锅炉压力容器安全阀定值校验原理探究

摘 要：本文目前通用的安全阀定值校验技术入手，根据美国DRESSER安全阀厂商提供的校验系数和安全阀定值计算公式，结合安全阀校验装置的工作原理分析，对校验装置中液压缸活塞横截面积和安全阀阀芯的有效截面积之间的关系进行推算、验证，最终得出校验系数K值的确定方法，从而推广到除DRESSER安全阀之外的其他类型、品牌的安全阀也可以根据所使用工具确定一个校验系数的结论，为其他安全阀的校验提供了理论依据。

关键词: 安全阀 校验系数 定值

中图分类号：X9文献标识码：A文章编号：1674-098X(2011)10(b)-0000-00

作者简介：霍新华（1969—），男，工程师，大学本科，长期从事锅炉检修管理工作。

1 安全阀的功能

安全阀是压力容器或管道最为重要的安全附件之一，是一种依靠积聚在阀入口的介质产生的静压来开启的自动泄压防护装置。它的功能是：当容器或管道内介质压力超过某一定值时，依靠介质自身的压力自动开启阀门，迅速排出一定数量的介质；当容器或管道内的压力降到允许值时，阀门又自动关闭，使容器或管道内压力始终低于允许压力的上限，自动防止因超压而可能出现的事故。所以安全阀又被称为压力容器或管道的最终保护装置。

2 弹簧全启式安全阀

弹簧全启式安全阀具有结构简单、动作灵敏、排放量大等优点，被现代大容量火力发电厂广泛采用。安全阀的主要参数是排量，即在单位时间内释放介质的能力。这个排量决定于阀座的口径和阀瓣的开启高度，由开启高度不同，又分为微启式和全启式两种。微启式是指阀瓣的开启高度为阀座喉径的1／40～l／20，全启式是指阀瓣的开启高度为阀座喉径的1／4。全启式安全阀的来源是阀出口的有效排放面积与阀喉口面积相等。推算如下：

设喉口直径为d，则阀入口喉径通流面积为S入＝πd2/4；阀开启高度为1/4d，则阀出口有效通流部分可假想为一个以喉口为底圆，高度为1/4d的圆柱体，计算该圆柱体表面积可得：S=πd×1/4d=πd2/4，即阀出口面积与入口面积相等，相当于阀门100%打开，因此为全启式安全阀。

3 国标对安全阀的要求

为保证安全阀动作准确，在安全阀检修后或故障状态下，需要对安全阀定值进行重新校对。根据国家质量监督局锅炉压力容器监察局颁布的《蒸汽锅炉安全技术监察规程》规定：“在用锅炉的安全阀每年至少应校验一次”；《电力工业锅炉压力容器监察规程》（ DL612-1996）9.1.13规定：“锅炉安装和大修完毕及安全阀经检修后，都应校验安全阀的起座压力”；国家电力公司颁布的《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》规定：“各种压力容器安全阀应定期进行校验和排放试验”；《电站锅炉压力容器检验规程》（ DL647-2004）13.23对仪器校验安全阀规定：“利用液压装置整定安全阀时，应对经整定最低起座压力的安全阀做一次实际起座复核。”这些法规都十分明确规定了对电站安全阀的定期校验工作。

4 目前安全阀的主要校验方法

目前安全阀定值校验的主要校验方法有实跳法、手动预加载法和自动预加载测量法等。

实跳法即人为将阀入口介质压力提高使安全阀强制打开（起跳），视其打开所需的压力值与定值的差距对安全阀进行调整的方法。该方法由于介质压力高，阀门处于全启状态，会对安全阀密封造成不必要的伤害，并且噪声污染和测量时的安全性问题已越来越引起人们的重视，目前一般只作为与容器或管道连接形式为法兰连接的安全阀拆下后在实验台上进行冷态校验的手段，其介质一般采用氮气等惰性气体。

当前参数较高的安全阀均采用了与容器或管道焊接连接的方式，不具备拆下冷态校验的条件，一般均为热态校验，即以容器或管道内已有的介质压力为基础压力（按照《电力工业锅炉压力容器监察规程》（ DL612-1996）9.1.13规定，该压力一般为75%～80%额定压力），通过一套液压装置对安全阀启闭部件进行预加载，从而达到使阀门轻微开启，再通过计算得到其起跳压力，与定值比较后进行相应的调整。手动预加载法和自动预加载法的基础都是依靠液压传递预加载力使安全阀达到微开启条件。区别在于手动预加载法需要全人工操作、计算和依据经验值调整，自动预加载法可由液压泵代替人工加载，计算软件进行计算，并通过对弹簧刚度的评估给出调整方案。

