淺談電站鍋爐安全閥在線校驗(yàn)

摘要：在線校驗(yàn)不僅有效實(shí)現(xiàn)了電站鍋爐運(yùn)行狀態(tài)下安全閥的定期校驗(yàn)，而且很好地解決了溫度對(duì)整定壓力的影響問題。鑒于此，結(jié)合實(shí)際工作，從在線校驗(yàn)前的準(zhǔn)備、在線校驗(yàn)方法的運(yùn)用、有效密封直徑的確定、測(cè)力傳感器的選擇、判開方法的選擇五個(gè)方面，就電站鍋爐安全閥在線校驗(yàn)進(jìn)行分析，以保證校驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

關(guān)鍵詞：鍋爐；安全閥；在線校驗(yàn)；整定壓力；密封直徑

中圖分類號(hào)：TH138.52? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2023）10-0076-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.10.021

0? ? 引言

根據(jù)TSG 11—2020《鍋爐安全技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，在用鍋爐的安全閥每年至少校驗(yàn)一次[1]。由于電站鍋爐都是連續(xù)性運(yùn)行工作，平時(shí)不會(huì)輕易停爐，因此，對(duì)于電站鍋爐安全閥來說，要特意停爐進(jìn)行離線校驗(yàn)是不切實(shí)際的。此外，電站鍋爐運(yùn)行時(shí)蒸汽介質(zhì)溫度較高，而離線校驗(yàn)不能解決高溫對(duì)安全閥整定壓力的影響問題，所以也不宜采用。

在線校驗(yàn)?zāi)茉谠O(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)安全閥進(jìn)行校驗(yàn)，而且高溫也基本不會(huì)對(duì)整定壓力產(chǎn)生影響，因此電站鍋爐安全閥幾乎都是采用在線校驗(yàn)。本文將結(jié)合實(shí)際工作，從在線校驗(yàn)前的準(zhǔn)備、在線校驗(yàn)方法的運(yùn)用、有效密封直徑的確定、測(cè)力傳感器的選擇、判開方法的選擇五個(gè)方面，就電站鍋爐安全閥在線校驗(yàn)進(jìn)行分析探討。

1? ? 在線校驗(yàn)前的準(zhǔn)備

在線校驗(yàn)前除了核對(duì)安全閥銘牌，查閱安全閥的出廠資料、往年校驗(yàn)報(bào)告，查清安全閥在線校驗(yàn)所需的相關(guān)參數(shù)，確認(rèn)電站鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)是否符合安全閥在線校驗(yàn)要求外，還應(yīng)完成以下幾個(gè)方面的準(zhǔn)備工作：

（1）確認(rèn)安全閥使用單位是否制定好在線校驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)安全閥卡滯、安全閥泄漏壓力急劇下降、安全閥開啟后無法回座等突發(fā)情況的應(yīng)急預(yù)案。

（2）現(xiàn)場(chǎng)對(duì)安全閥進(jìn)行宏觀檢查，主要檢查安全閥運(yùn)行時(shí)是否存在泄漏。如有泄漏，在線校驗(yàn)就不能進(jìn)行。

（3）檢查測(cè)量用壓力表或壓力變送器的測(cè)量點(diǎn)是否能正確反映安全閥的入口壓力。如測(cè)量點(diǎn)距安全閥較遠(yuǎn)或與安全閥之間阻力損失較大，則不符合在線校驗(yàn)要求。

（4）根據(jù)TSG ZF001—2006《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的要求，檢查測(cè)量用壓力表精度等級(jí)不應(yīng)當(dāng)?shù)陀?.0級(jí)，壓力表的量程應(yīng)為安全閥校驗(yàn)壓力的1.5～3.0倍[2]，且在6個(gè)月的檢定有效期內(nèi)。

