電站鍋爐安全閥顫跳現(xiàn)象分析及處理

馮雅琳

(河北西柏坡發(fā)電有限責(zé)任公司，石家莊 050400)

安全閥是對(duì)鍋爐汽水系統(tǒng)起保護(hù)作用的重要設(shè)備，其常見(jiàn)形式為彈簧式和杠桿式2 種。彈簧式安全閥工作狀態(tài)為當(dāng)介質(zhì)壓力達(dá)到整定壓力值時(shí)，隨著一聲清脆的爆破聲安全閥立即起跳，閥瓣保持開(kāi)啟狀態(tài)。在3%超壓下，泄放量達(dá)到額定值。當(dāng)入口壓力降到低于4%的整定壓力值時(shí)，閥瓣利用彈簧的壓力自動(dòng)快速關(guān)閉［1］。

安全閥顫跳導(dǎo)致的蒸汽泄漏輕則會(huì)使系統(tǒng)壓力不穩(wěn)，影響鍋爐出力，重則壓力難以維持，機(jī)組無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)檢修及運(yùn)行人員的安全造成威脅。因此，有效的消除顫跳是人身與設(shè)備安全的必要保障。

1 存在問(wèn)題

安全閥顫跳是指安全閥出現(xiàn)不穩(wěn)定的間歇小起跳。動(dòng)作時(shí)閥瓣不能完全離開(kāi)底口大量排汽，排汽后閥瓣與閥座又不能迅速嚴(yán)密閉合。在這種狀態(tài)下，蒸汽會(huì)頻繁泄漏，使閥瓣受到嚴(yán)重沖擊損毀，造成蒸汽越漏越大的惡性循環(huán)，使機(jī)組不能穩(wěn)定運(yùn)行。

2 原因分析

2.1 壓力監(jiān)測(cè)值誤差

安全閥起跳與介質(zhì)壓力有直接關(guān)系。介質(zhì)壓力有2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，即就地壓力表和主控壓力采樣。

就地壓力表與主控壓力表有誤差。安全閥校對(duì)的就地壓力表只能精確到小數(shù)點(diǎn)后1 位，而主控壓力表可以精確到小數(shù)點(diǎn)后3 位，因此在讀數(shù)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生誤差;安全閥校對(duì)就地壓力表在鍋爐64 m 處，而主控壓力采樣點(diǎn)在22.5 m 處，會(huì)產(chǎn)生自然壓差。而在確定安全閥起跳壓力時(shí)以主控壓力表為準(zhǔn)。以過(guò)熱蒸汽安全閥為例，取9 次兩地壓差值，兩地壓差數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 過(guò)熱蒸汽安全閥兩地壓差數(shù)據(jù)表 MPa

平均壓差=∑/n =1.79 MPa/9=0.198 4 MPa

過(guò)熱器出口安全閥設(shè)計(jì)起跳壓力為19.20 MPa，0.198 4 MPa/19.20 MPa≈1%

依據(jù)《閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)》，當(dāng)6.89 MPa≥整定壓力＞2.07 MPa 時(shí)，安全閥空跳點(diǎn)的正負(fù)偏差為±0.07 MPa;當(dāng)整定壓力＞6.89 MPa 時(shí)，不得超過(guò)±1%［1］。

由數(shù)據(jù)可見(jiàn)，2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓差將近0.2 MPa，約占設(shè)計(jì)壓力的1%。壓差使安全閥起跳時(shí)實(shí)際壓力偏低，閥瓣剛回座后，壓力又聚集到起跳壓力值，安全閥再次起跳，如此循環(huán)，發(fā)生顫跳，因此不可忽略不計(jì)。

2.2 調(diào)節(jié)環(huán)調(diào)節(jié)不到位

2.2.1 安全閥的起跳過(guò)程

安全閥快速起跳由2 個(gè)階段組成。當(dāng)閥瓣下面的蒸汽壓力超過(guò)彈簧壓力時(shí)，閥瓣開(kāi)始抬起。蒸汽從安全閥密封面之間噴出，受到了噴嘴環(huán)斜面的反射，從而有助于初始起跳。這股噴出的蒸汽作用于閥瓣座表面時(shí)，產(chǎn)生了新的不平衡，安全閥便突然起跳。閥瓣座垂直提升，蒸汽受導(dǎo)向環(huán)的反作用，進(jìn)一步向上推高閥瓣座。在壓力積聚下，蒸汽的反作用力推動(dòng)閥瓣座的下方，使它提升得更高。

