楊偉東，周桂華，朱繼鐘，李 旦

(1.浙江新一海海運有限公司，浙江 舟山 316022;2.浙江增洲造船有限公司，浙江 舟山 316022)

目前，船用壓力容器密封性檢測方法有宏觀檢測、氣泡法檢測、空氣測漏法檢測等技術(shù)。

宏觀檢測法通過眼睛對壓力容器進行局部及整體檢查。

氣泡法檢測是將被檢品密封后放入水中或在被檢查部位涂噴肥皂水，然后通過觀察氣泡產(chǎn)生的情況來判斷泄漏的位置，通過觀察產(chǎn)生的氣泡數(shù)量、大小來判斷泄露量的大小。

空氣測漏法是對壓力容器進行加壓或抽真空后，通過被測件與標準件之間的差壓來判斷是否泄漏，該方法操作簡單，但也存在著檢測精度低、時間長、成本高、結(jié)果易受檢測人員主觀因素影響、難以實現(xiàn)檢測自動化等問題與不足[1-4]。

1 設(shè)計要求分析

針對傳統(tǒng)船用壓力容器密封檢測的問題與不足，參考其他船用壓力容器密封性檢測裝置的設(shè)計等資料[5-7]，確立了江海直達船船用壓力容器密封性檢測裝置的設(shè)計要求,具體如下。

1) 技術(shù)方面。盡可能基于已有成熟的壓力容器密封性檢測技術(shù)和研究成果來確保本方案的可行性和可靠性。

2) 操作方面。充分考慮工作場地環(huán)境的復(fù)雜程度，并結(jié)合人機操作的感受，將個人體驗與實施檢測相結(jié)合，實現(xiàn)設(shè)備功能最優(yōu)化。

3)經(jīng)濟方面。合理確定方案及分配裝置相關(guān)可靠性能指標，確保各功能模塊符合高強度的檢測需求，結(jié)構(gòu)的安全性通過人性化設(shè)計來保障。

4)結(jié)構(gòu)方面。裝置結(jié)構(gòu)的強度通過強度校核，結(jié)構(gòu)簡單操作方便，在保證各項性能指標正常條件下進行合理優(yōu)化以降低生產(chǎn)成本，提高裝置規(guī)模推廣的可行性。

2 檢測裝置設(shè)計

利用AutoCAD軟件設(shè)計的江海直達船壓力容器密封性檢測裝置檢測系統(tǒng)總體方案圖如圖1。

圖1 檢測系統(tǒng)總體方案圖

圖1中，該江海直達船檢測裝置是基于直接壓力檢測法的原理，首先將被檢容器用相應(yīng)設(shè)備完全夾緊封堵后，使用連接管將被測容器連接入檢測系統(tǒng)，然后對被檢測容器充入一定壓力的空氣，待穩(wěn)定一定時間后，檢測充氣前與充氣后平衡階段的流量差和壓力差得到被檢容器的泄漏值；最后將PLC控制系統(tǒng)作為檢測裝置中核心控制器下位機，以工業(yè)觸摸屏作為人機互動操作界面，進而通過觸摸屏標準串口與下位機實現(xiàn)有效通訊，實現(xiàn)對整個泄漏檢測系統(tǒng)的控制和操作。而模擬量的輸入來自壓力、溫度傳感器及流量計，并通過數(shù)字化的輸出對電磁閥的通斷進行控制，從而達到對整個泄漏檢測過程的高效控制，最終達到閉環(huán)控制檢測的目的。

工業(yè)觸摸屏模塊加入了顯示屏和鍵盤輸入等，實現(xiàn)了對相關(guān)數(shù)據(jù)以及檢測結(jié)果的顯示、存儲和分析，并且與打印機相連，實現(xiàn)了檢測數(shù)據(jù)的實時打印，工作效率明顯提高。

當檢測開始時，做好準備工作，將設(shè)備管道等夾緊固定，打開電磁閥，對被測件以設(shè)定的壓力進行充氣，充氣完成后，為了避免容器內(nèi)溫度變化和氣流紊亂造成誤差，系統(tǒng)在充氣后必須經(jīng)過一段時間的穩(wěn)定。然后檢測、保存系統(tǒng)內(nèi)的壓力數(shù)據(jù)作為壓力的參考值。如果有氣體泄漏，必將會引起壓力值下降。最后通過一段時間的壓力下降的數(shù)據(jù)來判斷此被檢容器的泄漏程度，期間整個檢測過程都會以數(shù)字的形式在顯示屏上顯示出來。當測量階段結(jié)束后，排放掉被測容器內(nèi)的氣體，檢測結(jié)束。圖2為直接壓力檢測法工作原理框圖，圖3為密封性檢測流程框圖。

圖2、圖3中，該江海直達船檢測裝置有自動操作和手動操作2種檢測模式。一般開機默認的是啟動自動操作模式，可根據(jù)需要切換到手動操作。在自動操作模式運行的狀態(tài)下，期間所有的檢測過程都將隨著預(yù)定的系統(tǒng)程序自動進行，在手動模式下，需要工作人員手動完成。檢測空氣回路需要采用密封性能好的電磁閥和連接管，以免因儀器自身原因產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。為了避免容器和傳感器被氣體中的粉塵或水分污染，可以通過加裝空氣過濾器對氣源進行干燥過濾的處理。

