一種高壓氣體介質(zhì)壓力表檢定臺(tái)的改進(jìn)
針對(duì)某型高壓氣體介質(zhì)壓力儀表校驗(yàn)臺(tái)使用中的問(wèn)題進(jìn)行討論，結(jié)合壓力計(jì)量實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際工作需 要，對(duì)高壓氣體介質(zhì)壓力儀表校驗(yàn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)供氣單元進(jìn)行功能改進(jìn)，以提高高壓氣體介質(zhì)壓力表校驗(yàn)臺(tái)使用效 率；同時(shí)為高效經(jīng)濟(jì)的使用壓縮氣體，設(shè)計(jì)制作出高壓氣體回收再利用裝置，以充分節(jié)省計(jì)量檢定工作成本，提 高壓力計(jì)量工作的效益。
0.引言
隨著壓力計(jì)量技術(shù)的發(fā)展，在壓力儀表的檢定工 作中，采用安全氣體作為工作介質(zhì)的檢定臺(tái)獲得廣泛 應(yīng)用，其最大優(yōu)點(diǎn)是能有效避免儀表檢定過(guò)程中檢定 工作介質(zhì)對(duì)儀表引壓腔產(chǎn)生的二次污染。因此，當(dāng)檢 定一些用于特殊場(chǎng)合和特殊工作條件下（如禁油）的 壓力儀表時(shí)，使用該類檢定臺(tái)能顯著提高檢定工作 效率。
文中所討論的高壓氣體介質(zhì)壓力儀表校驗(yàn)臺(tái)（下文 均簡(jiǎn)稱氣檢臺(tái)）是一種以鋼瓶灌裝的高壓空氣或氮?dú)?/span> (壓力范圍為5 ~15 MPa)作為其驅(qū)動(dòng)供氣和低壓供氣 的氣源，經(jīng)增壓泵二次增壓（最高氣壓可達(dá)到70 MPa 左右），用于檢定測(cè)量上限達(dá)60 MPa的壓力儀表的專 用設(shè)備。但在氣檢臺(tái)的使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)氣檢臺(tái)明顯 存在一些影響其連續(xù)性及使用效率方面的不足，對(duì)此， 本文將針對(duì)氣檢臺(tái)使用中的具體問(wèn)題進(jìn)行討論并提出 相應(yīng)解決措施，以提高計(jì)量檢定工作效率和氣檢臺(tái)的 使用效益。
1.氣檢臺(tái)的組成原理及存在的問(wèn)題
1.1氣檢臺(tái)的組成及原理
氣檢臺(tái)由鋼瓶、增壓泵、壓力控制器、儀表安裝 臺(tái)等單元部件組成。其中，鋼瓶用于貯存一定壓力值 的壓縮氣體，并分別提供驅(qū)動(dòng)和低壓供氣兩部分的氣 源；增壓泵用于將較低壓力（壓力范圍為5~15 MPa) 的氣體進(jìn)一步增壓至60 MPa左右；壓力控制器用于控制高壓氣體的使用過(guò)程；儀表安裝臺(tái)是檢定壓力儀表 的工裝設(shè)備，用于安裝、固定壓力儀表等。其基本結(jié) 構(gòu)組成及原理如圖1所示，圖中管路中箭頭表示工作 氣體的流動(dòng)方向.
氣檢臺(tái)的工作過(guò)程主要是首先根據(jù)需要，通過(guò)減 壓閥設(shè)置好驅(qū)動(dòng)增壓泵運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)氣壓（壓力值范圍為 0.4 ~ 0.8 MPa),然后通過(guò)低壓供氣鋼瓶為增壓泵的 高壓端提供初始?xì)庠?/span>（壓力值范圍為5 -15 MPa)；再 通過(guò)壓力控制器設(shè)置增壓后輸出壓力的最大值，當(dāng)增 壓達(dá)到設(shè)置值后，增壓泵自動(dòng)停止運(yùn)行；此時(shí)壓力控 制器能夠控制高壓氣體的使用過(guò)程。
1.2氣檢臺(tái)使用中存在的問(wèn)題
在氣檢臺(tái)的使用過(guò)程中，存在一個(gè)突出問(wèn)題，即 驅(qū)動(dòng)供氣和低壓供氣消耗量不平衡，具體表現(xiàn)為驅(qū)動(dòng) 供氣工作過(guò)程的氣體消耗量特別大，而低壓供氣運(yùn)行 的氣體消耗量相對(duì)較少。此問(wèn)題嚴(yán)重制約了氣檢臺(tái)工 作的連續(xù)性，使得檢定工作中需要頻繁為鋼瓶充裝壓 縮氣體，在影響壓力儀表檢定工作的同時(shí)也增加了檢 定工作的經(jīng)濟(jì)成本。
在氣檢臺(tái)的使用過(guò)程中，存在的另一個(gè)問(wèn)題是經(jīng) 增壓泵增壓后的高壓氣體，在完成儀表檢定過(guò)程后被 直接排放掉的工作模式，這是對(duì)壓縮氣體的一種粗放利用，一定程度上是對(duì)能源的浪費(fèi)。據(jù)有資料統(tǒng)計(jì)， 我國(guó)空氣壓縮機(jī)的能耗占全國(guó)工業(yè)能耗的8.7%,而由 壓縮空氣應(yīng)用系統(tǒng)的末端設(shè)備不合理用氣等問(wèn)題導(dǎo)致 的浪費(fèi)則高達(dá)40%。