（5）校驗(yàn)時(shí)測(cè)量用壓力表與壓力變送器的選用。

電站鍋爐在汽包、過熱器、再熱器等部位都會(huì)設(shè)置壓力變送器采集壓力，來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這些部位的壓力。這些壓力變送器的精度都比較高，一般都符合安全閥在線校驗(yàn)的要求，因此只要在6個(gè)月的檢定有效期內(nèi)，可首選壓力變送器來測(cè)量安全閥入口處的壓力，其原因是壓力變送器相對(duì)于壓力表穩(wěn)定性好，讀數(shù)直觀，更加精確。

如選壓力表來測(cè)量安全閥的入口壓力，那么在校驗(yàn)前還應(yīng)將壓力表上測(cè)量值與壓力變送器測(cè)量值進(jìn)行比較，如果偏差較大應(yīng)更換壓力表進(jìn)行再次比較，確保壓力表的準(zhǔn)確性。這是由于電站鍋爐運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境比較惡劣，即使剛檢定合格的壓力表也可能在短暫的使用過程中造成損壞、不準(zhǔn)確，這一點(diǎn)在筆者的實(shí)際工作中也時(shí)常碰到。

（6）提拉安全閥扳手進(jìn)行試動(dòng)作。

電站鍋爐安全閥排放蒸汽時(shí)，一般會(huì)泄漏到安全閥的周邊，因此提拉安全閥的扳手應(yīng)先將繩索一端扣在安全閥扳手上，這樣可在較遠(yuǎn)處拉動(dòng)安全閥扳手進(jìn)行排氣，以保證人員的安全。校驗(yàn)前提拉安全閥扳手進(jìn)行試動(dòng)作主要有以下作用：

1）可確認(rèn)安全閥的閥瓣與閥座有無粘死。如果安全閥出現(xiàn)閥瓣與閥座粘死的情況，那么就不可進(jìn)行在線校驗(yàn)。

2）可以了解安全閥排放時(shí)蒸汽會(huì)泄漏到安全閥周邊多大的范圍，以便控制好在線校驗(yàn)儀的操作點(diǎn)與安全閥間的距離，防止安全閥在校驗(yàn)過程中出現(xiàn)不正常的突然排放，對(duì)人員造成傷害。

3）采用在線校驗(yàn)儀進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，安全閥的入口壓力不宜過高，否則可能出現(xiàn)在校驗(yàn)的過程中安全閥突然起跳排放而未即刻回座。這種情況是很危險(xiǎn)的，因此在不清楚安全閥具體的回座壓力值時(shí)，通過提拉安全閥扳手，可觀察到當(dāng)前入口壓力下安全閥是否可以即刻回座，該壓力可作為在線校驗(yàn)儀進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)控制安全閥入口壓力的參考值。

2? ? 在線校驗(yàn)的方法運(yùn)用

安全閥在線校驗(yàn)有升壓實(shí)跳法和在線校驗(yàn)儀校驗(yàn)法兩種。升壓實(shí)跳是指承壓設(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)下，通過設(shè)備本身升壓或外加壓力確定閥門的整定壓力進(jìn)行的校驗(yàn)[3]。這種方法類似于離線校驗(yàn)，是比較直觀準(zhǔn)確的，但在電站鍋爐安全閥校驗(yàn)的應(yīng)用上也存在以下缺點(diǎn)：

（1）電站鍋爐的運(yùn)行壓力比較高，校驗(yàn)過程中多次升壓實(shí)跳必然會(huì)對(duì)安全閥的密封面造成一定的損害。

（2）升壓實(shí)跳必然會(huì)伴隨著安全閥的開啟排放，勢(shì)必造成噪聲污染和一些經(jīng)濟(jì)損失。

（3）短時(shí)間內(nèi)，隨著升壓實(shí)跳及開啟排放次數(shù)的增加，安全閥加載彈簧的溫度會(huì)升高，導(dǎo)致安全閥的開啟壓力逐漸變低，三次整定壓力試驗(yàn)的值會(huì)有一定的偏差。

鑒于上述原因，電站鍋爐安全閥不宜完全采用升壓實(shí)跳法，它可作為在線校驗(yàn)儀校驗(yàn)結(jié)束后的一種驗(yàn)證手段。此外，對(duì)于第一次進(jìn)行在線校驗(yàn)的安全閥，利用升壓實(shí)跳法結(jié)合在線校驗(yàn)儀可得出比較準(zhǔn)確的安全閥有效密封直徑。