圖2 直接壓力檢測法工作原理框圖

圖3 密封性檢測流程框圖

在開機狀態(tài)下，需先進行裝置系統(tǒng)自檢以確保能正常工作，檢測開始前使整個系統(tǒng)就緒，打開充氣閥開始充氣，電磁閥通電，充氣閥打開，排氣閥關(guān)閉，過濾器打開，此時帶溫度補償?shù)恼{(diào)速閥始終打開，從而空氣進入密閉的檢測回路，通過減壓閥調(diào)節(jié)充氣壓力大小，此時空氣回路中實時壓力值可通過壓力表讀出，充氣時間達到預(yù)先設(shè)定后，氣壓在檢測回路中達到檢測要求，屆時充氣階段結(jié)束，記錄數(shù)據(jù)如表1、圖4。

表1 充氣階段充氣時間與實時壓力值

圖4 充氣階段充氣時間與實時壓力值的關(guān)系

等壓階段，電磁閥通電，充氣閥關(guān)閉，排氣閥關(guān)閉，平衡閥打開，此時與外界氣源斷開，而系統(tǒng)內(nèi)部的氣壓受充氣和閥門動作存在氣流擾動，一定的等壓時間后，系統(tǒng)檢測回路以及被檢容器之間的氣壓基本趨于一致。

平衡階段，電磁閥斷電，保持充氣閥和排氣閥關(guān)閉，關(guān)閉平衡閥，將被檢容器的氣路斷開，壓力傳感器讀取實時被測容器的壓力值，并推算出泄漏所導(dǎo)致的壓力差，如果壓力差超過定值，系統(tǒng)根據(jù)判定結(jié)果，自動跳轉(zhuǎn)到排氣階段，否則將等待一段時間后進入檢測階段。記錄數(shù)據(jù)如表2、圖5。

表2 平衡階段時間與實時壓力值

圖5 平衡階段時間與實時壓力值的關(guān)系

檢測階段開始時，電磁閥保持斷開狀態(tài)，系統(tǒng)會檢測到被測容器在預(yù)設(shè)檢測時間內(nèi)所產(chǎn)生的壓力數(shù)值，將該讀取的壓力數(shù)值與設(shè)定的壓力數(shù)值進行比較，再根據(jù)泄漏計算公式算出泄漏量。

系統(tǒng)檢測結(jié)束后，充氣閥持續(xù)關(guān)閉，電磁閥仍保持斷開狀態(tài)，排氣閥和平衡閥均打開，將系統(tǒng)內(nèi)的檢測空氣排出檢測回路，再次回收利用，此時檢測過程結(jié)束。記錄已檢測容器的相關(guān)參數(shù)，為以后的檢測工作提供參考資料，記錄數(shù)據(jù)如表3、圖6。

表3 壓力值與時間的關(guān)系

圖6 實時壓力值和設(shè)定壓力值與時間的關(guān)系

3 檢測結(jié)果及可行性分析

3.1 檢測結(jié)果分析

檢測過程結(jié)束后，根據(jù)系統(tǒng)各配置以及各參數(shù)的情況，進而實現(xiàn)對整個檢測過程中各個階段時間的控制。在充氣階段，通過調(diào)節(jié)電子調(diào)壓閥使系統(tǒng)達到指定的充氣壓力；在平衡階段，通過判斷系統(tǒng)壓力變化值是否超過系統(tǒng)限定值，進一步來決定是否繼續(xù)檢測。在整個檢測過程中需要不間斷進行讀取數(shù)據(jù)并記錄數(shù)據(jù)，并對其進行適量換算得到相應(yīng)的結(jié)果，保存在系統(tǒng)中。在檢測階段記錄開始和結(jié)束時的壓力值和流量值，將兩者的差值結(jié)合檢測時間、被測工件內(nèi)容積等系統(tǒng)參數(shù)，根據(jù)相關(guān)泄漏量的公式推算出體系的泄漏量，再與系統(tǒng)所預(yù)設(shè)的各個判定界限值進行分析比照，歸納總結(jié)得出此次檢測結(jié)果，如工件合格、工件輕微泄漏、工件大漏、工件嚴重泄漏，然后在顯示屏上顯示出來反饋給檢測人員。

3.2 裝置可行性分析

此裝置工作原理簡單、成本低、效率高、使用領(lǐng)域廣。本文從結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟、技術(shù)及操作幾方面對裝置進行了設(shè)計，提高了裝置規(guī)模推廣的可行性，適用于船舶上壓力容器的密封性檢測。

1) 結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟方面。裝置結(jié)構(gòu)的強度通過強度校核，在保證各項性能指標正常條件下進行了結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，系統(tǒng)操作方便，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，延長使用年限，提高效率，降低了生產(chǎn)成本，符合經(jīng)濟性要求。

2) 技術(shù)方面?；谝延谐墒斓膲毫θ萜髅芊庑詸z測技術(shù)和研究成果來確保本方案的可行性和可靠性，合理確定方案及分配裝置相關(guān)可靠性能指標，確保各功能模塊符合高強度的檢測需求，通過人性化設(shè)計來保障裝置及操作的安全性。

3) 操作方面。考慮到了船舶的工作場環(huán)境的復(fù)雜程度，結(jié)合人機操作的感受，將個人體驗與順利完成檢測相結(jié)合，實現(xiàn)設(shè)備功能最優(yōu)化。