外彎矩作用下高溫管道法蘭測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種外彎矩作用下高溫管道法蘭測(cè)試系統(tǒng)，它包括左管道、右管道，以及連接左管道和右管道的法蘭，所述法蘭采用墊片進(jìn)行密封，左管道、右管道、法蘭形成法蘭待測(cè)空腔；左管道通過(guò)閥門與泵連接，右管道與盲板焊接；法蘭待測(cè)空腔內(nèi)設(shè)有溫度傳感器、壓力傳感器、電加熱裝置；所述法蘭外設(shè)置有法蘭泄漏測(cè)試機(jī)構(gòu)，所述法蘭泄漏測(cè)試機(jī)構(gòu)包括由測(cè)漏壁圍成的測(cè)漏空腔，所述測(cè)漏壁上設(shè)有排氣閥門、底流口閥門，所述測(cè)漏空腔內(nèi)設(shè)有溫度傳感器、壓力傳感器；所述系統(tǒng)還包括外彎矩加載機(jī)構(gòu)和應(yīng)力測(cè)試機(jī)構(gòu)。本發(fā)明應(yīng)力測(cè)定準(zhǔn)確，泄漏測(cè)定準(zhǔn)確率高，對(duì)科研和工程皆具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。
【專利說(shuō)明】外彎矩作用下高溫管道法蘭測(cè)試系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一套法蘭測(cè)試系統(tǒng)，具體涉及一種外彎矩作用下高溫管道法蘭測(cè)試系 統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 法蘭連接是石油化工設(shè)備中常用的連接方式，因其具有易于拆卸安裝的優(yōu)點(diǎn)，廣 泛應(yīng)用于石化、核電、冶金、制藥等行業(yè)的壓力容器及管道中。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源供應(yīng)的 矛盾日益突出，煉油及化工技術(shù)迅速發(fā)展，各種煉化裝置中普遍存在高溫高壓工況。在高溫 操作條件下，法蘭可能發(fā)生偏轉(zhuǎn)、翹曲、蠕變、裂紋擴(kuò)展等變化，法蘭各部分應(yīng)力變化復(fù)雜； 在有外彎矩作用時(shí)，法蘭各部分應(yīng)力特征也會(huì)有很大變化，偏轉(zhuǎn)、翹曲、裂紋可能加劇泄漏。 高溫法蘭泄漏是石油化工等企業(yè)發(fā)生重大事故的主要原因之一。因此，我們有必要設(shè)計(jì)一 種外彎矩作用下高溫管道法蘭測(cè)試系統(tǒng)對(duì)在外彎矩作用下高溫法蘭的泄漏率以及法蘭上 復(fù)雜的應(yīng)力進(jìn)行分析，以保證管道連接的安全性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種外彎矩作用下高溫管道法蘭測(cè)試系統(tǒng)，所述測(cè)試系統(tǒng) 應(yīng)用于外彎矩作用下的高溫法蘭，能準(zhǔn)確測(cè)試法蘭外壁的應(yīng)力和法蘭泄漏，保證生產(chǎn)、施工 的順利進(jìn)行。
[0004] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種外彎矩作用下高溫管道法蘭測(cè)試系統(tǒng)，它包括左管道、 右管道，以及連接左管道和右管道的法蘭，所述法蘭采用墊片進(jìn)行密封，左管道、右管道、法 蘭形成法蘭待測(cè)空腔；
[0005] 所述左管道通過(guò)閥門與泵連接，所述右管道與盲板焊接；所述法蘭待測(cè)空腔內(nèi)設(shè) 有溫度傳感器、壓力傳感器、通過(guò)電熱器電柜控制的電加熱裝置；
[0006] 所述法蘭外設(shè)置有法蘭泄漏測(cè)試機(jī)構(gòu)，所述法蘭泄漏測(cè)試機(jī)構(gòu)包括由測(cè)漏壁圍成 的測(cè)漏空腔，所述測(cè)漏壁上設(shè)有排氣閥門、底流口閥門，所述排氣閥門、底流口閥門也可用 于充入介質(zhì)，所述測(cè)漏空腔內(nèi)設(shè)有溫度傳感器、壓力傳感器；
[0007] 所述系統(tǒng)還包括外彎矩加載機(jī)構(gòu)和應(yīng)力測(cè)試機(jī)構(gòu)，所述外彎矩加載機(jī)構(gòu)包括液壓 加載裝置，所述液壓加載裝置向左、右管道施加力，在法蘭連接處的管道上形成外力矩，力 矩大小可自由調(diào)節(jié)，所述應(yīng)力測(cè)試機(jī)構(gòu)包括應(yīng)變片，應(yīng)變片通過(guò)排線與應(yīng)變儀和計(jì)算機(jī)連 接。
