通過(guò)對(duì)超(超) 臨界火電機(jī)組鍋爐安全閥的高參數(shù)、高性能要求特點(diǎn)的分析，結(jié)合安全閥產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)安全閥試驗(yàn)的要求，對(duì)火電機(jī)組鍋爐安全閥在產(chǎn)品研發(fā)階段、產(chǎn)品生產(chǎn)階段的試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)方案進(jìn)行了論證和探討。

1、概述

　　超( 超) 臨界火電機(jī)組鍋爐安全閥的特點(diǎn)是高參數(shù)和高性能指標(biāo)。過(guò)熱器和再熱器安全閥的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按ASME-I，啟閉壓差和密封壓力的性能指標(biāo)要求高。在火電機(jī)組過(guò)熱器和再熱器安全閥的研制過(guò)程中，首先要解決閥門(mén)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合理配置彈簧剛度，使閥門(mén)的性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。其次應(yīng)選擇合適的高溫材料制造閥門(mén)的零部件，使閥門(mén)能滿(mǎn)足相應(yīng)工作溫度的要求。最后進(jìn)行閥門(mén)驗(yàn)證試驗(yàn)，考核閥門(mén)的各項(xiàng)性能指標(biāo)是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求。

2、試驗(yàn)規(guī)定分析

　　(1) 試驗(yàn)項(xiàng)目

　　超(超) 臨界火電機(jī)組鍋爐蒸汽安全閥試驗(yàn)介質(zhì)為飽和蒸汽。蒸汽安全閥使用飽和蒸汽作為試驗(yàn)介質(zhì)，其動(dòng)作性能和排量可通過(guò)試驗(yàn)得到驗(yàn)證，但閥門(mén)高溫下的性能卻無(wú)法驗(yàn)證，特別是溫度引起的熱脹冷縮對(duì)閥門(mén)導(dǎo)向面間隙的影響及高溫對(duì)整定壓力的影響等。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認(rèn)為鑒于再熱器、過(guò)熱器安全閥的高溫高壓特點(diǎn)，除了動(dòng)作性能試驗(yàn)和排量試驗(yàn)外，還應(yīng)增加高溫安全閥的高溫性能試驗(yàn)。型式試驗(yàn)順序?yàn)閺?qiáng)度試驗(yàn)、動(dòng)作性能試驗(yàn)、排量試驗(yàn)及高溫性能試驗(yàn)(適用于高溫閥門(mén)) 。

　　ASME 規(guī)范中規(guī)定，安全閥試驗(yàn)項(xiàng)目有動(dòng)作性能試驗(yàn)和排量試驗(yàn)。動(dòng)作性能試驗(yàn)包括整定壓力及偏差、密封性能試驗(yàn)、超過(guò)壓力、開(kāi)啟高度、啟閉壓差和機(jī)械特性。在動(dòng)作性能試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)合格后進(jìn)行排量試驗(yàn)。

　　(2) 試驗(yàn)介質(zhì)

　　蒸汽安全閥動(dòng)作性能試驗(yàn)和排量試驗(yàn)的試驗(yàn)介質(zhì)為飽和蒸汽。ASME-I 和ASME PTC-25 對(duì)排量認(rèn)證試驗(yàn)的介質(zhì)都有相應(yīng)的特別規(guī)定，排量試驗(yàn)介質(zhì)應(yīng)為最小干度98%，最大過(guò)熱度10℃的干飽和蒸汽。

　　(3) 試驗(yàn)裝置

　　安全閥動(dòng)作性能試驗(yàn)和排量試驗(yàn)應(yīng)在試驗(yàn)裝置(圖1) 上進(jìn)行，ASME 規(guī)定，安全閥應(yīng)按壓力釋放裝置性能試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行蒸汽排量試驗(yàn)。

圖1 安全閥排量試驗(yàn)系統(tǒng)

　　安全閥的排量試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)布置和蒸汽品質(zhì)要求非常高。試驗(yàn)時(shí)蓄能器和試驗(yàn)容器之間安裝流量計(jì)測(cè)量安全閥的排量，試驗(yàn)容器和管道上安裝熱量計(jì)來(lái)監(jiān)測(cè)蒸汽的品質(zhì)。安全閥動(dòng)作性能試驗(yàn)時(shí)可不安裝流量計(jì)，試驗(yàn)過(guò)程中不需要嚴(yán)格控制蒸汽的品質(zhì)，因而不要求安裝熱量計(jì)。

