一种高压气体介质压力表检定台的改进

针对某型高压气体介质压力仪表校验台使用中的问题进行讨论，结合压力计量实验室的实际工作需要，对高压气体介质压力仪表校验台的驱动供气单元进行功能改进，以提高高压气体介质压力表校验台使用效率；同时为高效经济的使用压缩气体，设计制作出高压气体回收再利用装置，以充分节省计量检定工作成本，提高压力计量工作的效益。

0.引言

随着压力计量技术的发展，在压力仪表的检定工作中，采用安全气体作为工作介质的检定台获得广泛应用，其最大优点是能有效避免仪表检定过程中检定工作介质对仪表引压腔产生的二次污染。因此，当检定一些用于特殊场合和特殊工作条件下（如禁油）的压力仪表时，使用该类检定台能显著提高检定工作效率。

文中所讨论的高压气体介质压力仪表校验台（下文均简称气检台）是一种以钢瓶灌装的高压空气或氮气(压力范围为5~15MPa)作为其驱动供气和低压供气的气源，经增压泵二次增压（最高气压可达到70MPa左右），用于检定测量上限达60MPa的压力仪表的专用设备。但在气检台的使用过程中，发现气检台明显存在一些影响其连续性及使用效率方面的不足，对此，本文将针对气检台使用中的具体问题进行讨论并提出相应解决措施，以提高计量检定工作效率和气检台的使用效益。

1.气检台的组成原理及存在的问题

1.1气检台的组成及原理

气检台由钢瓶、增压泵、压力控制器、仪表安装台等单元部件组成。其中，钢瓶用于贮存一定压力值的压缩气体，并分别提供驱动和低压供气两部分的气源；增压泵用于将较低压力（压力范围为5~15MPa)的气体进一步增压至60MPa左右；压力控制器用于控制高压气体的使用过程；仪表安装台是检定压力仪表的工装设备，用于安装、固定压力仪表等。其基本结构组成及原理如图1所示，图中管路中箭头表示工作气体的流动方向.

气检台的工作过程主要是首先根据需要，通过减压阀设置好驱动增压泵运行的驱动气压（压力值范围为0.4~0.8MPa),然后通过低压供气钢瓶为增压泵的高压端提供初始气源（压力值范围为5-15MPa)；再通过压力控制器设置增压后输出压力的最大值，当增压达到设置值后，增压泵自动停止运行；此时压力控制器能够控制高压气体的使用过程。

1.2气检台使用中存在的问题

在气检台的使用过程中，存在一个突出问题，即驱动供气和低压供气消耗量不平衡，具体表现为驱动供气工作过程的气体消耗量特别大，而低压供气运行的气体消耗量相对较少。此问题严重制约了气检台工作的连续性，使得检定工作中需要频繁为钢瓶充装压缩气体，在影响压力仪表检定工作的同时也增加了检定工作的经济成本。

在气检台的使用过程中，存在的另一个问题是经增压泵增压后的高压气体，在完成仪表检定过程后被直接排放掉的工作模式，这是对压缩气体的一种粗放利用，一定程度上是对能源的浪费。据有资料统计，我国空气压缩机的能耗占全国工业能耗的8.7%,而由压缩空气应用系统的末端设备不合理用气等问题导致的浪费则高达40%。

2.气检台的改进

针对上文中指出的气检台使用中存在两个方面的问题，结合气动控制技术的应用，对气检台的驱动供气单元进行了适当的技术改进，并在气检台的末端增设气体回收利用装置，从而实现在循环使用高压压缩气体的同时，提高气检台的使用效率，节省计量工作的成本。

2.1气检台改进的技术要求

为保证气检台改进后能够安全可靠运行，实施改进时必须满足以下两个方面的技术要求：

1)安全性要求。气检台的工作介质为压缩气体，并且压力值相对较高，因此对系统的改进必须首先考虑操作使用人员和设备的安全问题。气检台的低压供气和高压输出管路均要采用高压金属软管，驱动供气的管路采用铜管或耐压大于2MPa的塑料软管或金属管，且空气过滤器、单向阀和储气罐的耐压安全系数应不小于1.5。

2)气体洁净度要求。一般来讲，自由空气经过普通小型的空气压缩机排出后，其中必然含有一定量的水蒸气、油气和其它较小的固形物，为防止这些杂质随同压缩气体进入增压泵或压力控制器内，造成对增压泵或压力控制器内的精密结构件的污染并引起锈蚀而损坏，压缩气体进入储气罐之前必须进行除湿、除油和除尘这些过滤环节，以达到对压缩气体净化处理的目的。同时，高压气体回收过程中也必须进行过滤除尘1。

