鍋爐壓力容器安全閥定值校驗原理探究

摘 要：本文目前通用的安全閥定值校驗技術入手，根據美國DRESSER安全閥廠商提供的校驗系數和安全閥定值計算公式，結合安全閥校驗裝置的工作原理分析，對校驗裝置中液壓缸活塞橫截面積和安全閥閥芯的有效截面積之間的關系進行推算、驗證，最終得出校驗系數K值的確定方法，從而推廣到除DRESSER安全閥之外的其他類型、品牌的安全閥也可以根據所使用工具確定一個校驗系數的結論，為其他安全閥的校驗提供了理論依據。

關鍵詞: 安全閥 校驗系數 定值

中圖分類號：X9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2011)10(b)-0000-00

作者簡介：霍新華（1969—），男，工程師，大學本科，長期從事鍋爐檢修管理工作。

1 安全閥的功能

安全閥是壓力容器或管道最為重要的安全附件之一，是一種依靠積聚在閥入口的介質產生的靜壓來開啟的自動泄壓防護裝置。它的功能是：當容器或管道內介質壓力超過某一定值時，依靠介質自身的壓力自動開啟閥門，迅速排出一定數量的介質；當容器或管道內的壓力降到允許值時，閥門又自動關閉，使容器或管道內壓力始終低于允許壓力的上限，自動防止因超壓而可能出現的事故。所以安全閥又被稱為壓力容器或管道的最終保護裝置。

2 彈簧全啟式安全閥

彈簧全啟式安全閥具有結構簡單、動作靈敏、排放量大等優點，被現代大容量火力發電廠廣泛采用。安全閥的主要參數是排量，即在單位時間內釋放介質的能力。這個排量決定于閥座的口徑和閥瓣的開啟高度，由開啟高度不同，又分為微啟式和全啟式兩種。微啟式是指閥瓣的開啟高度為閥座喉徑的1／40～l／20，全啟式是指閥瓣的開啟高度為閥座喉徑的1／4。全啟式安全閥的來源是閥出口的有效排放面積與閥喉口面積相等。推算如下：

設喉口直徑為d，則閥入口喉徑通流面積為S入＝πd2/4；閥開啟高度為1/4d，則閥出口有效通流部分可假想為一個以喉口為底圓，高度為1/4d的圓柱體，計算該圓柱體表面積可得：S=πd×1/4d=πd2/4，即閥出口面積與入口面積相等，相當于閥門100%打開，因此為全啟式安全閥。

3 國標對安全閥的要求

為保證安全閥動作準確，在安全閥檢修后或故障狀態下，需要對安全閥定值進行重新校對。根據國家質量監督局鍋爐壓力容器監察局頒布的《蒸汽鍋爐安全技術監察規程》規定：“在用鍋爐的安全閥每年至少應校驗一次”；《電力工業鍋爐壓力容器監察規程》（ DL612-1996）9.1.13規定：“鍋爐安裝和大修完畢及安全閥經檢修后，都應校驗安全閥的起座壓力”；國家電力公司頒布的《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》規定：“各種壓力容器安全閥應定期進行校驗和排放試驗”；《電站鍋爐壓力容器檢驗規程》（ DL647-2004）13.23對儀器校驗安全閥規定：“利用液壓裝置整定安全閥時，應對經整定最低起座壓力的安全閥做一次實際起座復核。”這些法規都十分明確規定了對電站安全閥的定期校驗工作。

4 目前安全閥的主要校驗方法

目前安全閥定值校驗的主要校驗方法有實跳法、手動預加載法和自動預加載測量法等。

實跳法即人為將閥入口介質壓力提高使安全閥強制打開（起跳），視其打開所需的壓力值與定值的差距對安全閥進行調整的方法。該方法由于介質壓力高，閥門處于全啟狀態，會對安全閥密封造成不必要的傷害，并且噪聲污染和測量時的安全性問題已越來越引起人們的重視，目前一般只作為與容器或管道連接形式為法蘭連接的安全閥拆下后在實驗臺上進行冷態校驗的手段，其介質一般采用氮氣等惰性氣體。

當前參數較高的安全閥均采用了與容器或管道焊接連接的方式，不具備拆下冷態校驗的條件，一般均為熱態校驗，即以容器或管道內已有的介質壓力為基礎壓力（按照《電力工業鍋爐壓力容器監察規程》（ DL612-1996）9.1.13規定，該壓力一般為75%～80%額定壓力），通過一套液壓裝置對安全閥啟閉部件進行預加載，從而達到使閥門輕微開啟，再通過計算得到其起跳壓力，與定值比較后進行相應的調整。手動預加載法和自動預加載法的基礎都是依靠液壓傳遞預加載力使安全閥達到微開啟條件。區別在于手動預加載法需要全人工操作、計算和依據經驗值調整，自動預加載法可由液壓泵代替人工加載，計算軟件進行計算，并通過對彈簧剛度的評估給出調整方案。