　　(4) 型式試驗(yàn)

　　蒸汽的特點(diǎn)是高壓必然高溫，如過(guò)熱器出口安全閥整定壓力32.4MPa、工作溫度605℃。但高溫不一定高壓( 過(guò)熱度很高的過(guò)熱蒸汽) ，如再熱器出口安全閥工作溫度605℃、整定壓力6.7MPa。模擬閥門(mén)的實(shí)際工作溫度、工作壓力進(jìn)行試驗(yàn)最可信、最可靠，但對(duì)于高溫高壓安全閥按實(shí)際工況進(jìn)行試驗(yàn)是否必要和可行，應(yīng)該根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，綜合考慮安全閥的口徑、壓力、溫度及試驗(yàn)裝置的能力來(lái)決定安全閥型式試驗(yàn)的試驗(yàn)方法。

　　(5) 強(qiáng)度試驗(yàn)

　　強(qiáng)度試驗(yàn)是對(duì)閥門(mén)承壓件進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目。在室溫環(huán)境下用水作為介質(zhì)對(duì)閥門(mén)一次側(cè)和二次側(cè)施加一定的強(qiáng)度試驗(yàn)壓力，保壓一段時(shí)間后觀(guān)察承壓件的外表面有無(wú)液體滲漏，承壓件的外形是否變形。

　　(6) 動(dòng)作性能試驗(yàn)

　　安全閥動(dòng)作性能試驗(yàn)應(yīng)在蒸汽試驗(yàn)裝置上進(jìn)行，國(guó)內(nèi)外的一些安全閥制造商都有各自的安全閥試驗(yàn)裝置�？傮w而言，動(dòng)作性能試驗(yàn)裝置的能力(壓力、排量及溫度等) 比蒸汽排量試驗(yàn)裝置要高得多。

　　目前，國(guó)內(nèi)在用的最大蒸汽試驗(yàn)裝置由一臺(tái)工作壓力25MPa、工作溫度450℃、蒸發(fā)量5T /h 的鍋爐提供蒸汽，最大試驗(yàn)壓力18MPa，最大接口DN200，試驗(yàn)排量達(dá)到350T /h。典型的1 000MW超( 超) 臨界火電機(jī)組鍋爐安全閥參數(shù)見(jiàn)表1。在進(jìn)行安全閥試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)裝置本身的能力限制影響了安全閥的試驗(yàn)方法。世界知名的安全閥制造商Dresser 和Crosby 都根據(jù)其試驗(yàn)裝置能力對(duì)不同壓力的安全閥制定了相應(yīng)的試驗(yàn)方法和程序。

表1 超( 超) 臨界1 000MW 火電機(jī)組鍋爐安全閥

　　借鑒國(guó)外蒸汽安全閥試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)?zāi)芰��?lái)探討再熱器和過(guò)熱器安全閥的試驗(yàn)方法�？梢詫⒈�1 中的安全閥分為兩類(lèi)進(jìn)行安全閥的動(dòng)作性能試驗(yàn)。①完全蒸汽性能試驗(yàn)法。安全閥的整定壓力及排量在試驗(yàn)裝置能力范圍內(nèi)，如再熱器進(jìn)出口安全閥，可采用完全蒸汽性能試驗(yàn)法。

　　試驗(yàn)時(shí)，將閥門(mén)安裝在試驗(yàn)裝置上，調(diào)節(jié)圈設(shè)定在預(yù)定位置。調(diào)整壓力到要求的整定壓力及偏差范圍內(nèi)。試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)閥座調(diào)節(jié)圈和導(dǎo)向套調(diào)節(jié)圈的調(diào)節(jié)( 或其他調(diào)節(jié)手段) ，使閥門(mén)的超過(guò)壓力、開(kāi)啟高度和啟閉壓差達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。通過(guò)以上調(diào)節(jié)，閥門(mén)的各項(xiàng)性能指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)過(guò)程中閥門(mén)無(wú)頻跳、顫振和卡阻等有害現(xiàn)象。將調(diào)整螺桿、調(diào)節(jié)圈位置及其他調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定鎖緊后，閥門(mén)再重復(fù)試驗(yàn)2 次，以驗(yàn)證閥門(mén)的重復(fù)性。

