彈簧式安全閥檢修測量數(shù)據(jù)記錄與分析

趙德智，賈亞可

（1唐山陡河發(fā)電廠，河北 唐山 063028；2.北京金碧合力設計有限公司，北京 100026）

1 概 述

安全閥是非常重要的保護性閥門，廣泛地應用在電力和石化等行業(yè)，是各類鍋爐、壓力容器和壓力管道等特種設備上不可缺少的安全附件，起到超壓保護作用。當系統(tǒng)超過壓力定值時，可通過安全閥泄出多余的介質壓力，確保系統(tǒng)的安全。在機組的壽命期限內(nèi)，較重要的安全閥組將長時間（30～60年）伴隨其運行，在長期的運行維護中，如維護不當或設備老化等原因，會引起閥門泄漏、卡澀、定值壓力發(fā)生偏差，甚至會導致安全閥退出備用狀態(tài)，給電力企業(yè)的安全生產(chǎn)帶來隱患。

1978年，陡河發(fā)電廠二期3號、4號機組投產(chǎn)，為國外公司生產(chǎn)的亞臨界自然循環(huán)鍋爐，額定蒸汽流量850t／h，鍋爐汽包上有四組國外公司生產(chǎn)的PAT 4718F全腔彈簧式安全閥，整定壓力為19.52／19.76MPa?，F(xiàn)對該汽包安全閥在近10年的檢修過程中所存在的缺陷及數(shù)據(jù)記錄情況進行分析，研究其運行數(shù)據(jù)超標后，易發(fā)生的缺陷及失效情況，為這類彈簧式安全閥的檢修和數(shù)據(jù)測量，提供分析和借鑒。

2 彈簧式安全閥檢修中應測量的數(shù)據(jù)

2.1 閥桿頂端到調(diào)整螺釘?shù)木嚯x

閥門解體前，應首先測量閥桿頂端到調(diào)整螺釘?shù)木嚯xH，如圖1所示。

圖1 安全閥結構圖

在運行狀態(tài)下，對安全閥的閥芯密封面進行受力分析，見圖1所示。忽略彈簧、閥桿等組件的自重，存在彈簧通過閥桿作用到閥芯的向下預緊力Fd，介質向上的作用力POS和下密封面的壓緊力f，滿足：

式（1）中，PO為系統(tǒng)介質壓力（Pa），S為閥芯受力面積（m2）。

彈簧預緊力Fd固定不變，當系統(tǒng)介質壓力PO增加，則密封壓緊力f逐漸減小，當介質壓力達到開啟壓力PS（整定壓力）時，相互壓緊力f等于零，則安全閥開啟，此時滿足：

不考慮溫度、彈簧剛度等因素的變化，假設彈簧為線性壓縮，則：

式（3）中，k為彈簧壓縮系數(shù)（N／mm），Δx為彈簧的壓縮量（mm）。

由式（2）、式（3）得：

由于k、S為常量，安全閥的整定壓力PS只與Δx有關，且成正比。通過圖1可以看出，彈簧的壓縮量由調(diào)整螺釘?shù)纳舷抡{(diào)整進行控制，假設調(diào)整螺釘由位置1轉動到位置2，由公式（4）得：

因此，從閥桿頂?shù)秸{(diào)整螺釘?shù)木嚯xH的數(shù)值變化，可推算出安全閥整定壓力的差值；使H值保持不變，即能保證安全閥整定壓力PS的穩(wěn)定性；通過調(diào)節(jié)H值，也可換算出整定壓力的變化。如該汽包上安全閥調(diào)整螺釘每緊1／8圈，彈簧壓力增加的經(jīng)驗值為0.15MPa。

