鍋爐和壓力容器上安全閥的整定壓強(qiáng)分析

劉智奇

（德州市產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量研究院，德州 253000）

鍋爐及壓力容器是日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，其安全運(yùn)行對(duì)人們的生命和財(cái)產(chǎn)具有直接影響。作為壓力保護(hù)設(shè)備的重要組成部分，安全閥在設(shè)備內(nèi)部壓強(qiáng)超過(guò)規(guī)定值時(shí)自動(dòng)開啟，釋放部分介質(zhì)，阻止壓強(qiáng)繼續(xù)升高，從而保證設(shè)備正常運(yùn)行。因此，準(zhǔn)確設(shè)定和嚴(yán)謹(jǐn)分析安全閥的整定壓強(qiáng)，對(duì)于保證設(shè)備的安全運(yùn)行具有至關(guān)重要的作用。本研究將詳細(xì)探討安全閥的工作原理及其整定壓強(qiáng)，以及整定壓強(qiáng)與鍋爐和壓力容器設(shè)計(jì)壓強(qiáng)之間的關(guān)系，并通過(guò)案例分析具體展示整定壓強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用，最后探討整定壓強(qiáng)的檢測(cè)和維護(hù)方法。

1 安全閥的工作原理及其整定壓強(qiáng)

安全閥是一種自動(dòng)控制閥門，主要應(yīng)用于鍋爐、壓力容器、管道等設(shè)備。當(dāng)設(shè)備內(nèi)的壓強(qiáng)超過(guò)允許范圍，安全閥會(huì)自動(dòng)打開，釋放過(guò)量的壓強(qiáng)，以防止設(shè)備因超壓而爆炸。當(dāng)壓強(qiáng)降至允許范圍內(nèi)時(shí)，安全閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，從而保證設(shè)備正常運(yùn)行[1]。整定壓強(qiáng)指安全閥在沒有外力干擾的情況下，閥瓣開始離開閥座，即開始排放介質(zhì)的壓強(qiáng)。這是安全閥工作的關(guān)鍵參數(shù)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境和設(shè)備特性來(lái)確定。整定壓強(qiáng)的具體計(jì)算方法依賴設(shè)備的工作條件、介質(zhì)的性質(zhì)以及安全閥的設(shè)計(jì)，通常情況下該值應(yīng)低于設(shè)備的最大允許工作壓強(qiáng)，高于設(shè)備的正常工作壓強(qiáng)，具體數(shù)值需根據(jù)相關(guān)國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。影響安全閥整定壓強(qiáng)的因素主要包括設(shè)備的設(shè)計(jì)壓強(qiáng)、設(shè)備的工作壓強(qiáng)、介質(zhì)的性質(zhì)（溫度、腐蝕性等）、設(shè)備在最惡劣條件下可能達(dá)到的最大壓強(qiáng)以及安全閥的設(shè)計(jì)特性和材料等，都需要在整定壓強(qiáng)的計(jì)算和設(shè)置過(guò)程中綜合考慮[2]。

2 鍋爐和壓力容器的設(shè)計(jì)壓強(qiáng)及其與整定壓強(qiáng)的關(guān)系

設(shè)計(jì)壓強(qiáng)指壓力設(shè)備在正常操作狀態(tài)下所能承受的最大壓強(qiáng)，它是在設(shè)計(jì)過(guò)程中預(yù)設(shè)的，用于確保設(shè)備在其生命周期內(nèi)安全運(yùn)行。設(shè)計(jì)壓強(qiáng)根據(jù)設(shè)備的工作條件、使用環(huán)境、材料特性等因素綜合確定，主要依據(jù)設(shè)備的使用條件和工作環(huán)境，如設(shè)備的工作介質(zhì)、溫度、尺寸等因素。同時(shí)，設(shè)計(jì)壓強(qiáng)需要根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范和安全標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定。通常情況下，設(shè)計(jì)壓強(qiáng)會(huì)略高于設(shè)備的正常工作壓強(qiáng)，以確保設(shè)備在各種情況下都能夠安全運(yùn)行。

設(shè)計(jì)壓強(qiáng)和整定壓強(qiáng)有著密切的關(guān)系，但又有明顯的區(qū)別。設(shè)計(jì)壓強(qiáng)在設(shè)計(jì)階段確定，而整定壓強(qiáng)需要保證設(shè)備內(nèi)部壓強(qiáng)超出設(shè)計(jì)壓強(qiáng)之前能夠開始運(yùn)行，因此通常整定壓強(qiáng)會(huì)低于設(shè)計(jì)壓強(qiáng)，以確保在超壓情況下能夠及時(shí)保護(hù)設(shè)備。設(shè)計(jì)壓強(qiáng)和整定壓強(qiáng)的準(zhǔn)確設(shè)定，對(duì)于保證壓力設(shè)備的安全運(yùn)行至關(guān)重要[3]。