　　②試驗(yàn)彈簧替代試驗(yàn)法。安全閥的整定壓力和(或) 排量超過(guò)試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)?zāi)芰�，如過(guò)熱器進(jìn)出口安全閥，采用試驗(yàn)彈簧替代試驗(yàn)法，用一根試驗(yàn)彈簧替代安全閥的實(shí)際彈簧進(jìn)行試驗(yàn)。用來(lái)替代安全閥實(shí)際彈簧的試驗(yàn)彈簧應(yīng)滿(mǎn)足2 個(gè)條件，其一為試驗(yàn)彈簧必須從被試安全閥產(chǎn)品彈簧系列中選取，其二為選取的試驗(yàn)彈簧的整定壓力范圍必須與試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)?zāi)芰ο噙m應(yīng)。

　�、墼囼�(yàn)程序。根據(jù)閥門(mén)的整定壓力、流道直徑和試驗(yàn)裝置的能力選取合適的試驗(yàn)彈簧。安裝試驗(yàn)彈簧，采用完全蒸汽性能試驗(yàn)法進(jìn)行試驗(yàn)。將試驗(yàn)彈簧換成實(shí)際彈簧，按規(guī)定在高溫下進(jìn)行壓力整定和密封試驗(yàn)。

　　(7) 排量試驗(yàn)

　　安全閥的排量試驗(yàn)是精確測(cè)量安全閥的實(shí)際排量。安全閥排量試驗(yàn)裝置的測(cè)量不確定性不得超過(guò)測(cè)量值的±2%。試驗(yàn)介質(zhì)為最小干度98%，最大過(guò)熱度10℃的干飽和蒸汽。根據(jù)安全閥排量試驗(yàn)的相關(guān)要求，不是所有的蒸汽試驗(yàn)裝置都可以進(jìn)行安全閥的排量試驗(yàn)，只有其試驗(yàn)裝置經(jīng)過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)的鑒定和認(rèn)證方可進(jìn)行排量試驗(yàn)。表2 列出了ASME 和NB 認(rèn)可的蒸汽排量試驗(yàn)室及其試驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

　　試驗(yàn)測(cè)量的排量是安全閥的實(shí)際排量，理論排量由計(jì)算得出，排量系數(shù)是實(shí)際排量與理論排量的比值。排量系數(shù)與減低系數(shù)0.9 的乘積為額定排量系數(shù)。額定排量系數(shù)是安全閥產(chǎn)品的固定特性，一臺(tái)確定的安全閥產(chǎn)品，排量系數(shù)是不變的。如某臺(tái)1.5G3 安全閥可適用于蒸汽、氣體和液體3 種類(lèi)型的介質(zhì)，用于蒸汽時(shí)排量系數(shù)是0.87，用于氣體時(shí)排量系數(shù)是0.86，用于液體時(shí)排量系數(shù)是0.656。安全閥排量系數(shù)與壓力無(wú)關(guān)，排量系數(shù)不會(huì)因?yàn)楣ぷ鲏毫Σ煌�而改變。雖然過(guò)熱器安全閥的整定壓力很高( 如32. 4MPa) ，但沒(méi)必要在如此高的試驗(yàn)壓力下進(jìn)行排量試驗(yàn)，而且此壓力下的蒸汽是過(guò)熱蒸汽，與規(guī)范要求的排量試驗(yàn)時(shí)介質(zhì)必須是干飽和蒸汽相矛盾。

表2 ASME 和NB 認(rèn)可的蒸汽排量試驗(yàn)室

　　根據(jù)表2 中所示的試驗(yàn)?zāi)芰�，可試�?yàn)的安全閥最大口徑為DN100，最大試驗(yàn)壓力為6.89MPa。顯然，排量系數(shù)認(rèn)證不是針對(duì)安全閥系列產(chǎn)品中每個(gè)規(guī)格/壓力級(jí)的閥門(mén)逐一進(jìn)行的試驗(yàn)，而是在一個(gè)閥門(mén)系列中選取合適口徑/壓力的閥門(mén)進(jìn)行排量測(cè)定，以決定整個(gè)系列閥門(mén)的排量系數(shù)。表3 為部分著名安全閥制造商生產(chǎn)的ASME-I 系列蒸汽安全閥的排量系數(shù)。對(duì)于過(guò)熱器安全閥(表1) ，其排量系數(shù)可在較低壓力下通過(guò)排量試驗(yàn)測(cè)出閥門(mén)的排量系數(shù)。