在線校驗(yàn)儀校驗(yàn)法是利用安全閥在線校驗(yàn)儀給安全閥施加一個(gè)向上的外加力，當(dāng)介質(zhì)壓力和這個(gè)外加力的總和等于彈簧預(yù)緊力時(shí)，安全閥便會(huì)開啟。該校驗(yàn)法在設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)也可進(jìn)行安全閥校驗(yàn)，同時(shí)克服了升壓實(shí)跳法的缺點(diǎn)。雖然該校驗(yàn)方法在整定壓力上存有一點(diǎn)誤差，但該誤差是在規(guī)程所允許的范圍之內(nèi)。

從上述分析可知，對(duì)于電站鍋爐安全閥的在線校驗(yàn)，如能將升壓實(shí)跳法和在線校驗(yàn)儀校驗(yàn)法結(jié)合使用，那么效果是最佳的。即先采用在線校驗(yàn)儀進(jìn)行整定壓力調(diào)校，然后在現(xiàn)場(chǎng)條件允許的情況下采用更加直觀的升壓實(shí)跳法對(duì)所調(diào)校的整定壓力進(jìn)行驗(yàn)證。此外，在無安全閥有效密封直徑的情況下，也可將升壓實(shí)跳法和在線校驗(yàn)儀結(jié)合使用，得出較為準(zhǔn)確的有效密封直徑。

3? ? 有效密封直徑的確定及測(cè)力傳感器的選擇

安全閥在線校驗(yàn)儀進(jìn)行校驗(yàn)操作前必須先確定安全閥的有效密封直徑、選擇恰當(dāng)?shù)臏y(cè)力傳感器，準(zhǔn)確的有效密封直徑及恰當(dāng)?shù)臏y(cè)力傳感器將直接影響校驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.1? ? 有效密封直徑的確定

有效密封直徑的確定方法有以下4種。

3.1.1? ? 壓差法計(jì)算確定

壓差法計(jì)算確定是通過改變系統(tǒng)工作壓力，并用在線校驗(yàn)儀測(cè)出不同的外加力，再計(jì)算安全閥有效密封直徑，適用于系統(tǒng)壓力可變的情況。但在實(shí)際的應(yīng)用上，由于系統(tǒng)壓力的不穩(wěn)定及人為操作原因，所計(jì)算出的有效密封直徑誤差較大。

3.1.2? ? 改變定壓螺母計(jì)算確定

改變定壓螺母計(jì)算確定是必須事先知道定壓螺母旋轉(zhuǎn)角度與安全閥開啟壓力變化值的關(guān)系，才可計(jì)算出安全閥有效密封直徑。在實(shí)際的應(yīng)用中，獲取上述兩者間的準(zhǔn)確關(guān)系還是比較困難的，所以該方法實(shí)際意義不大。

3.1.3? ? 離線解體測(cè)量法確定

離線解體測(cè)量法是通過測(cè)量閥瓣的內(nèi)外徑與閥座的內(nèi)外徑再進(jìn)行計(jì)算確定。該方法雖然簡單，但在電站鍋爐安全閥的應(yīng)用上也存在兩個(gè)問題：一是鍋爐不停爐或以前未進(jìn)行過解體檢查測(cè)量；二是在電站鍋爐高溫高壓的運(yùn)行情況下，安全閥密封面的等效面積可能會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)用測(cè)量所得的有效密封直徑來代替運(yùn)行狀態(tài)下的有效密封直徑會(huì)帶來一定的誤差。

3.1.4? ? 升壓實(shí)跳法結(jié)合在線校驗(yàn)儀計(jì)算確定

升壓實(shí)跳法結(jié)合在線校驗(yàn)儀計(jì)算確定是先用升壓實(shí)跳確定安全閥的開啟壓力，再將設(shè)備運(yùn)行壓力恢復(fù)至原值，用在線校驗(yàn)儀測(cè)得當(dāng)前壓力下安全閥開啟所需的外加力，最后通過公式（1）獲取安全閥的有效密封直徑。