2.氣檢臺(tái)的改進(jìn)
針對(duì)上文中指出的氣檢臺(tái)使用中存在兩個(gè)方面的 問(wèn)題，結(jié)合氣動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)氣檢臺(tái)的驅(qū)動(dòng)供 氣單元進(jìn)行了適當(dāng)?shù)募夹g(shù)改進(jìn)，并在氣檢臺(tái)的末端增 設(shè)氣體回收利用裝置，從而實(shí)現(xiàn)在循環(huán)使用高壓壓縮 氣體的同時(shí)，提高氣檢臺(tái)的使用效率，節(jié)省計(jì)量工作 的成本。
2.1氣檢臺(tái)改進(jìn)的技術(shù)要求
為保證氣檢臺(tái)改進(jìn)后能夠安全可靠運(yùn)行，實(shí)施改 進(jìn)時(shí)必須滿足以下兩個(gè)方面的技術(shù)要求：
1)安全性要求。氣檢臺(tái)的工作介質(zhì)為壓縮氣體， 并且壓力值相對(duì)較高，因此對(duì)系統(tǒng)的改進(jìn)必須首先考 慮操作使用人員和設(shè)備的安全問(wèn)題。氣檢臺(tái)的低壓供 氣和高壓輸出管路均要采用高壓金屬軟管，驅(qū)動(dòng)供氣 的管路采用銅管或耐壓大于2 MPa的塑料軟管或金屬 管，且空氣過(guò)濾器、單向閥和儲(chǔ)氣罐的耐壓安全系數(shù) 應(yīng)不小于1. 5。
2)氣體潔凈度要求。一般來(lái)講，自由空氣經(jīng)過(guò)普 通小型的空氣壓縮機(jī)排出后，其中必然含有一定量的 水蒸氣、油氣和其它較小的固形物，為防止這些雜質(zhì) 隨同壓縮氣體進(jìn)入增壓泵或壓力控制器內(nèi)，造成對(duì)增 壓泵或壓力控制器內(nèi)的精密結(jié)構(gòu)件的污染并引起銹蝕 而損壞，壓縮氣體進(jìn)入儲(chǔ)氣罐之前必須進(jìn)行除濕、除 油和除塵這些過(guò)濾環(huán)節(jié)，以達(dá)到對(duì)壓縮氣體凈化處理 的目的。同時(shí)，高壓氣體回收過(guò)程中也必須進(jìn)行過(guò)濾 除塵1。
2.2驅(qū)動(dòng)供氣裝置的改進(jìn)
考慮到驅(qū)動(dòng)供氣單元運(yùn)行所需要的氣源壓力比較 低（<1MPa),而一般通用小型空氣壓縮機(jī)的輸出壓力 即可以滿足要求，因此選用適當(dāng)排量的小型空氣壓縮 機(jī)與鋼瓶進(jìn)行組合，以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)供氣的不間斷供應(yīng)。 根據(jù)對(duì)氣檢臺(tái)改進(jìn)的技術(shù)要求，對(duì)驅(qū)動(dòng)供氣單元按照 下面的方法進(jìn)行。其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，其中 實(shí)線箭頭表示氣體管路及其流向，與電接點(diǎn)壓力表連 接的虛線表示空氣壓縮機(jī)的部分控制電路，虛線框內(nèi) 為改進(jìn)的驅(qū)動(dòng)供氣部件組合。
改進(jìn)后的氣檢臺(tái)將原來(lái)的驅(qū)動(dòng)供氣鋼瓶與空氣壓 縮機(jī)配合安裝，其儲(chǔ)氣容積可以達(dá)到40 L以上，儲(chǔ)氣壓力設(shè)置為1.2 MPa;在儲(chǔ)氣罐上增設(shè)有三個(gè)接口，一 個(gè)接口連接單向閥和空氣凈化器至空氣壓縮機(jī)的輸出 口，以將空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮氣體導(dǎo)入儲(chǔ)氣罐；一 個(gè)接口用于安設(shè)一塊電接點(diǎn)式壓力表；另一個(gè)用于安 裝安全閥。