[0008] 所述應(yīng)變片均勻分布在左管道圓筒段、右管道圓筒段、法蘭錐頸段和法蘭盤外壁 上。
[0009] 本外彎矩作用下高溫管道法蘭測(cè)試系統(tǒng)中，法蘭待測(cè)空腔的左端設(shè)置有一臺(tái)泵， 在泵的輸出管線上有一個(gè)閥門，輸出管線直接與左管道接通，用泵將介質(zhì)輸送到法蘭待測(cè) 空腔內(nèi)，并在法蘭待測(cè)空腔內(nèi)設(shè)置壓力傳感器和溫度傳感器，該溫度傳感器監(jiān)測(cè)法蘭待測(cè) 空腔內(nèi)介質(zhì)的溫度，該壓力傳感器測(cè)量法蘭待測(cè)空腔內(nèi)的壓力；管道的下方設(shè)置有支撐支 架，管道上方設(shè)置有排氣閥門；法蘭采用螺栓進(jìn)行連接，并用墊片進(jìn)行密封；所述法蘭待測(cè) 空腔的中部設(shè)置有一電加熱裝置，可對(duì)法蘭待測(cè)空腔內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行加熱。
[0010] 所述外彎矩加載機(jī)構(gòu)主要由液晶控制面板、液壓加載裝置、加載支架和加載臂構(gòu) 成；所述液壓加載裝置可以由液晶控制面板來(lái)控制，根據(jù)測(cè)試的需要來(lái)進(jìn)行合理的加載，即 可以提供從零加載到量程內(nèi)任意想要的載荷值。加載支架與液壓加載裝置的伸出桿焊接為 一體。所述液壓加載裝置可提供量程內(nèi)任意大小的力，所述加載支架上設(shè)有加載臂，加載臂 可在加載支架上左右移動(dòng)，與管道下的支座共同作用，提供不同類型的彎矩，所述加載臂與 左管道、右管道接觸。
[0011] 所述法蘭泄漏測(cè)試機(jī)構(gòu)主要由測(cè)漏空腔、溫度傳感器、壓力傳感器組成；所述測(cè)漏 空腔上設(shè)置有輸入測(cè)量用介質(zhì)的閥門，方便在需要充入測(cè)量用介質(zhì)時(shí)使用；所述測(cè)漏空腔 上設(shè)置有排氣孔和底流口；所述法蘭應(yīng)力測(cè)試機(jī)構(gòu)主要包括應(yīng)變片、應(yīng)變儀，所述應(yīng)變片均 勻分布在管道圓筒段、法蘭錐頸段和法蘭盤外壁上；所述應(yīng)變片的電信號(hào)變化由排線傳送 到應(yīng)變儀和計(jì)算機(jī)中。
[0012] 本外彎矩作用下高溫管道法蘭測(cè)試系統(tǒng)主要由管道法蘭連接機(jī)構(gòu)（管道法蘭連 接機(jī)構(gòu)由泵、管道、法蘭、盲板等組成）、介質(zhì)加熱機(jī)構(gòu)、外彎矩加載機(jī)構(gòu)和應(yīng)力測(cè)試機(jī)構(gòu)組 成，泵在法蘭待測(cè)空腔內(nèi)制造高壓環(huán)境，法蘭待測(cè)空腔的中部設(shè)置有一電加熱裝置，將法蘭 待測(cè)空腔內(nèi)介質(zhì)加熱到指定溫度，溫度、壓力傳感器來(lái)測(cè)量法蘭待測(cè)空腔的溫度、壓力。所 述外彎矩加載機(jī)構(gòu)在法蘭兩端的管道（左管道、右管道）上施加液壓加載裝置量程內(nèi)的任 意力，該力結(jié)合管道下方的支座形成彎矩，控制力的大小即控制彎矩的大小。
[0013] 本發(fā)明利用泵或空氣壓縮機(jī)為管道法蘭連接機(jī)構(gòu)提供高壓環(huán)境，利用電加熱裝置 為管道法蘭提供高溫環(huán)境，可以做多組溫度和壓力情況下的測(cè)試，可以測(cè)量法蘭連接在高 溫高壓條件承受外彎矩作用下的泄漏率。本發(fā)明適用于液體介質(zhì)和氣體介質(zhì)。本發(fā)明不僅 能檢查出法蘭連接是否發(fā)生泄漏、測(cè)量泄漏率，而且可以準(zhǔn)確測(cè)試管道圓筒段、錐頸段和法 蘭盤外壁上的應(yīng)力，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同壓力、溫度條件下的法蘭上的應(yīng)力水平，判斷是否有內(nèi)部 裂紋以及裂紋擴(kuò)展情況。本發(fā)明應(yīng)力測(cè)定準(zhǔn)確，泄漏測(cè)定準(zhǔn)確率高，對(duì)科研和工程皆具有較 強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本外彎矩作用下高溫管道法蘭測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖2為圖1中A的放大圖。