式中：r為安全閥有效密封直徑；△F為在線校驗(yàn)儀所施加的向上外加力；PS為安全閥開啟壓力；P0為安全閥入口壓力。

由于升壓實(shí)跳所確定的開啟壓力是較為準(zhǔn)確的，且該方法是在電站鍋爐實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下計(jì)算出的有效密封直徑，因此其值是比較準(zhǔn)確的。

從上述分析可知，對(duì)于電站鍋爐安全閥在現(xiàn)場(chǎng)條件允許的情況下，采用升壓實(shí)跳法結(jié)合在線校驗(yàn)儀計(jì)算確定安全閥有效密封直徑是較優(yōu)的選擇。

3.2? ? 測(cè)力傳感器的選擇

測(cè)力傳感器是在線校驗(yàn)儀測(cè)量外加提升力中最重要的部件。受測(cè)力傳感器量程的限制，每種測(cè)力傳感器所能測(cè)量的最大外加力均有一定的極限。從理論上講，校驗(yàn)一只安全閥所選的測(cè)力傳感器能滿足公式（2）的要求即可。

式中：△Fmax為測(cè)力傳感器所能測(cè)量的最大外加力。

在實(shí)際校驗(yàn)中卻不能簡單地根據(jù)上述要求選取測(cè)力傳感器。一般來說，為了測(cè)量的準(zhǔn)確性，每臺(tái)在線校驗(yàn)儀都會(huì)配備幾個(gè)不同量程的測(cè)力傳感器，如200 kg、500 kg兩個(gè)，200 kg的測(cè)力傳感器是用來測(cè)量外加力在200 kg以內(nèi)的；500 kg的測(cè)力傳感器是用來測(cè)量大于200 kg、小于等于500 kg的外加力的，如用來測(cè)量200 kg以下的外加力其準(zhǔn)確度一般無法滿足要求。校驗(yàn)時(shí)在儀器內(nèi)輸入所要求的整定壓力、流道直徑、安全閥入口壓力，即可確定所需的外加力，從而也就確定了測(cè)力傳感器。但在操作時(shí)，如果外加力的值臨近測(cè)力傳感器量程邊界，那么此時(shí)校驗(yàn)出的整定壓力值大概率是不準(zhǔn)的。例如，所需外加提升力為190 kg，這時(shí)選擇200 kg測(cè)力傳感器其整定壓力的結(jié)果大概率不準(zhǔn)確，因?yàn)闇y(cè)力傳感器在其量程邊界測(cè)量時(shí)準(zhǔn)確性不高。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為這種情況可對(duì)安全閥的入口壓力進(jìn)行一些改變來使測(cè)力傳感器滿足要求，如外加提升力需要190 kg，可對(duì)安全閥入口壓力做一些提高處理，來減少所需的外加力，以滿足200 kg測(cè)力傳感器的使用要求。

4? ? 判開方法的選擇

目前，采用在線校驗(yàn)儀進(jìn)行安全閥校驗(yàn)的判開方法有特征點(diǎn)法、位移法及音頻法3種，在電站鍋爐安全閥上使用何種判開方法將直接關(guān)系到校驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.1? ? 特征點(diǎn)法

特征點(diǎn)法是利用安全閥開啟時(shí)介質(zhì)作用面積增大，使克服彈簧預(yù)緊力的內(nèi)壓作用力也增大，從而導(dǎo)致外加力瞬間減小，此時(shí)在儀器測(cè)量的過程曲線上就出現(xiàn)了拐點(diǎn)，特征點(diǎn)法就是利用該拐點(diǎn)來判斷安全閥的開啟。但在實(shí)際的應(yīng)用中，有的安全閥臨近開啟前密封面會(huì)出現(xiàn)滲漏，造成曲線上無明顯的拐點(diǎn)，不好確認(rèn)開啟點(diǎn)。

