关于电站锅炉安全阀型式试验排放性能测试方法的讨论

孙 琦 谢青延

（深圳市特种设备安全检验研究院 深圳 518029）

关于电站锅炉安全阀型式试验排放性能测试方法的讨论

孙 琦 谢青延

（深圳市特种设备安全检验研究院 深圳 518029）

安全阀的排放性能是安全阀产品质量重要考核指标之一，电站锅炉安全阀由于压力高、排量大无法通过实际工况模拟来测试其排放性能，本文通过对拉法尔喷嘴气体稳定流动的质量流量展开分析，说明采用排量系数法评估安全阀排放性能具有很高的可靠性、操作性。

喷嘴 稳定排放 开启高度 质量流量 排放系数法

安全阀型式试验的试验项目分为：动作性能测试、排放性能测试。

安全阀排放性能的测试一直是安全阀型式试验的难点，由于测试设备能力的局限性，国内对电站锅炉安全阀排放性能（热态）的测试一直未开展。为加强电站锅炉的安全管理，提高安全阀产品质量安全，电站锅炉安全阀排放性能（热态）测试势在必行。

在测试方法上目前有两种模式：一种是模拟测试法；另一种是实际工况测试法。前者是通过低参数工况模拟测试阀门的性能；后者是在阀门工作的实际工况下进行阀门性能测试。显然，前者可操作性强，但试验方法的可靠性需进一步讨论；后者试验方法的可靠性不容置疑，但必须配备满足超高压参数的锅炉机组，该机组的参数甚至要超过安全阀的参数范围，这样，既不经济、也不可行，可操作性不强。

目前，根据全球范围内开展安全阀型式试验最先进、最权威的国家之一美国，NB官方网站公布及现场考察学习了解，其试验能力的参数也较低，仅有两家实验室具有蒸汽介质装置，具体单位与参数见表1。

表1 NB网站公布两家实验室参数

从表1可以看出，蒸汽介质试验装置的压力、流量能力有限，安全阀试验方法多采用模拟测试法。

为解决电站锅炉安全阀排放性能（热态）的测试，从安全阀排放过程的流体理论、法规标准的研究出发，建立一个既满足安全阀排放测试本质要求、又满足法规标准的方法。

1 排放过程的流体理论讨论

1.1 干饱和蒸汽的理论

排量计算

根据GB/T 12241-2005《安全阀 一般要求》相关规定，当压力为0.1MPa至11MPa时：

Wts=5.25APd

当压力大于11MPa至22MPa时：

式中：

W——理论排量，kg/h；

A——流道面积，mm2；

Pd——实际排放压力，MPa。

这里干饱和蒸汽是指最小干度为98%或最大过热度为10℃的蒸汽。

由此，可以得出结论：当安全阀喉径及排放压力确定的情况下，其排放量是确定的。

1.2 排放系数与临界压力比的关系

当安全阀阀座（喷管）出口（背压）、进口（实际排放压力）压力比低于或等于喷管临界压力比时，出口截面（喉部截面）可以达到音速流，进、出口压力的扰动不会影响喷管内的流动，相对排量维持不变，此时，喷管处于临界流动状态。

由于安全阀结构的复杂性，很难测定安全阀最小流道截面积处气流流速，从而无法根据最小流道截流面积处是否达到音速而准确确定安全阀临界压力比。目前，判断安全阀是否达到临界流动状态的方法是测定安全阀的排量系数，只要排量系数不随压力变化，就认为该型号安全阀的排量不受结构形式影响，安全阀就达到临界流动状态。

在实际操作过程中按标准的规定，针对同一安全阀选用3种以上不同整定压力安全阀作为样品进行排放系数的测定，各个排放系数最终试验结果对其算术平均值的偏差都不超过士5%，这时，认为该安全阀在实际工况中能达到临界状态，该全系列安全阀阀座符合喷嘴相关要求，可以通过理论计算对该型号全压力系列安全阀进行理论排量计算；同时，此排放系数就为该安全阀的排量系数。

2 法规标准的讨论

目前，涉及安全阀型式试验法规标准有：

TSG ZF001-2006《安全阀安全技术监察规程》[1]；

GB/T 12241-2005（ 等 同 于 ISO 4126-1：1991）《安全阀 一般要求》[2]；GB/T12242-2005（等同于ASME PT25-1994）《安全阀压力释放装置 性能实验规范》[3]；GB/T12243-2005（等同于 JIS B；1994）《弹簧直接载荷式安全阀》[4]。文献[4]规定：安全阀排放性能测试项目为排量或排量系数。

