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、測力傳感器的選擇、判開方法的選擇五個方面，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：TH138.52? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：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，平時不會輕易停爐，因此，對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)行時蒸汽介質(zhì)溫度較高，而離線校驗(yàn)不能解決高溫對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)下對安全閥進(jìn)行校驗(yàn)，而且高溫也基本不會對整定壓力產(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、測力傳感器的選擇、判開方法的選擇五個方面，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)場對安全閥進(jìn)行宏觀檢查，主要檢查安全閥運(yùn)行時是否存在泄漏。如有泄漏，在線校驗(yàn)就不能進(jìn)行。

（3）檢查測量用壓力表或壓力變送器的測量點(diǎn)是否能正確反映安全閥的入口壓力。如測量點(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，檢查測量用壓力表精度等級不應(yīng)當(dāng)?shù)陀?.0級，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個月的檢定有效期內(nèi)。

（5）校驗(yàn)時測量用壓力表與壓力變送器的選用。

電站鍋爐在汽包、過熱器、再熱器等部位都會設(shè)置壓力變送器采集壓力，來實(shí)時監(jiān)測這些部位的壓力。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個月的檢定有效期內(nèi)，可首選壓力變送器來測量安全閥入口處的壓力，其原因是壓力變送器相對于壓力表穩(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)將壓力表上測量值與壓力變送器測量值進(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)際工作中也時常碰到。

（6）提拉安全閥扳手進(jìn)行試動作。

電站鍋爐安全閥排放蒸汽時，一般會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蒸汽會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，對人員造成傷害。

3）采用在線校驗(yàn)儀進(jìn)行校驗(yàn)時，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。這種情況是很危險的，因此在不清楚安全閥具體的回座壓力值時，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)跳必然會對安全閥的密封面造成一定的損害。

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

（3）短時間內(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向上的外加力，當(dāng)介質(zhì)壓力和這個外加力的總和等于彈簧預(yù)緊力時，安全閥便會開啟。該校驗(yàn)法在設(shè)備正常運(yùn)行時也可進(jìn)行安全閥校驗(yàn)，同時克服了升壓實(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)場條件允許的情況下采用更加直觀的升壓實(shí)跳法對所調(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力傳感器，準(zhǔn)確的有效密封直徑及恰當(dāng)?shù)臏y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? ? 離線解體測量法確定

離線解體測量法是通過測量閥瓣的內(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)用上也存在兩個問題：一是鍋爐不停爐或以前未進(jìn)行過解體檢查測量；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發(fā)生變化，此時用測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，對于電站鍋爐安全閥在現(xiàn)場條件允許的情況下，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? ? 測力傳感器的選擇

測力傳感器是在線校驗(yàn)儀測量外加提升力中最重要的部件。受測力傳感器量程的限制，每種測力傳感器所能測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力傳感器能滿足公式（2）的要求即可。

式中：△Fmax為測力傳感器所能測量的最大外加力。

在實(shí)際校驗(yàn)中卻不能簡單地根據(jù)上述要求選取測力傳感器。一般來說，為了測量的準(zhǔn)確性，每臺在線校驗(yàn)儀都會配備幾個不同量程的測力傳感器，如200 kg、500 kg兩個，200 kg的測力傳感器是用來測量外加力在200 kg以內(nèi)的；500 kg的測力傳感器是用來測量大于200 kg、小于等于500 kg的外加力的，如用來測量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，從而也就確定了測力傳感器。但在操作時，如果外加力的值臨近測力傳感器量程邊界，那么此時校驗(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，這時選擇200 kg測力傳感器其整定壓力的結(jié)果大概率不準(zhǔn)確，因?yàn)闇y力傳感器在其量程邊界測量時準(zhǔn)確性不高。根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為這種情況可對安全閥的入口壓力進(jìn)行一些改變來使測力傳感器滿足要求，如外加提升力需要190 kg，可對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，此時在儀器測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到閥瓣有微小開啟時判斷出安全閥開啟。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到閥瓣開啟便能聽見蒸汽介質(zhì)的連續(xù)排出，在檢測到閥瓣開啟時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，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，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，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所對應(yīng)的外加力，即為安全閥實(shí)際開啟時在線校驗(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，對其安全閥的在線校驗(yàn)一定要根據(jù)現(xiàn)場的環(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，高級工程師，研究方向：特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測。