3 安全閥整定壓強(qiáng)的選擇與試驗(yàn)分析

3.1 安全閥整定壓強(qiáng)的選擇

選擇正確的安全閥整定壓強(qiáng)至關(guān)重要，直接影響設(shè)備的安全運(yùn)行。安全閥的主要作用是在設(shè)備內(nèi)部壓強(qiáng)超過(guò)允許值時(shí)自動(dòng)開啟，以防止設(shè)備過(guò)壓，因此整定壓強(qiáng)需要低于設(shè)備的設(shè)計(jì)壓強(qiáng)。如果整定壓強(qiáng)過(guò)高，設(shè)備在超出設(shè)計(jì)壓強(qiáng)前，安全閥可能無(wú)法及時(shí)打開，導(dǎo)致設(shè)備過(guò)壓，發(fā)生爆炸。如果整定壓強(qiáng)過(guò)低，會(huì)使設(shè)備在正常工作壓強(qiáng)下打開安全閥，導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行，同時(shí)會(huì)浪費(fèi)能源[4]。整定壓強(qiáng)過(guò)高或過(guò)低的原因及可能導(dǎo)致的結(jié)果，如表1 所示。可見，整定壓強(qiáng)的設(shè)定不僅需要在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，還需要在設(shè)備操作階段仔細(xì)校準(zhǔn)，以確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

表1 整定壓強(qiáng)過(guò)高或過(guò)低的原因及可能導(dǎo)致的問(wèn)題

3.2 安全閥整定壓強(qiáng)的模擬試驗(yàn)分析

為驗(yàn)證安全閥整定壓強(qiáng)分析內(nèi)容的準(zhǔn)確性，以某化工廠為例設(shè)計(jì)了兩個(gè)模擬試驗(yàn)。一個(gè)壓力容器的設(shè)計(jì)壓強(qiáng)為2.0 MPa，在試驗(yàn)中將安全閥的整定壓強(qiáng)設(shè)定為2.5 MPa。在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，由于某些原因，設(shè)備內(nèi)部壓強(qiáng)超過(guò)2.0 MPa，但是由于整定壓強(qiáng)過(guò)高，安全閥沒有打開，結(jié)果導(dǎo)致設(shè)備過(guò)壓，發(fā)生爆炸。一個(gè)鍋爐的設(shè)計(jì)壓強(qiáng)為1.5 MPa，在試驗(yàn)中將安全閥的整定壓強(qiáng)設(shè)定為1.0 MPa。在鍋爐正常運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到1.0 MPa 時(shí)，安全閥立刻打開，導(dǎo)致大量蒸汽排放，鍋爐無(wú)法正常運(yùn)行，同時(shí)造成了能源的嚴(yán)重浪費(fèi)。兩個(gè)試驗(yàn)的情況及最終結(jié)果，如表2 所示。

表2 試驗(yàn)情況及最終結(jié)果

從表2 可以看到，選擇正確的安全閥整定壓強(qiáng)對(duì)于保證設(shè)備的安全運(yùn)行具有重要意義，因此在實(shí)際應(yīng)用中，必須根據(jù)設(shè)備的設(shè)計(jì)壓強(qiáng)、工作條件和介質(zhì)的性質(zhì)等因素，準(zhǔn)確設(shè)定安全閥的整定壓強(qiáng)。

4 整定壓強(qiáng)的檢測(cè)和安全閥的維護(hù)校驗(yàn)