排量系数Kd可按式（1）计算：

式中：

W——试验所得实际排量；

Wt——计算所得理论排量，其计算公式在文献2具体规定。

文献[1]中D2的第3项规定：相同名称、型号或者相同结构和作用原理（必要时也包括材料）的安全阀，其型式试验的覆盖范围如下：

（1）DN*≤2DN；

（2）PN≥10MPa时，PN*≤PN。

注：PN，DN分别为样品的公称压力、公称通径，PN*，DN*分别为覆盖产品的公称压力、公称通径。

从以上规定可以看出，这里的压力覆盖范围是指公称压力，不是试验压力及弹簧整定压力。当安全阀公称压力一定时，其喷嘴（阀座）、阀瓣、阀瓣座、阀瓣芯在达到设定开高后，其形成的流动状态就类似于一个拉法尔喷嘴流动状态，且在更换弹簧改变整定压力后，安全阀运行中达到设定开高后，该喷嘴的几何形状是不变的，根据文献[2]规定的理论排量计算公式，其排量只与进口压力有关。

文献[2]同时在相关条款中规定：

蒸汽用安全阀，在以蒸汽为试验介质确认其动作性能符合要求后，允许用蒸汽、空气或其他性质已知的气体为介质进行排量试验。当用蒸汽以外的介质来测定排量时，应以机械方法使阀瓣保持在用蒸汽作试验时所达到的同样开启高度。

用于排量试验的安全阀应是用于动作性能试验同一些的阀门，或是同样的阀门。阀门的状况应与进行动作性能试验时的阀门相同，即阀门的开启高度相一致。

以上可以看出，相关条款强调开启高度，也就是要求被试阀门阀座具有同样的几何形状。

3 试验过程

根据以上分析，采用以下试验方法：

按样品的结构形式，根据文献2中规定采用3种有较大差别的弹簧进行试验。试验中应验证开高达到设定值。

在达到设定开高情况下，按文献[2]的5.2.3中规定在不同进口压力情况下测定安全阀排放量，并进一步转化为排量系数，各个最终试验结果对基算术平均值的偏差都不得超过士5%，这样便得到其排量系数。

试验阀门如图2所示，参数： A68Y P54 100V，DN60/150见表2。

图2 试验阀门

表2 试验阀门参数

整定压力设定(MPa)：2.5，3.2，4.0，4.5。

流量计类型：标准孔板

试验介质：蒸汽、空气

蒸汽介质测试结果见表3。蒸汽介质测试结果计算该阀排量系数为0.920。空气介质测试结果见表4，测试结果计算该阀排量系数为0.921。

表3 蒸汽介质测试结果

表4 空气介质测试结果

从以上分析可以看出，无论是蒸汽测试还是空气测试，当安全阀阀杆达到规定开高时，安全阀达到稳定排放状态，排放量只与进口压力有关，而排量系数处于稳定状态。

4 总结

通过以上分析可以看出：当阀座几何形状一定，不论其工作工况，其排量系数是一定的。这样，我们可以通过低压力工况排量系数的测定来完成该安全阀排量系数的测定，即：在规定的公称压力条件下，安全阀喷嘴的几何条件一定的情况下，通过更换低工作压力弹簧，进行排量测试，完成电站锅炉安全阀排量系数的测试。

1 TSG ZF001-2006安全阀安全技术监察规程[S].

2 GB/T 12241-2005 安全阀 一般要求[S].

3 GB/T12242-2005安全阀压力释放装置 性能实验规范[S].

4 GB/T12243-2005 弹簧直接载荷式安全阀[S].

Discussion on Discharge Performance Test of Boiler Safety Valve Type Testing

Sun Qi Xie Qingyan
(Shenzhen Institute of Special Equipment Inspection and Test Shenzhen 518029)

the discharge performance is one of the important assessment indicators of the safety valve’s quality. Because of the high pressure and large capacity, discharge performance of boiler safety valve cannot be tested out through actual working conditions simulation. This paper analyses the gas steady fow theory of Rafael nozzle to explain that using discharge coeffcient method to assess discharge performance of safety valve is with high reliability and operability.

Nozzle Discharge stably Lift Mass fow Discharge coeffcient

X933.4

B

1673－257X(2014)11－10－03

10.3969/j.issn.1673-257X.2014.12.003

孙琦(1973～)，男,检验师,主要研究方向为承压类特种设备检验与安全阀型式试验。

2014-05-05）