[0016] 圖中：1-泵、2-閥門、3-排氣閥、4-左管道、5-電加熱裝置、6-法蘭、7-液晶控制 面板、8-加載支架、9-測(cè)漏空腔、10-排氣閥門、11-液壓加載裝置、12-墊片、13-右管道、 14-盲板、15-電熱器電柜、16-右支座、17-底流口閥門、19-底流口閥門、20-溫度傳感器、 21-壓力傳感器、22-左支座、23-溫度傳感器、24-壓力傳感器、25-計(jì)算機(jī)、26-應(yīng)變儀、 27-應(yīng)變片、28-加載臂。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0018] 如圖1、圖2所示，一種外彎矩作用下高溫管道法蘭測(cè)試系統(tǒng)，它包括左管道4、右 管道13,以及連接左管道4和右管道13的法蘭6,所述法蘭6通過(guò)螺栓進(jìn)行連接，并采用墊 片12進(jìn)行密封，左管道4、右管道13、法蘭6形成法蘭待測(cè)空腔，所述左管道4上設(shè)有排氣 閥3,所述右管道13上設(shè)有底流口閥門17 ;
[0019] 所述左管道4通過(guò)閥門2與泵1連接，所述右管道13與盲板14焊接；所述法蘭待 測(cè)空腔內(nèi)設(shè)有溫度傳感器23、壓力傳感器24、通過(guò)電熱器電柜15控制的電加熱裝置5,該溫 度傳感器23監(jiān)測(cè)法蘭待測(cè)空腔內(nèi)介質(zhì)的溫度，該壓力傳感器24測(cè)量法蘭待測(cè)空腔內(nèi)的壓 力，該電加熱裝置5可對(duì)法蘭待測(cè)空腔內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行加熱；
[0020] 所述法蘭6外設(shè)置有法蘭泄漏測(cè)試機(jī)構(gòu)，所述法蘭泄漏測(cè)試機(jī)構(gòu)包括由測(cè)漏壁圍 成的測(cè)漏空腔9,所述測(cè)漏壁上設(shè)有排氣閥門10、底流口閥門19,排氣閥門10、底流口閥門 19不僅可排氣，而且可用于輸入或排除介質(zhì)；所述測(cè)漏空腔9內(nèi)設(shè)有溫度傳感器20、壓力傳 感器21，溫度傳感器20、壓力傳感器21可測(cè)量測(cè)漏空腔9中介質(zhì)的溫度和壓力；
[0021] 所述系統(tǒng)還包括外彎矩加載機(jī)構(gòu)和應(yīng)力測(cè)試機(jī)構(gòu)，所述外彎矩加載機(jī)構(gòu)包括通過(guò) 液晶控制面板7控制的液壓加載裝置11，所述液壓加載裝置11的伸出桿與加載支架8連接 為一體，所述加載支架8上設(shè)有加載臂28,所述液壓加載裝置11可提供量程內(nèi)任意大小的 力，所述加載臂28與左管道4、右管道13接觸，加載臂28可在加載支架8上左右移動(dòng)，與右 支座16、左支座22共同作用，提供不同類型、不同大小的彎矩；所述應(yīng)力測(cè)試機(jī)構(gòu)包括應(yīng)變 片27、計(jì)算機(jī)25和應(yīng)變儀26,所述應(yīng)變片27均勻分布在左管道圓筒段、右管道圓筒段、法 蘭錐頸段和法蘭盤外壁上，所述應(yīng)變片沿環(huán)向均勻分布，且所述應(yīng)變片27通過(guò)排線與應(yīng)變 儀26和計(jì)算機(jī)25連接。
[0022] 為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，所述左管道4上設(shè)有左支座22,所述右管道13上設(shè)有右 支座16。
[0023] 所述加載臂28可以在加載支架8上左右移動(dòng)至左支座22、右支座16的內(nèi)外側(cè)，力口 載不同類型的彎矩。所述加載臂28對(duì)稱或不對(duì)稱，可提供不同類型的彎矩。