當(dāng)鍋爐壓力降低時(shí)，安全閥閥瓣降至一個(gè)適中位置，然后快速關(guān)閉［2］。

2.2.2 調(diào)節(jié)環(huán)的作用調(diào)節(jié)環(huán)包括噴嘴環(huán)和導(dǎo)向環(huán)，見(jiàn)圖1。

圖1 調(diào)節(jié)環(huán)作用示意圖

噴嘴環(huán)主要作用是保證起跳動(dòng)作。改變閥瓣與噴嘴環(huán)之間通道大小，從而改變閥門初始開(kāi)啟時(shí)，蒸汽壓力在閥瓣與噴嘴環(huán)之間腔室內(nèi)積聚程度大小。升高噴嘴環(huán)，即更加靠近閥瓣座，可以增強(qiáng)起跳動(dòng)作，增大啟閉壓差，將使閥瓣迅速突然開(kāi)啟，消除“半開(kāi)不開(kāi)”的過(guò)程。反之，則減小啟閉壓差。噴嘴環(huán)調(diào)節(jié)太高，則閥瓣泄漏時(shí)，容易造成閥瓣顫震，易損壞閥瓣;另外對(duì)閥瓣回座壓力也有影響。

導(dǎo)向環(huán)主要作用是控制起閉壓差。導(dǎo)向環(huán)改變汽流介質(zhì)在閥瓣下側(cè)反射后折轉(zhuǎn)的角度，從而改變流體作用力大小以此來(lái)調(diào)節(jié)回座壓力。升高導(dǎo)向環(huán)會(huì)減小對(duì)閥瓣座的反作用力，從而減小了起閉壓差。相反，降低導(dǎo)向環(huán)會(huì)增加對(duì)閥瓣座的反作用力，從而增加了起閉壓差。導(dǎo)向環(huán)在改變回座壓力的同時(shí)也影響到排放壓力，所以在調(diào)節(jié)導(dǎo)向環(huán)、噴嘴環(huán)時(shí)要綜合考慮［3］。

2.2.3 調(diào)節(jié)環(huán)調(diào)節(jié)現(xiàn)狀

調(diào)整調(diào)節(jié)環(huán)時(shí)，由緊定螺釘孔伸入探針，感覺(jué)調(diào)節(jié)環(huán)到平齊位置。所謂“平齊位置”是指導(dǎo)向環(huán)與閥瓣座的底面平齊。撥動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)齒槽升高或降低調(diào)節(jié)環(huán)，使噴嘴環(huán)與閥瓣座接觸。這種方法是平齊位置不好感覺(jué)，齒槽撥動(dòng)會(huì)有很大誤差。由此可見(jiàn)，調(diào)節(jié)環(huán)的調(diào)整與安全閥顫跳有很大關(guān)系。

2.3 起跳壓力整定的誤差

安全閥檢修完后，要進(jìn)行安全閥起跳壓力的液壓整定工作。這是通過(guò)液壓整定裝置來(lái)完成的。

工作原理Fh+Fn=Fs［3］，其中，F(xiàn)h為由液壓定裝置產(chǎn)生的壓力;Fn為閥門實(shí)驗(yàn)時(shí)系統(tǒng)壓力，銘牌整定壓力的65% ～80%;Fs為彈簧力;Fn是在進(jìn)行校對(duì)實(shí)驗(yàn)時(shí)鍋爐當(dāng)前的運(yùn)行壓力，是一個(gè)定值，當(dāng)Fh達(dá)到某值時(shí)，安全閥就發(fā)生動(dòng)作，這時(shí)計(jì)算得到的Fs即起跳壓力。確定安全閥的起跳壓力時(shí)，以安全閥發(fā)出輕微漏汽聲，即為安全閥動(dòng)作，這時(shí)計(jì)算得到的Fs即起跳壓力。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)省安全閥整定時(shí)間，噪聲小，閥瓣起跳低時(shí)間短，對(duì)底口沖擊小。缺點(diǎn)是無(wú)法檢驗(yàn)安全閥的回座壓力，這樣確定的起跳壓力偏小，起跳高度不足，安全閥就會(huì)在蒸汽壓力剛剛達(dá)到規(guī)定值時(shí)起跳。起跳后，壓力即隨之降低，而閥瓣還未完全離座，就又馬上回座，回座后，壓力又升高到了規(guī)定值，安全閥再次起跳，依次循環(huán)，不能使安全閥內(nèi)閥瓣與導(dǎo)向環(huán)之間腔室內(nèi)的壓力積聚程度保持持久，安全閥每次起跳不完全，即發(fā)生了安全閥顫跳。

