一种阀门泄漏量检测装置的制作方法

本发明涉及低温阀门低温实验的技术领域，具体是涉及一种阀门泄漏量检测装置。

背景技术：

随着液化天然气、乙烯石化等工业的发展，低温阀门的应用领域越来越广泛，市场需求也逐年上升。在低温阀门的生产过程中，低温条件下进行的阀门整机性能试验是及其重要的环节。

根据相关产品标准，低温阀门允许有一定的泄漏量，当泄漏量低于标准规定值时即可以判定为合格。然而，于低温阀门真实工况模拟条件下，对低温阀门泄漏量的测试系统或测试方法却鲜有报道。

技术实现要素：

为了解决低温阀门在真实工况模拟条件下泄漏量定量测试的技术问题，本发明提供一种阀门泄漏量检测装置。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明的目的一是为了提供：一种阀门泄漏量检测装置，包括氦气增压泵与泄漏量分析仪；所述氦气增压泵通过增压管道与被测阀门入口端的法兰导通连接；

所述泄漏量分析仪包括第一恒温恒压器、第一氦纯度传感器、第二恒温恒压器、第二氦纯度传感器、分析计算单元与流量计；所述第一氦纯度传感器用于检测经第一恒温恒压器控温控压后的混合气体中的阀前氦气体积含量；所述第二氦纯度传感器用于检测经第二恒温恒压器控温控压后的气体中的阀后氦气体积含量；所述流量计设于第二氦纯度传感器的出口处，用于检测阀后气体流量；

所述分析计算单元设有第一分析端口、第二分析端口与第三分析端口；所述被测阀门入口端法兰、第一恒温恒压器、第一氦纯度传感器通过前分析管路依次导通连接，第一分析端口通过第一测控线路与第一氦纯度传感器连接；所述被测阀门出口端法兰、第二恒温恒压器、第二氦纯度传感器通过后分析管路依次导通连接，所述第二分析端口通过第二测控线路与第二氦纯度传感器连接，第三分析端口通过第三测控线路与流量计连接。

作为优选的，所述增压管道设有螺旋管段；所述螺旋管段处设有用于管内气体冷却的过冷器；所述增压管道还设有增压控制阀门；所述前分析管路与后分析管路分别设有前分析阀门和后分析阀门。

作为优选的，所述第一恒温恒压器与第二恒温恒压器均包括减压阀、加热元件与温度控制器；所述分析计算单元内预设有被测阀门实际泄漏量的计算公式、氦气增压泵载入氦气的特征参数与流经被测阀门介质的特征参数。

作为优选的，阀门泄漏量检测装置还包括阀门测试管路总成与储存有冷却介质的储液槽；所述阀门测试管路总成包括用于导通冷却介质的阀前管路与阀后管路；所述储液槽、阀前管路、被测阀门、阀后管路与储液槽依次导通连接，并形成闭合回路；所述被测阀门上设有温度传感器；所述阀前管路还设有用于管内冷却介质降温的低温泵；于低温泵的入口端设有与储液槽连通的气液分离器；所述阀前管路与阀后管路分别设有前阻流阀门与后阻流阀门。

作为优选的，所述前分析管路与被测阀门入口端法兰的连接位置位于测阀门入口端法兰的低处；所述后分析管路与被测阀门出口端法兰的连接位置位于被测阀门出口端法兰的高处。

作为优选的，所述冷却介质为液氮。

本发明的目的二是为了提供：阀门泄漏量检测装置的检测方法，检测方法如以下步骤：

s1、阀门冷却：将被测阀门串联入冷却介质流经被测阀门内部的阀门内冷系统，阀门内冷系统包括阀前管路与阀后管路，阀前管路与阀后管路分别设有前阻流阀门和后阻流阀门，待被测阀门冷却至待测试温度后，再分别关闭前阻流阀门、被测阀门与后阻流阀门；

s2、阀前测试：于被测阀门入口端导入设定温度和压强的氦气，被测阀门入口端的氦气与气化的冷却介质混合成混合气体，第一恒温恒压器调控混合气体至设定温度和压力后，检测阀前氦气体积含量rhe1；

阀后测试：第二恒温恒压器调控被测阀门的出口端气体至设定温度和压力后，分别检测阀后氦气体积含量rhe2与阀后气体流量vf2；

s3、泄漏量计算：分析计算单元将氦气固有参数、冷却介质固有参数、步骤s2测得的阀前氦气体积含量rhe1、阀后氦气体积含量rhe2与阀后气体流量vf2进行计算，求得被测阀门的泄漏量。

