呼吸阀流量测试装置搭建方案.docx

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1、呼吸阀开启压力和通气量试验装置搭建方案1概述32标准规定的装置流程及方案探讨33系统流程整体方案设计54待测呼吸阀及管路规格确定84.1 呼吸阀规格确定84.2 供气系统、前端管路、后端管路规格确定84.3 零部件参数及设计条件提出95.1 鼓风机95.2 供气系统管路95.3 电控截止阀 VI、V2、V3、V4、V695.4 电控调节阀V595.5 前端测试管道与后端测试管道95.6 储气罐以及呼吸阀接管设计95.7 测试仪表126控制、数据采集及操作系统126.1 控制系统126.2 数据采集硬件及软件131概述拟搭建的试验装置主要用于测量呼吸阀的开启压力是否满足标准需求，以及呼吸阀的流量

2、与压降关系曲线。呼吸阀开启压力和通气量试验的标准有：国内标准为SY/T 0511.1-2010石油储罐附件第1部分：呼吸阀,国外标准为API 2000-2014 Venting atmospheric and low-pressure storage tankso 这两个标准对呼吸阀开启压力及通气量试验装置的规定稍有不同，但原理类似。本文综合考虑SY/T 0511.1-2010以及API 2000-2014两个标准的规定，制定呼吸阀开启压力和通气量试验装置搭建方案。2标准规定的装置流程及方案探讨SY/T 051Ll2010规定的呼吸阀开启压力和通气量试验装置流程如图1所示，主要风机接管1、控制

3、阀门2、测试管3、风速仪4、待测呼吸阀5、温度计6、放空阀7、胶管8、待测呼吸阀法兰接管9、微压计10、储气罐11等零部件组成。I接风机管；2控制阀门；3测试管；4风速仪接II，5被测呼吸阀；温度计;7放空阀；&胶管；9 -带法接管；10微压计,11储气罐;12阀门注：4为呼吸阀相连接管的外径.图1呼吸阀开启压力和通气量试验装置流程(SY/T0511.1-2010)API 2000-2014规定的呼吸阀开启压力和通气量试验装置流程如图2所示，主要有气源(鼓风机或风扇)1、流量测试装置2、测试储罐3、压力/真空测量装置4、温度测量装置5、气压计6、待测呼吸阀7、空气温度测量装置9等零部件组成。K

4、ey1 test medium supply (e g. blower or fan)2 calibrated flow-measuring device3 test tank4 calibrated measuring device(s) for pressureand vacuum5 temperature-measuring device6 barometer measuring device for atmospheric7 device to be tested8 pipe-away, if fitted9 atmospheric-temperature- and dew-point

5、-measuring devicesco length of connecting pipe (straight pipe nipple)pressurea Pressure and vacuum measurement may be achieved with separate instruments.图2呼吸阀开启压力和通气量试验装置流程（API 2000-2014）对比SYT0511.12010与API 2000-2014对实验流程以及装置零部件的描述,可得到如下的不同之处：（1） SY/T标准的测试管道设置在储罐顶部，API标准的测试管道设置在储罐底部。由于呼吸阀安装在储罐顶部，从气流

6、稳定性角度考虑，显然API标准的方案更优。故本方案采用储罐底部布置测试管的方式。（2） SY/T标准规定储罐直径不低于10d, d为待测呼吸阀接管直径（数值等于待测呼吸阀名义直径）。显然，储罐的大小与呼吸阀规格有关。例如，当测试DN350的呼吸阀时，储罐直径要达到3.5m。然而，API并未规定储罐的大小，仅规定储罐内气体流速不超过2.0ms,以避免在压力测量装置以及呼吸阀部位产生气流喷射效果，以及在储罐内产生压差。显然，SY的标准规定更为直接。故本方案采用储罐直径不低于10d的规定。（3） SY/T标准未规定待测呼吸阀接管（图1中9）的长度，API标准规定了接管长度/con （图2）应取15d

7、,以使进入呼吸阀的气流稳定。因API的规定更为具体，在本方案采用API的规定。（4） SY/T标准规定测试管（图1中3）的长度应以风速仪（图1中4）为界，两侧不低于4%,而API未有针对测试管的规定，甚至并未列出测试管这一零部件编号（见图2） o分析认为，这是因SY和API的测试方法不同导致。SY标准规定采用风速仪（图1中4）测定管道内的风速，继而计算管道内流量;API标准规定采用流量测试装置（图2中2）直接测定流量。显然，SY标准对测试管长度的规定是基于风速仪的需求。但是目前，基于各种原理的流量计测量方法已经非常成熟，其精度远超风速仪测量流量的方法。因此，本方案采用API的方法，直接采用流量

8、计测量介质流量，管道的长度以流量计的安装要求确定。（5） SY/T标准规定测试管（图1中部件3）的有效截面积不应小于法兰接管的流通面积，其间不应添加弯头、阀门等影响气流稳定和增加压力损失的构件。但是API并未有此规定。分析认为，SY的规定并不合理。该段管路的作用主要是获得稳定的气体流量，并测量流量数值。根据质量守恒定律，只要是稳态流动，不同位置的流量均相同，管径是否低于呼吸阀接管对其影响不大。因此，本文不采纳SY标准规定，而是根据不同管径流量计的测量范围确定测试管管径。（6） SY/T标准规定采用微压计、温度计等仪表（图1中6、1（）测量压力、温度，API规定采用压力、温度测量装置（图2中4、