一種錯誤的方法是測量調(diào)整螺釘?shù)介y門彈簧架的距離H′（見圖1所示），以該距離作為解體后調(diào)整螺釘?shù)奈恢靡罁?jù)。在安全閥檢修過程中，因對閥門密封面的研磨，或者更換新的閥芯等因素，會使閥桿、閥芯組件出現(xiàn)整體上移或下移，使檢修后相同的彈簧壓縮量下的H′數(shù)據(jù)值不盡相同，如以H′作為參考值，會造成整定壓力PS的偏差，增加機組啟動時對安全閥校驗調(diào)整的次數(shù)［1］?，F(xiàn)對陡電二期機組汽包安全閥近10年的檢修記錄進行分析，每次研磨使密封面的下降尺寸為0.05～0.5mm，而更換閥芯造成閥芯相對高度t的改變量達3mm。

2.2 彈簧的伸縮長度

將安全閥解體前，應測量彈簧的壓縮長度L′，有些因安全閥的結構原因無法測量此數(shù)據(jù)時，可用閥桿頂?shù)秸{(diào)整螺釘?shù)木嚯xH，對比分析彈簧壓縮量的變化，解體后可測量彈簧的自由長度L［2］。彈簧的永久壓縮量，即自由長度L比其制造出廠時的初始自由長度的減少量應不大于1%［3］。

火力發(fā)電站的壽命期限常為30～40年，核電站的服役期限為40～60年。安全閥長期工作在高溫高壓下，會出現(xiàn)彈簧疲勞失效等問題，造成閥門泄漏、起座壓力［3］（或稱整定壓力［6］）偏差等安全隱患。該二期機組已服役30多年，目前，汽包上安全閥普遍存在泄漏、整定壓力定值偏高、因泄漏而退出備用等問題。只有在逐步更換新安全閥后，這些問題才得到有效解決。安全閥的定制及采購周期較長，尤其是進口安全閥，通常需要1年的周期，所以，及時對比彈簧長度L、L′的檢修記錄，可分析彈簧疲勞老化的趨勢，提前做好更換彈簧或閥門的準備工作，以確保安全閥的有效啟動，起到超壓保護的作用。

2.3 調(diào)整環(huán)及重疊套環(huán)的位置調(diào)整

安全閥的上下調(diào)整環(huán)、重疊套環(huán)作為調(diào)整閥門開啟高度、調(diào)整排量、消除緩漏、頻跳、顫振［4］的結構，對安全閥的安全運行具有重要作用。在檢修過程中應慎重調(diào)節(jié)，并盡量保持其位置的一致性。目前，安全閥的生產(chǎn)廠家及型號較多，在結構上并不相同?，F(xiàn)對上下調(diào)整環(huán)、重疊套環(huán)的結構原理進行說明，具體調(diào)節(jié)還應嚴格按照設備說明手冊進行。

2.3.1 下調(diào)整環(huán)的調(diào)整

當系統(tǒng)壓力上升到幾乎接近起座壓力時，安全閥可能出現(xiàn)小量泄汽（緩漏），這種安全閥動作前開始微量泄汽時的壓力叫做前泄壓力［3］。前泄壓力越低，說時安全閥的質量越差，前泄壓力越接近開啟壓力，說明安全閥的嚴密性越好，沒有前泄而截然起座的安全門為最好。前泄壓力低而起座晚時可升高下環(huán)，下環(huán)移向閥芯盤的下面，這樣使閥芯盤下表面產(chǎn)生高壓環(huán)，增加了開啟時的受壓面積，使安全閥產(chǎn)生一個截然的開啟動作，而起到縮短前泄的效果。開啟壓力適當而出現(xiàn)連續(xù)開啟（頻跳、顫振）時，可向下調(diào)整下環(huán)，減少開啟時受壓面積，以消除振蕩。

2.3.2 上調(diào)整環(huán)的調(diào)整

當上環(huán)的位置升高，排汽量將減少，使上環(huán)下降即增加排汽量。當閥門開啟時，不能全開或開啟后逐漸降低而使閥門緩慢關閉，則不論排汽多少，都應降低上環(huán)直至閥芯被完全打開，并有明顯的關閉動作為止，這個位置為上環(huán)調(diào)整的極限位置。應控制上下環(huán)的相隔位置，不應相隔太大，以免造成閥門失控。