表3 ASME-I 蒸汽安全閥排量認(rèn)證試驗(yàn)

　　超( 超) 臨界火電機(jī)組鍋爐安全閥中口徑最大的閥門(mén)為再熱器進(jìn)出口安全閥，其規(guī)格為6R10。由于口徑較大，超出蒸汽排量試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)?zāi)芰�，其排量系�?shù)用與其結(jié)構(gòu)相同的同系列產(chǎn)品中較小口徑的閥門(mén)測(cè)量排量系數(shù)。如果該6R10 產(chǎn)品是新產(chǎn)品，沒(méi)有相同結(jié)構(gòu)的較小口徑的系列閥門(mén)，則應(yīng)該用6R10 縮小的比例模型進(jìn)行試驗(yàn)得出排量系數(shù)。

　　(8) 高溫性能試驗(yàn)

　　安全閥動(dòng)作性能試驗(yàn)和排量試驗(yàn)中介質(zhì)為飽和蒸汽，試驗(yàn)溫度不會(huì)太高。對(duì)于高溫安全閥，則應(yīng)進(jìn)行閥門(mén)在實(shí)際工作溫度下的壓力整定和密封試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)要求有小容量的高溫高壓試驗(yàn)裝置。電加熱系統(tǒng)可以滿(mǎn)足試驗(yàn)的要求( 圖2) 。電加熱鍋爐額定參數(shù)額定壓力: 40MPa額定溫度: 650℃額定蒸發(fā)量: 200kg /h系統(tǒng)要求: 流量、壓力、溫度可調(diào)節(jié)試驗(yàn)時(shí)，將安全閥試驗(yàn)彈簧換掉，裝上實(shí)際彈簧。將閥門(mén)安裝在高溫高壓試驗(yàn)裝置中，限定閥門(mén)的開(kāi)高。調(diào)整試驗(yàn)裝置的溫度和壓力，使之達(dá)到安全閥的實(shí)際工況參數(shù)，如605℃，整定壓力為30. 88MPa，維持此狀態(tài)20min 以上。對(duì)安全閥進(jìn)行壓力整定調(diào)整，并重復(fù)2 次。在密封試驗(yàn)壓力下對(duì)安全閥進(jìn)行密封性能試驗(yàn)。

圖2 電加熱系統(tǒng)

　　(9) 生產(chǎn)試驗(yàn)

　　安全閥產(chǎn)品研發(fā)階段需進(jìn)行全面的型式試驗(yàn)，在安全閥的生產(chǎn)試驗(yàn)中沒(méi)必要對(duì)所有試驗(yàn)項(xiàng)目再進(jìn)行試驗(yàn)。蒸汽安全閥的型式試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)中試驗(yàn)項(xiàng)目見(jiàn)表4。

表4 蒸汽安全閥試驗(yàn)項(xiàng)目

3、結(jié)語(yǔ)

　　建造安全閥蒸汽試驗(yàn)裝置的費(fèi)用非常高，高試驗(yàn)參數(shù)試驗(yàn)裝置所用的容器、閥門(mén)和管道等設(shè)備的造價(jià)將非常的昂貴。不同的安全閥制造廠(chǎng)家擁有試驗(yàn)裝置能力各不相同，在進(jìn)行高溫高壓安全閥試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)安全閥的口徑、壓力、溫度、試驗(yàn)裝置的能力來(lái)綜合考慮安全閥的試驗(yàn)方法。但無(wú)論采取哪種試驗(yàn)方法，都應(yīng)能證明通過(guò)各項(xiàng)試驗(yàn)后的閥門(mén)能滿(mǎn)足實(shí)際工況要求。目前，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于超臨界火電機(jī)組安全閥試驗(yàn)方法還是空白，超( 超) 臨界火電機(jī)組鍋爐安全閥的試驗(yàn)方案可為制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提供參考。