鍋爐和壓力容器上安全閥的整定壓強分析

劉智奇

（德州市產品質量標準計量研究院，德州 253000）

鍋爐及壓力容器是日常生活和工業生產中的關鍵設備，其安全運行對人們的生命和財產具有直接影響。作為壓力保護設備的重要組成部分，安全閥在設備內部壓強超過規定值時自動開啟，釋放部分介質，阻止壓強繼續升高，從而保證設備正常運行。因此，準確設定和嚴謹分析安全閥的整定壓強，對于保證設備的安全運行具有至關重要的作用。本研究將詳細探討安全閥的工作原理及其整定壓強，以及整定壓強與鍋爐和壓力容器設計壓強之間的關系，并通過案例分析具體展示整定壓強的實際應用，最后探討整定壓強的檢測和維護方法。

1 安全閥的工作原理及其整定壓強

安全閥是一種自動控制閥門，主要應用于鍋爐、壓力容器、管道等設備。當設備內的壓強超過允許范圍，安全閥會自動打開，釋放過量的壓強，以防止設備因超壓而爆炸。當壓強降至允許范圍內時，安全閥會自動關閉，從而保證設備正常運行[1]。整定壓強指安全閥在沒有外力干擾的情況下，閥瓣開始離開閥座，即開始排放介質的壓強。這是安全閥工作的關鍵參數，應當根據具體的應用環境和設備特性來確定。整定壓強的具體計算方法依賴設備的工作條件、介質的性質以及安全閥的設計，通常情況下該值應低于設備的最大允許工作壓強，高于設備的正常工作壓強，具體數值需根據相關國家和行業標準進行計算。影響安全閥整定壓強的因素主要包括設備的設計壓強、設備的工作壓強、介質的性質（溫度、腐蝕性等）、設備在最惡劣條件下可能達到的最大壓強以及安全閥的設計特性和材料等，都需要在整定壓強的計算和設置過程中綜合考慮[2]。

2 鍋爐和壓力容器的設計壓強及其與整定壓強的關系

設計壓強指壓力設備在正常操作狀態下所能承受的最大壓強，它是在設計過程中預設的，用于確保設備在其生命周期內安全運行。設計壓強根據設備的工作條件、使用環境、材料特性等因素綜合確定，主要依據設備的使用條件和工作環境，如設備的工作介質、溫度、尺寸等因素。同時，設計壓強需要根據相關的設計規范和安全標準來確定。通常情況下，設計壓強會略高于設備的正常工作壓強，以確保設備在各種情況下都能夠安全運行。

設計壓強和整定壓強有著密切的關系，但又有明顯的區別。設計壓強在設計階段確定，而整定壓強需要保證設備內部壓強超出設計壓強之前能夠開始運行，因此通常整定壓強會低于設計壓強，以確保在超壓情況下能夠及時保護設備。設計壓強和整定壓強的準確設定，對于保證壓力設備的安全運行至關重要[3]。

3 安全閥整定壓強的選擇與試驗分析

3.1 安全閥整定壓強的選擇

選擇正確的安全閥整定壓強至關重要，直接影響設備的安全運行。安全閥的主要作用是在設備內部壓強超過允許值時自動開啟，以防止設備過壓，因此整定壓強需要低于設備的設計壓強。如果整定壓強過高，設備在超出設計壓強前，安全閥可能無法及時打開，導致設備過壓，發生爆炸。如果整定壓強過低，會使設備在正常工作壓強下打開安全閥，導致設備無法正常運行，同時會浪費能源[4]。整定壓強過高或過低的原因及可能導致的結果，如表1 所示。可見，整定壓強的設定不僅需要在設計階段進行準確計算，還需要在設備操作階段仔細校準，以確保設備的安全運行。

表1 整定壓強過高或過低的原因及可能導致的問題

3.2 安全閥整定壓強的模擬試驗分析

為驗證安全閥整定壓強分析內容的準確性，以某化工廠為例設計了兩個模擬試驗。一個壓力容器的設計壓強為2.0 MPa，在試驗中將安全閥的整定壓強設定為2.5 MPa。在設備運行過程中，由于某些原因，設備內部壓強超過2.0 MPa，但是由于整定壓強過高，安全閥沒有打開，結果導致設備過壓，發生爆炸。一個鍋爐的設計壓強為1.5 MPa，在試驗中將安全閥的整定壓強設定為1.0 MPa。在鍋爐正常運行過程中，當壓強達到1.0 MPa 時，安全閥立刻打開，導致大量蒸汽排放，鍋爐無法正常運行，同時造成了能源的嚴重浪費。兩個試驗的情況及最終結果，如表2 所示。

表2 試驗情況及最終結果

從表2 可以看到，選擇正確的安全閥整定壓強對于保證設備的安全運行具有重要意義，因此在實際應用中，必須根據設備的設計壓強、工作條件和介質的性質等因素，準確設定安全閥的整定壓強。

