力传感器测出液压油缸油压 
，然后用
乘以油缸面积
得出附加力 
，最后由式（1）计算出安全阀开启压力，称之为在线间接测量法｡与直接测量法不同的是间接测量法不需
要力传感器，改用压力传感器和精密压力表对油缸油压进行同步测量｡此时，开启压力：
（2）
式中 
—阀瓣有效面积，m2｡
（二）误差控制
直接测量法使用力传感器的最大缺陷是力传感器在受到环境影响后，力传感器会发生零点漂移，导致力传感器精度降低，影响校验结果｡最好的方法是对力传感器进行标定，而保证标定的精度关键在于必须有一个力的参考源与力传感器做参照，这样才能保证传感器标定后的精度符合校验要求，但使用力传感器校验仪一般不可能备有参考源｡间接测量法采用压力传感器和精密压力表同时对油缸压力进行测量，其中压力传感器精度等级一般为0.5级，精密压力表精度等级为0.4级，二者同步对油压进行测量，保证了压力表传感器测量数据准确性｡最关键的是使用了精密压力表后，可以作为压力传感器标定时的参考源｡标定时，设定压力传感器量程，以精密压力表数据为主，以压力传感器显示数据为辅，进行参考标定｡标定后，二者同步测量数据，在源头上保证了传感器的精度，控制了传感器零点漂移带来的误差。
结束语：上文对当前市场上安全阀在线校验仪存在测试精度差的问题，结合安全阀在线校验技术的基本原理和开启压力公式，着重分析了利用安全阀在线校验仪直接测量开启压力对测试精度的影响因素，以及测试用力传感器在使用时易产生较大测量误差的主要原因｡
参考文献：
[1]丁卫撑，陈浩峰，邓友，等.弹簧式安全阀在线校验阀瓣微启识别技术[J].测控技术，2016，35（4）：132-135.
[2]郑志雄.安全阀在线校验仪的应用和校验技术的拓展[J].山东工业技术，2015（7）：63-65
论文作者:吴洲
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/7/9
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