2.3.3 重疊套環(huán)的調(diào)整

重疊套環(huán)也是調(diào)整排汽時間的有效部件，如果排汽時間太長，可降低調(diào)整套，以增加閥芯盤背面的背壓，促其回座減少排汽量。升高重疊套環(huán)或降低上環(huán)，都可達到消除振蕩的效果

2.3.4 密封面高度

隨著檢修時研磨次數(shù)的增多，安全閥密封面會逐漸減薄，硬質合金的減少使密封面硬度降低，當達到一定程度后，必須重新堆焊硬質合金或更換閥芯，恢復密封面的高度與硬度，保證閥門密封性與啟閉動作性能。閥芯密封面高度M（圖2）與閥座密封面高度K（圖3）作為判斷密封面高度合格與否的關鍵參數(shù)。在檢修過程中，應對此分別進行測量并記錄，如Consolidated 1700Q型安全閥的M最小值為0.12mm。當高度值超過標準值后，應更換閥芯或對閥座密封面進行硬質合金堆焊，必要時應更換閥門。

2.3.5 閥芯密封面內(nèi)外徑

安全閥運行時，系統(tǒng)內(nèi)介質壓力直接作用于閥芯上，通過對閥門密封面內(nèi)外徑的測量，可以得到壓力作用的面積，作為計算閥門整定壓力的輸入數(shù)據(jù)，在近些年發(fā)展起來的在線校驗技術［5］中得到了廣泛的應用。由于不同閥芯直徑的差異性，在閥門首次檢修或者更換新閥芯時，測量其內(nèi)外徑的數(shù)據(jù)，可以更加精確地計算閥門整定壓力。

2.3.6 閥座喉部直徑

閥門進口端至閥芯密封面間流道的最小橫截面稱為安全閥的喉部，對應的最小截面的直徑稱為喉部直徑。通過對喉部直徑的測量，可以用來計算無任何阻力影響時的理論流量［6］，進而確定系統(tǒng)上安全閥組的理論排放量是否滿足系統(tǒng)超壓保護的能力，并用于安全閥的選型、排放量的設計計算等分析中。

3 結 語

通過對上述測量數(shù)據(jù)的分析，闡述了在安全閥檢修中數(shù)據(jù)記錄的重要性。通過對檢修前后測量的關鍵數(shù)據(jù)的對比，可以保證安全閥整定壓力的準確性。通過對密封面高度、彈簧長度的趨勢分析，可以判斷安全閥的性能是否良好，以便及時地安排預防性檢修與備件訂購，減少閥門泄漏、卡澀等缺陷的發(fā)生，保證機組運行的安全與穩(wěn)定性。通過對密封面直徑、喉部直徑等數(shù)據(jù)的測量，可以進行安全閥整定壓力與排放量的計算，為閥門的選型與壓力定值計算提供基礎數(shù)據(jù)。

目前，火力發(fā)電站和核電站等制造企業(yè)常采用招標承包的方式進行檢修，由于檢修隊伍的頻繁變換與工藝水平的參差不齊，難以保證安全閥的檢修及安裝質量。如果安裝尺寸出現(xiàn)偏差，會引起安全閥定值壓力偏差，甚至引發(fā)泄漏、卡澀等事故，并對后續(xù)的檢修測量造成障礙。因此，在檢修過程中對安全閥的關鍵數(shù)據(jù)進行測量，建立長期有效的測量數(shù)據(jù)庫，可以對比分析安全閥的質量狀態(tài)，保證安全閥的有效性和長期運行的穩(wěn)定性。

［1］陳殿京，劉殿坤.安全閥流場數(shù)值模擬研究.［J］.流體機械，2008，36（10）.

［2］GB／T12243－2005，彈簧直載荷式安全閥［S］.

［3］JB／T 9624－1999，電站安全閥技術條件［S］.

［4］DL／T959－2005，電站鍋爐安全閥應用導則［S］.

［5］梁華、方學鋒.安全閥在線校驗技術的應用與分析.［J］.化工機械，2010，37（6）.

［6］GB／T12241－2005，安全閥（一般要求）［S］.