5 安全阀校对系数来源的探究

华能上安电厂一单元两台加拿大B&W公司1190t/h锅炉、二单元两台DG1025t/h锅炉和三单元两台DG2090t/h锅炉之汽包、再热器、过热器安全阀均选用了美国DRESSER（中译名：德莱赛）公司生产的1700系列弹簧全启式安全阀。吹灰系统、连排扩容器等也采用了弹簧全启式安全阀。德莱赛公司在安全阀供货时提供了一套定值校验工具，并给定了阀门校验系数，下面我们来探究校验系数的确定方法，找出校验工具与安全阀之间存在的关系，以使未提供校验系数和校验工具的安全阀也能够得到预加载校验，从而规避实跳法的风险。

以下所列为华能上安电厂#1和#2炉安全阀型号：

厂家配套提供的安全阀定值校验装置为1566型，该校验装置的准确性已经过阀门实跳验证，准确度较高。多年来我们一直在研究定值校验装置的工作原理，并试图将该校验装置用在其它类型的安全阀的定值校验中，下面是我们根据现在掌握的数据进行的一些推断。

该装置通过一个以安全阀压紧螺钉为支座的轭架来支撑液压缸，液压缸中心有一与活塞连接的螺杆，该螺杆为左旋螺纹，安全阀阀杆为右旋螺纹，活塞螺杆与阀杆之间利用一个螺纹联接装置相连，当液压缸受到液压泵来的液压作用后，活塞向上移动，带动阀杆向上移动，从而达到开启阀门的目的。

1、K值计算公式的推导

根据安全阀的定值校对原理及校对公式，可得出如下关系：

由校对公式(外商提供)：

P定= K×P液+P系 K=（P定－P系）/P液————①

式中：P定——安全阀实际校得定值，MPa

P液——安全阀预启时的液压值，MPa

P系——安全阀预启时系统压力，MPa

K——校对系数

根据DRESSER安全阀工作原理及校对时的力平衡原理，有以下等式：

P定S芯=P系S芯+P液S缸————②

式中：S芯——安全阀阀芯与系统内蒸汽有效接触面积，cm2；

S缸——液压缸活塞面积，cm2；其余符号意义同上。

由上式可得：（P定－P系）/P液=S缸/S芯————③

由①、③两式联立得：K= S缸/S芯————④

④式即为K值的计算公式。式中的S芯值可通过对安全阀阀芯测量计算得出，也可以通过下面提供的数据进行计算得出（下图中尺寸“G”为有效直径）：

#3节流孔口：G=2.145″=54.483mm

#4节流孔口：G=2.666″=67.7164mm

#5节流孔口：G=2.465″=62.611mm

#7节流孔口：G=4.468″=113.4872mm

#8节流孔口：G=5.065″=128.651mm

#0（R）节流孔口：G=5.380＂=136.652mm

下面我们利用在现场实测得到的数据进行S缸的计算。

1、S缸的计算

以某次#2炉主汽及汽包安全阀校对时数据：

汽包安全阀 3"

P定1=20.83 S芯1=30.77P液1=4.14 P系1=14.87

由②式得：S缸1=44.306

主汽安全阀 2.5"

P定2=192.98S芯2=23.30P液2=23.2 P系2=148.9

由②式得：S缸2=44.27

以1999年11月1日#1炉再热汽安全阀校对数据可得:

再热入口安全阀 6"

P定3=43.64S芯3=146.59P液3=66.28 P系3=23.62

由②式得：S缸3=44.278

再热出口安全阀 4"

P定4=40.09S芯4=101.1P液4=37.73 P系4=23.57

由②式得：S缸4=44.266

以上四种安全阀均采用同一套1566液压校对装置，S缸值只能有一个，综合以上四个S缸值,取平均值得：

S缸=（S缸1+S缸2+S缸3+S缸4）/4=44.28

4.结论: 利用式K= S缸/S芯分别计算四种规格安全阀校对系数,K1=1.439；K2=1.900；K3=0.302；K4=0.438。以上四个系数与外商提供系数完全相同,因此可证明此计算方法正确。

由此可以推断以同类安全阀只要掌握了安全阀阀芯有效面积，即可通过我们已知的校验装置液压缸活塞面积，由式K= S缸/S芯计算出该阀门的校对系数，从而可用1566型校对装置利用公式P定= K×P液+P系得到其起跳定值。

可以进一步推广，我们选定一套液压装置，只要知道其活塞直径，和要校对的安全阀阀芯与介质接触的有效面积，即可利用式K= S缸/S芯计算出该阀门针对该套液压装置的校对系数，从而可以很方便的通过预加载方法对安全阀进行校验。但需要注意的是，在液压装置压力表的选取上要注意根据校验时的系统压力和规程规定的安全阀定值误差范围选取合适的量程和精度。

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