2.2驱动供气装置的改进

考虑到驱动供气单元运行所需要的气源压力比较低（<1MPa),而一般通用小型空气压缩机的输出压力即可以满足要求，因此选用适当排量的小型空气压缩机与钢瓶进行组合，以实现驱动供气的不间断供应。根据对气检台改进的技术要求，对驱动供气单元按照下面的方法进行。其基本结构框图如图2所示，其中实线箭头表示气体管路及其流向，与电接点压力表连接的虚线表示空气压缩机的部分控制电路，虚线框内为改进的驱动供气部件组合。

改进后的气检台将原来的驱动供气钢瓶与空气压缩机配合安装，其储气容积可以达到40L以上，储气压力设置为1.2MPa在储气罐上增设有三个接口，一个接口连接单向阀和空气净化器至空气压缩机的输出口，以将空气压缩机产生的压缩气体导入储气罐；一个接口用于安设一块电接点式压力表；另一个用于安装安全阀。

空气压缩机的作用是将自由空气进行压缩并产生压缩气体；空气净化器的作用是对压缩气体进行除湿、除油和除尘，使压缩空气能满足增压泵的使用要求；单向阀1的作用是保证压缩气体只能由空气净化器流向储气罐的方向单向流通，而不能反向流通；电接点压力表则用于设置并控制储气罐内气体的压力值在0.8~1.2MPa之间。当气体压力达到设定值上限时,即反馈控制电信号至空气压缩机，在这一电信号的作用下，空气压缩机将停止运行；当由于增压泵的运行消耗，储气罐中气体压力下降至设定值下限时，则电接点压力表反馈的控制信号将再次启动空气压缩机运行，并自动为储气罐供气、加压，从而使储气罐内气体压力和容量能保持相对稳定，以确保增压泵的稳定运行3。

2.3高压气体回收利用方法及装置

气检台主要用于检定测量上限在25MPa以上的气压或有特殊洁净要求的压力仪表。其工作管路末端的气压多数在10MPa以上，当前这些高压气体在检定工作结束后都是直接被排放至大气中。而从前文知道，气检台的增压驱动单元工作时，通常仅需要压力值为0.6MPa左右的气体。因此为提高计量设备的使用效率和降低计量工作的成本，对气检台的管路结构进行适当改进，并设计制作了专门的高压气体回收利用装置，实现将检测过程中的高压气体进行回收并供给驱动单元再利用的目标。具体的高压气体回收再利用装置的结构组成及原理如图3所示，其中实线代表压力管路，虚线代表电气控制线路。

图3中，泄压阀是针对仪表检定过程泄压操作设置，通过该阀完成仪表回检过程；单向阀用于控制气体单向流通；过滤器用于将回收气体中可能存在的固体污染物进行清除；气电转换器用于设置回收气体的最高压力值，并用于检测储罐内气压并控制电磁阀的通断；手控开关用于人工开启或关闭电磁阀；电磁阀用于排放检定工作气体通路中残余的低压气体，以保证压力仪表检定过程结束后，检定造压局部空间及压力管路能够完全泄压至零值H。

该装置的工作过程是当压力仪表进行回程检定时，通过打开泄压阀使排出的部分气体控制压力下降，使排出的高压气体通过单向阀、过滤器及单向阀2(见图1中）进入储气罐；当气电转换器检测到储气罐内气压达到预设值时，即驱动继电器启动并开启电磁阀，此时，从泄压阀排出的气体将直接经电磁阀排入大气；当储气罐内气体未达到预设值，而压力仪表回程检定将进行完成时，排出的气体压力不足以开启单向阀进入储气罐时，可以通过手控开关开启电磁阀，以将压力仪表检定过程中的剩余气体全部排放。

3.结论

从改进后的气检台使用效果来看，驱动增压泵运行所需的低压气体不再受制于钢瓶的容量限制，其连续工作时间明显提高；而通过对高压气体实施回收再利用的途径，显著减少了空气压缩机的运行时间，有效控制了实验室内噪音环境。

此外，文中提出的高压气体回收利用方法，从节能、降耗，节约计量工作经济成本的角度来考量具有较好的经济价值。