4.2? ? 位移法

位移法是通過位移傳感器測(cè)到閥瓣有微小開啟時(shí)判斷出安全閥開啟。但由于電站鍋爐運(yùn)行壓力較高且內(nèi)部蒸汽氣量充足，所以在實(shí)際應(yīng)用中一般儀器未檢測(cè)到閥瓣開啟便能聽見蒸汽介質(zhì)的連續(xù)排出，在檢測(cè)到閥瓣開啟時(shí)蒸汽的排出聲音已經(jīng)比較大了，因此判斷出的開啟壓力一般偏高。在電站鍋爐安全閥校驗(yàn)過程中采用位移法，容易使人覺得安全閥閥桿已過度提拉，安全閥將出現(xiàn)排放，造成操作人員心理上的緊張。

4.3? ? 音頻法

音頻法是在聽到介質(zhì)連續(xù)排出時(shí)，確認(rèn)為安全閥開啟，它不僅適用于在線校驗(yàn)儀校驗(yàn)法，也適用于升壓實(shí)跳法。雖然在電站鍋爐安全閥的在線校驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)噪聲較多，但由于電站鍋爐運(yùn)行壓力高，氣量充足，因此安全閥開啟時(shí)介質(zhì)連續(xù)排出的聲音還是非常明顯的，所以音頻法可以較為直觀地判斷運(yùn)行中的電站鍋爐安全閥是否開啟。但音頻法在在線校驗(yàn)儀的應(yīng)用上也有一瑕疵，即儀器上得出的開啟壓力會(huì)略低于真實(shí)的開啟壓力，其原因在于：（1）當(dāng)音頻法判斷到安全閥開啟時(shí)，介質(zhì)作用在閥瓣上的面積已有增大，造成內(nèi)壓作用力增大，外加力減小；（2）音頻法判斷出安全閥開啟時(shí)還需人為快速在儀器上卸去外加力才能獲取開啟壓力值，在卸去外加力的同時(shí)，儀器內(nèi)部讀取了外加力值，這可能存在瞬間滯后，造成讀取的外加力略低，外加力降低將直接使計(jì)算出的開啟壓力減小。

綜合上述分析，本文認(rèn)為音頻法對(duì)電站鍋爐安全閥判開最為直觀，是最適用的。雖然在在線校驗(yàn)儀上得到的開啟壓力會(huì)略低，但可結(jié)合校驗(yàn)過程曲線圖確認(rèn)出準(zhǔn)確的開啟壓力。圖1所示為安全閥在線校驗(yàn)儀校驗(yàn)過程曲線。

在線校驗(yàn)儀上得到的開啟壓力即由圖1曲線上B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的外加力計(jì)算得出，那么只需在B點(diǎn)前端一小段曲線上找到峰值點(diǎn)A，那么點(diǎn)A所對(duì)應(yīng)的外加力，即為安全閥實(shí)際開啟時(shí)在線校驗(yàn)儀在安全閥上所施加的外加力，從而可求得實(shí)際開啟壓力，這樣確認(rèn)出的開啟壓力將更加準(zhǔn)確。

5? ? 結(jié)語

在線校驗(yàn)不僅有效實(shí)現(xiàn)了電站鍋爐在不停爐情況下的安全閥定期校驗(yàn)，而且很好地解決了溫度對(duì)整定壓力的影響問題。電站鍋爐是一種在高溫、高壓狀態(tài)下運(yùn)行的特種設(shè)備，對(duì)其安全閥的在線校驗(yàn)一定要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境及鍋爐的運(yùn)行特點(diǎn)做好校驗(yàn)前的準(zhǔn)備，才能更好地保證校驗(yàn)過程的安全；一定要把握好在線校驗(yàn)方法的運(yùn)用，選擇合適的測(cè)力傳感器及判開方法，確定好有效密封直徑，才能使運(yùn)行狀態(tài)下的電站鍋爐安全閥校驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 鍋爐安全技術(shù)規(guī)程：TSG 11—2020[S].

[2] 安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程：TSG ZF001—2006[S].

[3] 周震.安全閥[M].2版.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

收稿日期：2023-01-17

作者簡介：林燏（1982—），男，福建莆田人，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向：特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)。