4 整定壓強的檢測和安全閥的維護校驗

4.1 安全閥整定壓強的檢測方法

安全閥整定壓強的檢測是保證壓力設備安全運行的關鍵環節，檢測方法主要包括靜態檢測和動態檢測兩種。靜態檢測主要是通過測量設備在靜止狀態下的壓強，動態檢測則是在設備運行過程中，實時監測設備內部的壓強。具體來說，靜態檢測一般采用壓力表或者壓力傳感器等設備直接測量安全閥的開啟壓強[5]。由于設備處于靜止狀態，這種方法簡單易行，但是沒有考慮設備運行過程中的壓強變化，可能會有一定的誤差。具體來說，這種檢測主要是通過施加外部壓強的方式來模擬鍋爐或壓力容器在正常工作狀態下可能遇到的最高壓強環境。靜態檢測的核心原理是應用靜水壓強來測試安全閥的開啟壓強點和復位壓強點，即在無流動負荷的情況下逐漸增加安全閥入口端的壓強，直至安全閥開啟進行排放，記錄此時的壓強值作為開啟壓強點。隨后減少壓強，觀察并記錄安全閥關閉的壓強值，即為復位壓強點。這種方法的優點在于可以準確地測定安全閥的整定壓強和返回壓強，而且操作相對簡單，不受現場復雜環境的影響。在實踐應用中，靜態檢測通常在安全閥生產過程中、新安裝前或定期檢驗時進行。檢測過程需要使用專門的壓力測試裝置，如壓力校驗臺。操作人員會將安全閥固定在校驗臺上，通過控制裝置逐漸增加壓強，直至達到設定的整定壓強點。通過精準的壓力表或傳感器讀取壓強值，并與安全閥的設計參數進行比對，以確保安全閥的整定壓強在允許的誤差范圍內。所有測試結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。

動態檢測是通過安裝在設備上的壓力傳感器實時監測設備內部的壓強，一旦壓強超過安全閥的整定壓強，安全閥就會打開。這種方法能夠更加準確地反映設備運行過程中的實際情況，但是需要更復雜的設備和操作。動態檢測與靜態檢測不同，它是在有流體流動的實際工況下檢測安全閥的整定壓強。動態檢測的主要原理是模擬安全閥在實際工作中的開啟過程，檢驗在流體流動條件下，安全閥的開啟壓強和關閉壓強是否符合要求，更加貼近實際的工作狀態，考慮了流體動力學因素，如流速和流體壓力對安全閥性能的影響。動態檢測在實際應用中需要在系統運行過程中進行，通常會干擾現場系統。在動態檢測時，操作人員需要確保測試條件盡可能模擬安全閥在實際工作中的環境，監測安全閥的響應時間和排放能力是否符合設計要求。在線測試是一種常見的動態檢測方法，即在系統運行中直接增加壓強至安全閥預定的開啟壓強，觀測安全閥的開啟和關閉是否迅速而準確。動態檢測的挑戰在于需要高精度的監測設備和專業的操作人員，以確保在不干擾正常生產的條件下準確完成檢測。同時，動態檢測可能會對系統的正常運行造成短暫的影響，因此在實際操作中，需要充分的事前準備和緊密的現場協調，以確保檢測的安全性和準確性。靜態檢測和動態檢測各有優勢，通常會根據實際需要和現場條件選擇最合適的檢測方法。在一些關鍵的應用場合，為確保安全閥性能的可靠性，兩種方法甚至會結合使用，以達到最佳的檢測效果。

4.2 安全閥的維護校驗

應定期對安全閥進行檢查和清潔，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，延長閥門的使用壽命。同時，需要定期對整定壓強進行校驗和調整，確認安全閥的整定壓強是否準確，閥門是否能在預定的壓強下開啟和關閉。安全閥的校驗應由專業的技術人員進行，校驗的頻率應根據設備的實際運行情況和相關規定確定。一般來說，每年應至少進行一次校驗。校驗時，應檢查閥門的開啟壓強是否與整定壓強一致，閥門是否能正常開啟和關閉。以某個壓力容器為例，其設計壓強為2.0 MPa，安全閥的整定壓強為1.8 MPa。在實際運行過程中，通過動態檢測發現設備在運行到1.6 MPa 時安全閥便會打開，說明整定壓強可能設定過低，需要及時調整。如果在設備運行到2.0 MPa 時，安全閥還沒有打開，便說明整定壓強可能設定過高，也需要及時調整。只有通過定期的校驗和維護，才能確保安全閥整定壓強的準確性，從而保證壓力設備安全運行。

4.3 不合格安全閥的處理

對于不合格的安全閥應立即進行處理，以防止發生安全事故。處理方法主要取決于安全閥的具體情況。如果發現整定壓強過高或過低，應先應停止設備運行，然后根據設備的設計壓強重新設定安全閥的整定壓強。如果問題仍然存在，可能需要更換安全閥。對于閥門無法正常開啟或關閉的情況，可能是由于閥門卡死或密封性能下降，這時應立即停止設備運行，進行閥門的清潔和潤滑，如有必要還需更換磨損或損壞的零部件。

5 結語

通過深入研究安全閥的整定壓強，明確了正確設定和嚴謹分析整定壓強對于保證鍋爐和壓力容器安全運行的重要性。深入理解安全閥的工作原理、整定壓強的計算方法及影響整定壓強的各種因素，可以更準確地設定鍋爐和壓力容器的設計壓強。對于相關模擬試驗的分析，進一步揭示了準確設定整定壓強的重要性以及錯誤設定可能帶來的嚴重后果。同時，整定壓強的檢測和安全閥的維護校驗也是保證設備安全的必要環節。未來需要更深入研究和改進安全閥的設計和使用，從而更好地保證壓力設備的安全運行。