[0024] 所述泵1用于將介質(zhì)（液體或氣體）輸送到法蘭待測(cè)空腔中，在法蘭待測(cè)空腔中 形成高壓環(huán)境，法蘭待測(cè)空腔的管道上設(shè)置有閥門3,向法蘭待測(cè)空腔內(nèi)充入介質(zhì)時(shí)用于排 氣；所述電加熱器5用于將介質(zhì)溫度提升到某一溫度，電加熱器5的加熱力度受電熱器電柜 15控制。在法蘭待測(cè)空腔中設(shè)置有溫度傳感器23和壓力傳感器24,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)法蘭待測(cè)空 腔中介質(zhì)的溫度、壓力。盲板14焊接在右管道末端，其密封效果好，電加熱裝置5安裝保證 密封良好。
[0025] 在法蘭6外圍設(shè)有測(cè)漏空腔9,當(dāng)介質(zhì)由法蘭待測(cè)空腔中泄漏出來(lái)后會(huì)影響測(cè)漏 空腔9中介質(zhì)的壓力，從而反映出測(cè)漏空腔中介質(zhì)的質(zhì)量變化率或體積變化率；所述的測(cè) 漏空腔9中設(shè)置有溫度傳感器20和壓力傳感器21，可測(cè)量測(cè)漏空腔9中介質(zhì)的溫度和壓 力；所述測(cè)漏空腔9上設(shè)置有排氣閥門10、底流口閥門19,底流口閥門19用于充入介質(zhì)，當(dāng) 充入介質(zhì)為液體介質(zhì)時(shí)，排氣閥門10可以排氣，底流口閥門19用于泄壓或排除測(cè)漏空腔9 中介質(zhì)；測(cè)漏空腔9的體積可利用排氣閥門10、底流口閥門19通過(guò)排水法來(lái)測(cè)量測(cè)漏空腔 的體積。
[0026] 在法蘭待測(cè)空腔的管道的上方固定有一液壓加載裝置11，液壓加載裝置11通過(guò) 與其伸出桿焊接在一起的加載支架8對(duì)法蘭兩端的管道（左管道、右管道）施加彎矩，液壓 加載裝置11可由其自帶的液晶控制面板7進(jìn)行控制，施加任意量程內(nèi)的載荷；所述加載支 架上設(shè)有加載臂，所述加載臂與左管道、右管道接觸；加載臂能在加載支架上左右移動(dòng)，力口 載臂與管道上的支座（左支座、右支座）共同作用，提供不同類型的彎矩。
[0027] 如圖2所示，沿法蘭盤、錐頸、左管道和右管道的外壁均勻貼有應(yīng)變片27,應(yīng)變片 27上電信號(hào)的變化通過(guò)導(dǎo)線（排線）傳遞到應(yīng)變儀26,應(yīng)變片27測(cè)量法蘭上各個(gè)部位的 應(yīng)力，并實(shí)時(shí)在應(yīng)變儀26和計(jì)算機(jī)25中顯示應(yīng)變、泄漏率、應(yīng)力及其隨時(shí)間的變化規(guī)律。
[0028] 溫度傳感器20、壓力傳感器21、溫度傳感器23和壓力傳感器24可將信號(hào)輸送至 計(jì)算機(jī)25中進(jìn)行顯示，也可輸送至單片機(jī)中進(jìn)行顯示。
[0029] 本發(fā)明的工作工程：
[0030] (1)外彎矩作用下高溫管道法蘭測(cè)試系統(tǒng)工作前，計(jì)算機(jī)25開(kāi)機(jī)待用，應(yīng)變儀26 開(kāi)機(jī)預(yù)熱，檢查閥門2、排氣閥3、底流口閥門17、排氣閥門10、底流口閥門19開(kāi)關(guān)狀態(tài)；若 法蘭待測(cè)空腔內(nèi)介質(zhì)為液體，則測(cè)漏空腔中初始狀態(tài)下充入相同的待測(cè)液體，并記錄初始 的工作溫度及壓力；若法蘭待測(cè)空腔內(nèi)為氣態(tài)介質(zhì)，則測(cè)漏空腔中初始狀態(tài)下充入相同的 待測(cè)氣體，并記錄初始的工作溫度及壓力，同時(shí)液壓加載裝置11開(kāi)機(jī)備用；
[0031] (2)外彎矩作用下高溫管道法蘭測(cè)試系統(tǒng)工作時(shí)，泵1將介質(zhì)充入法蘭待測(cè)空腔， 通過(guò)壓力傳感器24顯示法蘭待測(cè)空腔內(nèi)壓力，將壓力調(diào)節(jié)到待測(cè)壓力；開(kāi)啟電加熱裝置5， 憑借溫度傳感器23顯示法蘭待測(cè)空腔內(nèi)溫度，將介質(zhì)溫度調(diào)節(jié)到待測(cè)溫度，在此高溫工況 下，保壓足夠長(zhǎng)的時(shí)間，通過(guò)計(jì)算機(jī)25對(duì)泄漏率進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，通過(guò)應(yīng)變儀26和計(jì)算機(jī)25 共同監(jiān)測(cè)法蘭上的應(yīng)力變化。