作为优选的，泄漏量计算公式如下：被测阀门入口的阀前氦气体积含量rhe1的计算公式如下式(1)：

其中，vhe1为阀前氦气的体积；v1为阀前混合气体的体积总量；

将式(1)转化为阀前氦气占混合气体的质量含量xhe1，具体如下式(2)：

其中，ρhe1为阀前氦气的密度；ρ1为阀前混合气体的密度；

同阀前，阀后氦气占混合气体的质量含量xhe2为：

其中，rhe2为阀后氦气体积含量；ρhe2为阀后氦气的密度；ρ2为阀后气体的密度；

阀后氦气的泄漏体积vhe2为：

vhe2＝rhe2vf2(4)

阀后氦气的泄漏质量mhe2为：

mhe2＝ρhe2vhe2(5)

其中，rhe2为阀后氦气体积含量；vf2为阀后气体流量；ρhe2为阀后氦气的密度；

通过以上公式，可以求得被测阀门的泄漏总质量mf和泄漏总体积量vf1分别如下：

其上式(6)、(7)最右侧的rhe1、rhe2、vf2均为实际测得的，ρhe2、ρ1、ρhe1为实况状态下对应的密度，恒定压力和温度下，固定比例含量的混合气体的密度为恒定值。

本发明的有益效果在于：泄漏量的定量检测由泄漏量分析仪完成，因现有的阀门在测试其密闭性时，所处的冷却系统为外部冷却，对被测阀门外部冷却至适合温度后，再进行密闭性的测试，因阀门内部不存在冷却介质，所以只需要在阀前通入增压氦气，于关闭阀门的后侧再测试氦气的有无与氦气流量，用于判断密闭性是否合格；本发明中被测阀门身处于内部冷却系统中，在冷却介质持续通入被测阀门至合适温度后，进行密闭性测试，实际测试时，管道内的冷却介质常是无法完全排除的，或是完全排除浪费了大量的时间，导致冷却后的阀门散热后温度回升，使得密闭测试的测试条件不稳定，故而，本发明的测试方法并不需要在冷却介质排空的条件下也是可以进行精确测量，具有较高的实用性与准确性。

根据产品标准的规定，低温阀门允许有一定的泄漏量，只要不超过标准规定值，都可判定合格。本发明的测试评估系统是在低温阀门入口处充入氦气，使用第二氦纯度传感器检测被测阀门后侧是否含有氦气，并且测得阀后氦气体积含量。阀后能检测到氦气，证明被测阀门是存在泄漏的，但是仍不能判断是否能达到标准规定值，本发明还于阀前阀后分别设置恒温恒压器；并于阀前还设置有第一氦纯度传感器，及用于测量阀前经氦气增压泵载入氦气的阀前氦气体积含量；第二氦纯度传感器后还设有流量计，用于测量阀后流经流量计的混合气体的流量。然后，再通过与第一氦纯度传感器、第二氦纯度传感器与流量计测得数据，共同载入分析计算单元中进行计算。因分析计算单元中，先进行a/d转换将信息转化为信号后，由于分析计算单元已经预设有被测阀门实际泄漏量的计算公式、氦气的特征参数与流经被测阀门介质的特征参数，通过公式(1)～(7)的计算，即可得到被测阀门的实际泄漏量。本发明的泄漏量包括泄漏总质量mf和泄漏总体积量vf1。

本发明的低温阀门密封性能评估系统能够在模拟低温阀门内部工况压力和温度的环境下进行低温阀门密封性能评估，并能得出准确的泄漏量数值。除低温下测试与评估阀门之外，还可以适用于常温、高温环境下对阀门的测试与评估。本发明的评估系统流程简便，结构合理，可以快速测得数据，并保证测得数据的准确性，且评估结果精确，误差小，操作范围广。

附图说明

图1为本发明低温阀门密封性能评估系统的结构示意图；

图2为本发明阀门内冷系统的结构示意图。

11-氦气增压泵、12-螺旋管段、13-过冷器、14-增压控制阀门、2-泄漏量分析仪、21-第一恒温恒压器、22-第一氦纯度传感器、23-第二恒温恒压器、24-第二氦纯度传感器、25-分析计算单元、26-流量计、27-前分析阀门、28-后分析阀门、3-被测阀门、4-储液槽、5-低温泵、6-气液分离器、71-前阻流阀门、72-后阻流阀门。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明技术方案作进一步详细描述。

实施例1

如图1所示，一种阀门泄漏量检测装置，包括氦气增压泵11与泄漏量分析仪2；所述氦气增压泵11通过增压管道与被测阀门3入口端的法兰导通连接；

所述泄漏量分析仪2包括第一恒温恒压器21、第一氦纯度传感器22、第二恒温恒压器23、第二氦纯度传感器24、分析计算单元25与流量计26；所述第一氦纯度传感器22用于检测经第一恒温恒压器21控温控压后的混合气体中的阀前氦气体积含量；所述第二氦纯度传感器24用于检测经第二恒温恒压器23控温控压后的气体中的阀后氦气体积含量；所述流量计26设于第二氦纯度传感器24的出口处，用于检测阀后气体流量；