5 安全閥校對系數來源的探究

華能上安電廠一單元兩臺加拿大BW公司1190t/h鍋爐、二單元兩臺DG1025t/h鍋爐和三單元兩臺DG2090t/h鍋爐之汽包、再熱器、過熱器安全閥均選用了美國DRESSER（中譯名：德萊賽）公司生產的1700系列彈簧全啟式安全閥。吹灰系統、連排擴容器等也采用了彈簧全啟式安全閥。德萊賽公司在安全閥供貨時提供了一套定值校驗工具，并給定了閥門校驗系數，下面我們來探究校驗系數的確定方法，找出校驗工具與安全閥之間存在的關系，以使未提供校驗系數和校驗工具的安全閥也能夠得到預加載校驗，從而規避實跳法的風險。

以下所列為華能上安電廠#1和#2爐安全閥型號：

廠家配套提供的安全閥定值校驗裝置為1566型，該校驗裝置的準確性已經過閥門實跳驗證，準確度較高。多年來我們一直在研究定值校驗裝置的工作原理，并試圖將該校驗裝置用在其它類型的安全閥的定值校驗中，下面是我們根據現在掌握的數據進行的一些推斷。

該裝置通過一個以安全閥壓緊螺釘為支座的軛架來支撐液壓缸，液壓缸中心有一與活塞連接的螺桿，該螺桿為左旋螺紋，安全閥閥桿為右旋螺紋，活塞螺桿與閥桿之間利用一個螺紋聯接裝置相連，當液壓缸受到液壓泵來的液壓作用后，活塞向上移動，帶動閥桿向上移動，從而達到開啟閥門的目的。

1、K值計算公式的推導

根據安全閥的定值校對原理及校對公式，可得出如下關系：

由校對公式(外商提供)：

P定= K×P液+P系 K=（P定－P系）/P液————①

式中：P定——安全閥實際校得定值，MPa

P液——安全閥預啟時的液壓值，MPa

P系——安全閥預啟時系統壓力，MPa

K——校對系數

根據DRESSER安全閥工作原理及校對時的力平衡原理，有以下等式：

P定S芯=P系S芯+P液S缸————②

式中：S芯——安全閥閥芯與系統內蒸汽有效接觸面積，cm2；

S缸——液壓缸活塞面積，cm2；其余符號意義同上。

由上式可得：（P定－P系）/P液=S缸/S芯————③

由①、③兩式聯立得：K= S缸/S芯————④

④式即為K值的計算公式。式中的S芯值可通過對安全閥閥芯測量計算得出，也可以通過下面提供的數據進行計算得出（下圖中尺寸“G”為有效直徑）：

#3節流孔口：G=2.145″=54.483mm

#4節流孔口：G=2.666″=67.7164mm

#5節流孔口：G=2.465″=62.611mm

#7節流孔口：G=4.468″=113.4872mm

#8節流孔口：G=5.065″=128.651mm

#0（R）節流孔口：G=5.380＂=136.652mm

下面我們利用在現場實測得到的數據進行S缸的計算。

1、S缸的計算

以某次#2爐主汽及汽包安全閥校對時數據：

汽包安全閥 3\"

P定1=20.83 S芯1=30.77 P液1=4.14 P系1=14.87

由②式得：S缸1=44.306

主汽安全閥 2.5\"

P定2=192.98 S芯2=23.30 P液2=23.2 P系2=148.9

由②式得：S缸2=44.27

以1999年11月1日#1爐再熱汽安全閥校對數據可得:

再熱入口安全閥 6\"

P定3=43.64 S芯3=146.59 P液3=66.28 P系3=23.62

由②式得：S缸3=44.278

再熱出口安全閥 4\"

P定4=40.09 S芯4=101.1 P液4=37.73 P系4=23.57

由②式得：S缸4=44.266

以上四種安全閥均采用同一套1566液壓校對裝置，S缸值只能有一個，綜合以上四個S缸值，取平均值得：

S缸=（S缸1+S缸2+S缸3+S缸4）/4=44.28

4.結論: 利用式K= S缸/S芯分別計算四種規格安全閥校對系數，K1=1.439；K2=1.900；K3=0.302；K4=0.438。以上四個系數與外商提供系數完全相同，因此可證明此計算方法正確。

由此可以推斷以同類安全閥只要掌握了安全閥閥芯有效面積，即可通過我們已知的校驗裝置液壓缸活塞面積，由式K= S缸/S芯計算出該閥門的校對系數，從而可用1566型校對裝置利用公式P定= K×P液+P系得到其起跳定值。

可以進一步推廣，我們選定一套液壓裝置，只要知道其活塞直徑，和要校對的安全閥閥芯與介質接觸的有效面積，即可利用式K= S缸/S芯計算出該閥門針對該套液壓裝置的校對系數，從而可以很方便的通過預加載方法對安全閥進行校驗。但需要注意的是，在液壓裝置壓力表的選取上要注意根據校驗時的系統壓力和規程規定的安全閥定值誤差范圍選取合適的量程和精度。