空氣壓縮機(jī)的作用是將自由空氣進(jìn)行壓縮并產(chǎn)生 壓縮氣體；空氣凈化器的作用是對(duì)壓縮氣體進(jìn)行除濕、 除油和除塵，使壓縮空氣能滿足增壓泵的使用要求； 單向閥1的作用是保證壓縮氣體只能由空氣凈化器流 向儲(chǔ)氣罐的方向單向流通，而不能反向流通；電接點(diǎn) 壓力表則用于設(shè)置并控制儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體的壓力值在 0.8 ~ 1.2 MPa之間。當(dāng)氣體壓力達(dá)到設(shè)定值上限時(shí), 即反饋控制電信號(hào)至空氣壓縮機(jī)，在這一電信號(hào)的作 用下，空氣壓縮機(jī)將停止運(yùn)行；當(dāng)由于增壓泵的運(yùn)行 消耗，儲(chǔ)氣罐中氣體壓力下降至設(shè)定值下限時(shí)，則電 接點(diǎn)壓力表反饋的控制信號(hào)將再次啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)運(yùn) 行，并自動(dòng)為儲(chǔ)氣罐供氣、加壓，從而使儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣 體壓力和容量能保持相對(duì)穩(wěn)定，以確保增壓泵的穩(wěn)定 運(yùn)行3。
2.3高壓氣體回收利用方法及裝置
氣檢臺(tái)主要用于檢定測(cè)量上限在25 MPa以上的氣 壓或有特殊潔凈要求的壓力儀表。其工作管路末端的 氣壓多數(shù)在10 MPa以上，當(dāng)前這些高壓氣體在檢定工 作結(jié)束后都是直接被排放至大氣中。而從前文知道， 氣檢臺(tái)的增壓驅(qū)動(dòng)單元工作時(shí)，通常僅需要壓力值為 0. 6 MPa左右的氣體。因此為提高計(jì)量設(shè)備的使用效 率和降低計(jì)量工作的成本，對(duì)氣檢臺(tái)的管路結(jié)構(gòu)進(jìn)行 適當(dāng)改進(jìn)，并設(shè)計(jì)制作了專門的高壓氣體回收利用裝 置，實(shí)現(xiàn)將檢測(cè)過(guò)程中的高壓氣體進(jìn)行回收并供給驅(qū) 動(dòng)單元再利用的目標(biāo)。具體的高壓氣體回收再利用裝 置的結(jié)構(gòu)組成及原理如圖3所示，其中實(shí)線代表壓力 管路，虛線代表電氣控制線路。
圖3中，泄壓閥是針對(duì)儀表檢定過(guò)程泄壓操作設(shè) 置，通過(guò)該閥完成儀表回檢過(guò)程；單向閥用于控制氣 體單向流通；過(guò)濾器用于將回收氣體中可能存在的固 體污染物進(jìn)行清除；氣電轉(zhuǎn)換器用于設(shè)置回收氣體的 最高壓力值，并用于檢測(cè)儲(chǔ)罐內(nèi)氣壓并控制電磁閥的 通斷；手控開(kāi)關(guān)用于人工開(kāi)啟或關(guān)閉電磁閥；電磁閥 用于排放檢定工作氣體通路中殘余的低壓氣體，以保 證壓力儀表檢定過(guò)程結(jié)束后，檢定造壓局部空間及壓 力管路能夠完全泄壓至零值H。
該裝置的工作過(guò)程是當(dāng)壓力儀表進(jìn)行回程檢定時(shí)， 通過(guò)打開(kāi)泄壓閥使排出的部分氣體控制壓力下降，使 排出的高壓氣體通過(guò)單向閥、過(guò)濾器及單向閥2 (見(jiàn)圖 1中）進(jìn)入儲(chǔ)氣罐；當(dāng)氣電轉(zhuǎn)換器檢測(cè)到儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣壓 達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，即驅(qū)動(dòng)繼電器啟動(dòng)并開(kāi)啟電磁閥，此 時(shí)，從泄壓閥排出的氣體將直接經(jīng)電磁閥排入大氣； 當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體未達(dá)到預(yù)設(shè)值，而壓力儀表回程檢定 將進(jìn)行完成時(shí)，排出的氣體壓力不足以開(kāi)啟單向閥進(jìn) 入儲(chǔ)氣罐時(shí)，可以通過(guò)手控開(kāi)關(guān)開(kāi)啟電磁閥，以將壓 力儀表檢定過(guò)程中的剩余氣體全部排放。
3.結(jié)論
從改進(jìn)后的氣檢臺(tái)使用效果來(lái)看，驅(qū)動(dòng)增壓泵運(yùn) 行所需的低壓氣體不再受制于鋼瓶的容量限制，其連 續(xù)工作時(shí)間明顯提高；而通過(guò)對(duì)高壓氣體實(shí)施回收再 利用的途徑，顯著減少了空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，有 效控制了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)噪音環(huán)境。
此外，文中提出的高壓氣體回收利用方法，從節(jié) 能、降耗，節(jié)約計(jì)量工作經(jīng)濟(jì)成本的角度來(lái)考量具有 較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