3 處理措施

3.1 減小壓力誤差

在校對(duì)前，反復(fù)核對(duì)同一時(shí)刻兩地壓力示數(shù)，以求得主控壓力與就地壓力之間的差值。在以主控壓力表為準(zhǔn)時(shí)，計(jì)入此差值。

仍以過(guò)熱器出口安全閥為例。由表1可看出，過(guò)熱蒸汽安全閥兩地壓差數(shù)據(jù)表可得到平均壓差為0.198 4 MPa，則主控壓力與就地壓力的關(guān)系應(yīng)為，主控壓力－平均壓差=就地壓力。以此計(jì)算，減小主控壓力與就地壓力的誤差。

3.2 改進(jìn)調(diào)節(jié)環(huán)的調(diào)節(jié)方法

在安全閥解體時(shí)，仔細(xì)測(cè)量調(diào)節(jié)環(huán)高度、底口高度。回裝前，測(cè)量當(dāng)前底口高度，來(lái)調(diào)節(jié)導(dǎo)向環(huán);調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)時(shí)，先用一塊平板覆在底口上，向上旋噴嘴環(huán)，待接觸到平板后，在按照銘牌給出的設(shè)定值(數(shù)值通常打在閥蓋的機(jī)械加工面上)向下調(diào)節(jié)。例如NR-15 是指噴嘴環(huán)與閥瓣座接觸后向下轉(zhuǎn)過(guò)15 個(gè)齒槽。測(cè)算噴嘴環(huán)距底口的高度時(shí)，改變過(guò)去一個(gè)螺距內(nèi)只采一點(diǎn)測(cè)量，為一個(gè)螺距內(nèi)采四點(diǎn)測(cè)量，使噴嘴環(huán)調(diào)整數(shù)據(jù)更為精確，使蒸汽壓力在閥瓣與下調(diào)節(jié)環(huán)之間腔室積聚程度適當(dāng)，確保有足夠的閥瓣起跳和回座壓力。

3.3 改進(jìn)壓力整定試驗(yàn)方法

校對(duì)安全閥分2 步進(jìn)行:

使用液壓整定裝置進(jìn)行整定試驗(yàn)，建立設(shè)定點(diǎn);進(jìn)行系統(tǒng)壓力起跳試驗(yàn)。

以過(guò)熱器出口安全閥為例，見(jiàn)表2。

表2 過(guò)熱器出口安全閥校對(duì)記錄表

右過(guò)出口安全閥設(shè)計(jì)起跳壓力19.2 MPa，允許壓力范圍19.01 ～19.39 MPa，經(jīng)過(guò)2 次整定后，第3次計(jì)算得到起跳壓力19.10 MPa，在允許誤差范圍內(nèi)，試驗(yàn)合格。確保閥瓣起跳和回座壓力充足，安全閥起跳有力，回座迅速。

4 建議

4.1 安全閥密封面的嚴(yán)密性

密封面不嚴(yán)密使蒸汽外泄，對(duì)閥瓣造成的沖擊會(huì)成為安全閥顫跳的誘因，并且在安全閥動(dòng)作時(shí)使壓力不能有效聚集，久之則加劇安全閥的顫跳。因此，安全閥的嚴(yán)密性至關(guān)重要。

4.2 安全閥整定壓力的設(shè)定

安全閥整定壓力試驗(yàn)關(guān)系到安全閥日常工作的可靠性，在進(jìn)行整定工作時(shí)，應(yīng)注意以下3 點(diǎn)。

a.盡可能的使安全閥的起跳壓力值接近銘牌規(guī)定的壓力值。

b.在整定過(guò)程中使系統(tǒng)壓力盡可能穩(wěn)定在可進(jìn)行試驗(yàn)的系統(tǒng)壓力的中間數(shù)值，減小安全閥的整定壓力偏差。

c.安全閥整定試驗(yàn)時(shí)起跳次數(shù)不得超過(guò)3 次，否則閥芯等部件受熱影響準(zhǔn)確性。

［1］朱全利.鍋爐設(shè)備及系統(tǒng)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2006.

［2］胡蔭平.電站鍋爐手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2005.

［3］楊源泉.閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1992.