所述分析计算单元25设有第一分析端口、第二分析端口与第三分析端口；所述被测阀门3入口端法兰、第一恒温恒压器21、第一氦纯度传感器22通过前分析管路依次导通连接，第一分析端口通过第一测控线路与第一氦纯度传感器22连接；所述被测阀门3出口端法兰、第二恒温恒压器23、第二氦纯度传感器24通过后分析管路依次导通连接，所述第二分析端口通过第二测控线路与第二氦纯度传感器24连接，第三分析端口通过第三测控线路与流量计26连接。

实施例2

在实施例1的基础上，所述增压管道设有螺旋管段12；所述螺旋管段处设有用于管内气体冷却的过冷器13；所述增压管道还设有增压控制阀门14；所述前分析管路与后分析管路分别设有前分析阀门27和后分析阀门28。

所述第一恒温恒压器21与第二恒温恒压器23均包括减压阀、加热元件与温度控制器；所述分析计算单元25内预设有被测阀门3实际泄漏量的计算公式、氦气增压泵11载入氦气的特征参数与流经被测阀门3介质的特征参数。

实施例3

如图2所示，在实施例1的基础上，阀门泄漏量检测装置还包括阀门测试管路总成与储存有冷却介质的储液槽4；所述阀门测试管路总成包括用于导通冷却介质的阀前管路与阀后管路；所述储液槽4、阀前管路、被测阀门3、阀后管路与储液槽4依次导通连接，并形成闭合回路；所述被测阀门3上设有温度传感器；所述阀前管路还设有用于管内冷却介质降温的低温泵5；于低温泵5的入口端设有与储液槽4连通的气液分离器6；所述阀前管路与阀后管路分别设有前阻流阀门71与后阻流阀门72。

所述前分析管路与被测阀门3入口端法兰的连接位置位于测阀门入口端法兰的低处；所述后分析管路与被测阀门3出口端法兰的连接位置位于被测阀门3出口端法兰的高处。

所述冷却介质为液氮。

实施例4

阀门泄漏量检测装置的检测方法如以下步骤：

s1、阀门冷却：将被测阀门3串联入冷却介质流经被测阀门3内部的阀门内冷系统，阀门内冷系统包括阀前管路与阀后管路，阀前管路与阀后管路分别设有前阻流阀门71和后阻流阀门72，待被测阀门3冷却至待测试温度后，再分别关闭前阻流阀门71、被测阀门3与后阻流阀门72；

s2、阀前测试：于被测阀门3入口端导入设定温度和压强的氦气，被测阀门3入口端的氦气与气化的冷却介质混合成混合气体，第一恒温恒压器21调控混合气体至设定温度和压力后，检测阀前氦气体积含量rhe1；

阀后测试：第二恒温恒压器23调控被测阀门3的出口端气体至设定温度和压力后，分别检测阀后氦气体积含量rhe2与阀后气体流量vf2；

s3、泄漏量计算：分析计算单元25将氦气固有参数、冷却介质固有参数、步骤s2测得的阀前氦气体积含量rhe1、阀后氦气体积含量rhe2与阀后气体流量vf2进行计算，求得被测阀门3的泄漏量。

实施例5

在实施例4的基础上，泄漏量计算公式如下：被测阀门3入口的阀前氦气体积含量rhe1的计算公式如下式(1)：

其中，vhe1为阀前氦气的体积；v1为阀前混合气体的体积总量；

将式(1)转化为阀前氦气占混合气体的质量含量xhe1，具体如下式(2)：

其中，ρhe1为阀前氦气的密度；ρ1为阀前混合气体的密度；

同阀前，阀后氦气占混合气体的质量含量xhe2为：

其中，rhe2为阀后氦气体积含量；ρhe2为阀后氦气的密度；ρ2为阀后气体的密度；

阀后氦气的泄漏体积vhe2为：

vhe2＝rhe2vf2(4)

阀后氦气的泄漏质量mhe2为：

mhe2＝ρhe2vhe2(5)

其中，rhe2为阀后氦气体积含量；vf2为阀后气体流量；ρhe2为阀后氦气的密度；

通过以上公式，可以求得被测阀门3的泄漏总质量mf和泄漏总体积量vf1分别如下：

其上式(6)、(7)最右侧的rhe1、rhe2、vf2均为测得的，ρhe2、ρ1、ρhe1为对应状态下的密度，恒定压力和温度下，固定比例含量的混合气体的密度为恒定值。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的精神和范围。