9、5、6）测量。随着电测计算的发展，压力、温度的测量已经完全由传感器实现。因此，本方案依据API标准，采用传感器测量温度、压力等参数。3系统流程整体方案设计基于第2节的介绍，确定本方案系统流程如图3所示，主要由供气系统（1）、前端管道（2）、流量计（3）、后端管道（4）、常开截止阀（5）、储气罐（6）、测量传感器（7）、呼吸阀接管（8）、待测呼吸阀（9）、控制及数据采集硬件及软件（10）等组成。图3系统流程整体方案图供气系统需要实现正压呼气测试和负压吸气测试两种规律，基于此，设计供气系统流程俯视图如图4所示。本设计的主要优点及特征如下：（I）自动完成“呼气测试”及“吸气测试”设定通过供气管道和4

10、个电控阀门（VI、V2、V3、VC4）实现呼气和吸气两种测试。开展正压呼气测试时，开启电控阀VI、V3,向储气罐注气；开展负压吸气测试时，开启电控阀V2、V4,从储气罐向外排气。（2）自动实现“流量全量程”自动调节通过鼓风机实现流量全量程调节比较困难，本方案设置流量调节旁路和电控调节阀V5实现远程自动控制调节流量。在实验时，首先全开电控调节阀V5,然后远程缓慢关闭电控调节阀V5,此时流量计流量逐渐增大。待达到设定数值时，停止调节电控调节阀V5。（3）自动实现流量调试过程储气罐内压力保持为常压稳定状态，杜绝调试过程中的呼吸阀启闭行为在流量调节过程中，空气仍然会进入到储气罐内，呼吸阀承受的压力逐渐

11、增大。但流量调节过程并非真正的实验状态，若流量调试时间过长或者因其他原因导致需要较长时间的调试时，存在呼吸阀开启的可能。为了避免这种情况,在储气罐壁面设置电控调节阀V6o在流量调试环节远程打开该调节阀。待流量稳定后关闭该阀，储气罐内压力开始上升，正式开展实验。S4fflS4待测呼吸阀及管路规格确定4.1 呼吸阀规格确定由于待测呼吸阀规格对储气罐几何尺寸有影响，因此必须首先确定待测呼吸阀的规格。SY/T标准规定的呼吸阀规格见表1,最大规格为DN350,对应的连接法兰公称通径为DN350。当呼吸阀规格超过DN350时，试验装置中储气罐的直径将超过3.5m,高度超过2.8m,既超出了标准的规定范围，

12、也大大提高了试验的空间条件和难度。故选定本试验装置的待测呼吸阀的最大规格为DN350o表1 SYT0511.12010标准规定的呼吸阀规格连接法兰公称通径DNlinn508()KM)15020025030()35()需要说明的是，依据SY/T标准建立的直径3.5m的储气罐，若依据API标准，同样适用于规格大于DN350的呼吸阀，原因如下：API规定储罐内风速不超过2ms即可。对直径3.5m的储罐来说，若其内部风量达到2ms,则需要的气量为69237m3h,这远远超过了任何呼吸阀的通气量要求。故本方案依据SY/T标准建立的DN350规格呼吸阀实验台，同样适用于API标准中超过DN350规格的呼吸

13、阀。但是，当开展更大规格呼吸阀实验时，还需满足如下条件：（1）保证风机能够提供足够大的风量。本方案依据DN350呼吸阀所需的5400m3h确定风机参数。若开展更大规格呼吸阀实验，可由甲方自主配置更大规格风机实现。（2）保证储气罐顶端有与呼吸阀规格一致的接管直径d,其长度应满足15d的要求。本方案仅依据呼吸阀最大规格DN350设置接管。更大规格呼吸阀测试用接管可由甲方自主配置。4.2 供气系统、前端管路、后端管路规格确定供气系统、前端管路、后管管路的主要作用是为储气罐和呼吸阀提供一定流量的介质，并测量流量数值。根据不同规格流量计的流量测量范围（如表2）可知,DN20()流量计的空气测量范围为50

14、0-7500m3h,满足风机通气量以及DN350额定通气量的要求。若测试管道选择其他规格，需要对管道进行变径以连接流量计，对流量测量不利。故供气系统、前端管路和后端管路的规格均为DN200o考虑压力需求，管路设计压力均定为0.6MPa05系统零部件参数及设计条件提出5.1鼓风机标准规定对DN35O规格的呼吸阀，其额定通气量为5400m3h,且呼吸阀的开启压力最大值为1765Pa,故鼓风机流量及出口压力数值可按上述数值确定。采购参数如下：额定通气量：6000m3h (超过DN350规定的5400m3h额定通气量)出口最大压力：2000 Pa可配套变频器实现一定范围变频需求。5.2 供气系统管路D

15、N200、PN0.6MPa规格。管路流程布置依据图4方案。各管段长度依据鼓风机和实际测试台放置空间确定，可在实验现场配管。5.3 电控截止阀 VI、V2、V3、V4、V6DN200, PN0.6MPa规格，法兰连接，流经介质为空气。电动球阀或者电动蝶阀等均可，仅需求启闭功能，不需流量调节。市面很多，可自由采购。注意法兰与管道法兰的匹配。5.4 电控调节阀V5DN200, PN0.6MPa规格，法兰连接，流经介质为空气。市面很多，可自由采购。注意法兰与管道法兰的匹配。5.5 前端测试管道与后端测试管道考虑到流量计的测量要求，前端测试管道规格为DN200、PN0.6MPa,长度5m；后端测试管道规格为DN200、PN0.6MPa,长度1m。5.6 储气罐以及呼吸阀接管设计（1）储气罐设计条件储气罐材料16MnR,直径3.5m,筒体高2.8m,配备拱顶及支座。设计压力0.