[0032] 在高溫工況（待測(cè)溫度和壓力）下，保壓足夠長(zhǎng)的時(shí)間，測(cè)漏空腔9的溫度傳感器 20和壓力傳感器21測(cè)得的數(shù)據(jù)如不滿足氣態(tài)方程或液體的溫度體積變化規(guī)律，即在此過(guò) 程中若法蘭待測(cè)空腔內(nèi)管道壓力傳感器24示數(shù)變小，測(cè)漏空腔內(nèi)的壓力傳感器21示數(shù)變 大，則可判斷發(fā)生泄漏。當(dāng)判斷待測(cè)法蘭泄漏時(shí)，可按下述方法進(jìn)行計(jì)算泄漏率。另外，通 過(guò)應(yīng)變儀26和計(jì)算機(jī)25共同監(jiān)測(cè)待測(cè)法蘭上的應(yīng)力變化。
[0033] 具體地，泄漏率可以通過(guò)下述公式計(jì)算：
[0034] 當(dāng)泄漏介質(zhì)為氣體時(shí)，測(cè)漏空腔中的氣體質(zhì)量為：

【權(quán)利要求】
1. 一種外彎矩作用下高溫管道法蘭測(cè)試系統(tǒng)，它包括左管道、右管道，以及連接左管道 和右管道的法蘭，所述法蘭采用墊片進(jìn)行密封，左管道、右管道、法蘭形成法蘭待測(cè)空腔，其 特征在于： 所述左管道通過(guò)閥門與泵連接，所述右管道與盲板焊接；所述法蘭待測(cè)空腔內(nèi)設(shè)有溫 度傳感器、壓力傳感器、通過(guò)電熱器電柜控制的電加熱裝置； 所述法蘭外設(shè)置有法蘭泄漏測(cè)試機(jī)構(gòu)，所述法蘭泄漏測(cè)試機(jī)構(gòu)包括由測(cè)漏壁圍成的測(cè) 漏空腔，所述測(cè)漏壁上設(shè)有排氣閥門、底流口閥門，所述測(cè)漏空腔內(nèi)設(shè)有溫度傳感器、壓力 傳感器； 所述系統(tǒng)還包括外彎矩加載機(jī)構(gòu)和應(yīng)力測(cè)試機(jī)構(gòu)，所述外彎矩加載機(jī)構(gòu)包括液壓加載 裝置，所述液壓加載裝置向左管道和右管道施加力，與支座共同作用，在法蘭連接處的管道 上形成外力矩，力矩大小能自由調(diào)節(jié)，所述應(yīng)力測(cè)試機(jī)構(gòu)包括應(yīng)變片，應(yīng)變片通過(guò)排線與應(yīng) 變儀和計(jì)算機(jī)連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的外彎矩作用下高溫管道法蘭測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：所述液壓 加載裝置的伸出桿與加載支架焊接為一體，所述液壓加載裝置能提供量程內(nèi)任意大小的 力，所述加載支架上設(shè)有加載臂，所述加載臂與左管道、右管道接觸。
3. 如權(quán)利要求2所述的外彎矩作用下高溫管道法蘭測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：所述液壓 加載裝置通過(guò)液晶控制面板控制。
4. 如權(quán)利要求2所述的外彎矩作用下高溫管道法蘭測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：所述加載 臂能在加載支架上左右移動(dòng)，且該加載臂與左右管道上的支座共同作用，提供不同類型、大 小的彎矩。
5. 如權(quán)利要求1所述的外彎矩作用下高溫管道法蘭測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：所述應(yīng)變 片均勻分布在左管道圓筒段、右管道圓筒段、法蘭錐頸段和法蘭盤外壁上。
6. 如權(quán)利要求5所述的外彎矩作用下高溫管道法蘭測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：所述應(yīng)變 片沿周向均勻分布。
7. 如權(quán)利要求1所述的外彎矩作用下高溫管道法蘭測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：所述左管 道上設(shè)有排氣閥，所述右管道上設(shè)有底流口閥門。
【文檔編號(hào)】G01M13/00GK104406751SQ201410706322
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】王明伍, 喻九陽(yáng), 鄭小濤, 林緯, 徐建民, 程陽(yáng) 申請(qǐng)人:武漢工程大學(xué)