4.1 安全閥整定壓強(qiáng)的檢測(cè)方法

安全閥整定壓強(qiáng)的檢測(cè)是保證壓力設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，檢測(cè)方法主要包括靜態(tài)檢測(cè)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)兩種。靜態(tài)檢測(cè)主要是通過(guò)測(cè)量設(shè)備在靜止?fàn)顟B(tài)下的壓強(qiáng)，動(dòng)態(tài)檢測(cè)則是在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)部的壓強(qiáng)。具體來(lái)說(shuō)，靜態(tài)檢測(cè)一般采用壓力表或者壓力傳感器等設(shè)備直接測(cè)量安全閥的開啟壓強(qiáng)[5]。由于設(shè)備處于靜止?fàn)顟B(tài)，這種方法簡(jiǎn)單易行，但是沒有考慮設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的壓強(qiáng)變化，可能會(huì)有一定的誤差。具體來(lái)說(shuō)，這種檢測(cè)主要是通過(guò)施加外部壓強(qiáng)的方式來(lái)模擬鍋爐或壓力容器在正常工作狀態(tài)下可能遇到的最高壓強(qiáng)環(huán)境。靜態(tài)檢測(cè)的核心原理是應(yīng)用靜水壓強(qiáng)來(lái)測(cè)試安全閥的開啟壓強(qiáng)點(diǎn)和復(fù)位壓強(qiáng)點(diǎn)，即在無(wú)流動(dòng)負(fù)荷的情況下逐漸增加安全閥入口端的壓強(qiáng)，直至安全閥開啟進(jìn)行排放，記錄此時(shí)的壓強(qiáng)值作為開啟壓強(qiáng)點(diǎn)。隨后減少壓強(qiáng)，觀察并記錄安全閥關(guān)閉的壓強(qiáng)值，即為復(fù)位壓強(qiáng)點(diǎn)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以準(zhǔn)確地測(cè)定安全閥的整定壓強(qiáng)和返回壓強(qiáng)，而且操作相對(duì)簡(jiǎn)單，不受現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境的影響。在實(shí)踐應(yīng)用中，靜態(tài)檢測(cè)通常在安全閥生產(chǎn)過(guò)程中、新安裝前或定期檢驗(yàn)時(shí)進(jìn)行。檢測(cè)過(guò)程需要使用專門的壓力測(cè)試裝置，如壓力校驗(yàn)臺(tái)。操作人員會(huì)將安全閥固定在校驗(yàn)臺(tái)上，通過(guò)控制裝置逐漸增加壓強(qiáng)，直至達(dá)到設(shè)定的整定壓強(qiáng)點(diǎn)。通過(guò)精準(zhǔn)的壓力表或傳感器讀取壓強(qiáng)值，并與安全閥的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，以確保安全閥的整定壓強(qiáng)在允許的誤差范圍內(nèi)。所有測(cè)試結(jié)果均需記錄并作為安全檔案的一部分，以供日后檢查和追溯。

動(dòng)態(tài)檢測(cè)是通過(guò)安裝在設(shè)備上的壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)部的壓強(qiáng)，一旦壓強(qiáng)超過(guò)安全閥的整定壓強(qiáng)，安全閥就會(huì)打開。這種方法能夠更加準(zhǔn)確地反映設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)際情況，但是需要更復(fù)雜的設(shè)備和操作。動(dòng)態(tài)檢測(cè)與靜態(tài)檢測(cè)不同，它是在有流體流動(dòng)的實(shí)際工況下檢測(cè)安全閥的整定壓強(qiáng)。動(dòng)態(tài)檢測(cè)的主要原理是模擬安全閥在實(shí)際工作中的開啟過(guò)程，檢驗(yàn)在流體流動(dòng)條件下，安全閥的開啟壓強(qiáng)和關(guān)閉壓強(qiáng)是否符合要求，更加貼近實(shí)際的工作狀態(tài)，考慮了流體動(dòng)力學(xué)因素，如流速和流體壓力對(duì)安全閥性能的影響。動(dòng)態(tài)檢測(cè)在實(shí)際應(yīng)用中需要在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行，通常會(huì)干擾現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)。在動(dòng)態(tài)檢測(cè)時(shí)，操作人員需要確保測(cè)試條件盡可能模擬安全閥在實(shí)際工作中的環(huán)境，監(jiān)測(cè)安全閥的響應(yīng)時(shí)間和排放能力是否符合設(shè)計(jì)要求。在線測(cè)試是一種常見的動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，即在系統(tǒng)運(yùn)行中直接增加壓強(qiáng)至安全閥預(yù)定的開啟壓強(qiáng)，觀測(cè)安全閥的開啟和關(guān)閉是否迅速而準(zhǔn)確。動(dòng)態(tài)檢測(cè)的挑戰(zhàn)在于需要高精度的監(jiān)測(cè)設(shè)備和專業(yè)的操作人員，以確保在不干擾正常生產(chǎn)的條件下準(zhǔn)確完成檢測(cè)。同時(shí)，動(dòng)態(tài)檢測(cè)可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成短暫的影響，因此在實(shí)際操作中，需要充分的事前準(zhǔn)備和緊密的現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)，以確保檢測(cè)的安全性和準(zhǔn)確性。靜態(tài)檢測(cè)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)各有優(yōu)勢(shì)，通常會(huì)根據(jù)實(shí)際需要和現(xiàn)場(chǎng)條件選擇最合適的檢測(cè)方法。在一些關(guān)鍵的應(yīng)用場(chǎng)合，為確保安全閥性能的可靠性，兩種方法甚至?xí)Y(jié)合使用，以達(dá)到最佳的檢測(cè)效果。

4.2 安全閥的維護(hù)校驗(yàn)

應(yīng)定期對(duì)安全閥進(jìn)行檢查和清潔，包括清潔閥門、檢查閥座和閥瓣的磨損情況、更換磨損或損壞的零部件等，以防止閥門卡死或者密封性能下降，延長(zhǎng)閥門的使用壽命。同時(shí)，需要定期對(duì)整定壓強(qiáng)進(jìn)行校驗(yàn)和調(diào)整，確認(rèn)安全閥的整定壓強(qiáng)是否準(zhǔn)確，閥門是否能在預(yù)定的壓強(qiáng)下開啟和關(guān)閉。安全閥的校驗(yàn)應(yīng)由專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行，校驗(yàn)的頻率應(yīng)根據(jù)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況和相關(guān)規(guī)定確定。一般來(lái)說(shuō)，每年應(yīng)至少進(jìn)行一次校驗(yàn)。校驗(yàn)時(shí)，應(yīng)檢查閥門的開啟壓強(qiáng)是否與整定壓強(qiáng)一致，閥門是否能正常開啟和關(guān)閉。以某個(gè)壓力容器為例，其設(shè)計(jì)壓強(qiáng)為2.0 MPa，安全閥的整定壓強(qiáng)為1.8 MPa。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)動(dòng)態(tài)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)設(shè)備在運(yùn)行到1.6 MPa 時(shí)安全閥便會(huì)打開，說(shuō)明整定壓強(qiáng)可能設(shè)定過(guò)低，需要及時(shí)調(diào)整。如果在設(shè)備運(yùn)行到2.0 MPa 時(shí)，安全閥還沒有打開，便說(shuō)明整定壓強(qiáng)可能設(shè)定過(guò)高，也需要及時(shí)調(diào)整。只有通過(guò)定期的校驗(yàn)和維護(hù)，才能確保安全閥整定壓強(qiáng)的準(zhǔn)確性，從而保證壓力設(shè)備安全運(yùn)行。

4.3 不合格安全閥的處理

對(duì)于不合格的安全閥應(yīng)立即進(jìn)行處理，以防止發(fā)生安全事故。處理方法主要取決于安全閥的具體情況。如果發(fā)現(xiàn)整定壓強(qiáng)過(guò)高或過(guò)低，應(yīng)先應(yīng)停止設(shè)備運(yùn)行，然后根據(jù)設(shè)備的設(shè)計(jì)壓強(qiáng)重新設(shè)定安全閥的整定壓強(qiáng)。如果問(wèn)題仍然存在，可能需要更換安全閥。對(duì)于閥門無(wú)法正常開啟或關(guān)閉的情況，可能是由于閥門卡死或密封性能下降，這時(shí)應(yīng)立即停止設(shè)備運(yùn)行，進(jìn)行閥門的清潔和潤(rùn)滑，如有必要還需更換磨損或損壞的零部件。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)深入研究安全閥的整定壓強(qiáng)，明確了正確設(shè)定和嚴(yán)謹(jǐn)分析整定壓強(qiáng)對(duì)于保證鍋爐和壓力容器安全運(yùn)行的重要性。深入理解安全閥的工作原理、整定壓強(qiáng)的計(jì)算方法及影響整定壓強(qiáng)的各種因素，可以更準(zhǔn)確地設(shè)定鍋爐和壓力容器的設(shè)計(jì)壓強(qiáng)。對(duì)于相關(guān)模擬試驗(yàn)的分析，進(jìn)一步揭示了準(zhǔn)確設(shè)定整定壓強(qiáng)的重要性以及錯(cuò)誤設(shè)定可能帶來(lái)的嚴(yán)重后果。同時(shí)，整定壓強(qiáng)的檢測(cè)和安全閥的維護(hù)校驗(yàn)也是保證設(shè)備安全的必要環(huán)節(jié)。未來(lái)需要更深入研究和改進(jìn)安全閥的設(shè)計(jì)和使用，從而更好地保證壓力設(shè)備的安全運(yùn)行。