浅谈电站锅炉安全阀在线校验

摘要：在线校验不仅有效实现了电站锅炉运行状态下安全阀的定期校验，而且很好地解决了温度对整定压力的影响问题。鉴于此，结合实际工作，从在线校验前的准备、在线校验方法的运用、有效密封直径的确定、测力传感器的选择、判开方法的选择五个方面，就电站锅炉安全阀在线校验进行分析，以保证校验结果的可靠性。

关键词：锅炉；安全阀；在线校验；整定压力；密封直径

中图分类号：TH138.52    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2023）10-0076-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.10.021

0    引言

根据TSG 11—2020《锅炉安全技术规程》的规定，在用锅炉的安全阀每年至少校验一次[1]。由于电站锅炉都是连续性运行工作，平时不会轻易停炉，因此，对于电站锅炉安全阀来说，要特意停炉进行离线校验是不切实际的。此外，电站锅炉运行时蒸汽介质温度较高，而离线校验不能解决高温对安全阀整定压力的影响问题，所以也不宜采用。

在线校验能在设备运行状态下对安全阀进行校验，而且高温也基本不会对整定压力产生影响，因此电站锅炉安全阀几乎都是采用在线校验。本文将结合实际工作，从在线校验前的准备、在线校验方法的运用、有效密封直径的确定、测力传感器的选择、判开方法的选择五个方面，就电站锅炉安全阀在线校验进行分析探讨。

1    在线校验前的准备

在线校验前除了核对安全阀铭牌，查阅安全阀的出厂资料、往年校验报告，查清安全阀在线校验所需的相关参数，确认电站锅炉的运行状态是否符合安全阀在线校验要求外，还应完成以下几个方面的准备工作：

（1）确认安全阀使用单位是否制定好在线校验时出现安全阀卡滞、安全阀泄漏压力急剧下降、安全阀开启后无法回座等突发情况的应急预案。

（2）现场对安全阀进行宏观检查，主要检查安全阀运行时是否存在泄漏。如有泄漏，在线校验就不能进行。

（3）检查测量用压力表或压力变送器的测量点是否能正确反映安全阀的入口压力。如测量点距安全阀较远或与安全阀之间阻力损失较大，则不符合在线校验要求。

（4）根据TSG ZF001—2006《安全阀安全技术监察规程》的要求，检查测量用压力表精度等级不应当低于1.0级，压力表的量程应为安全阀校验压力的1.5～3.0倍[2]，且在6个月的检定有效期内。

（5）校验时测量用压力表与压力变送器的选用。

电站锅炉在汽包、过热器、再热器等部位都会设置压力变送器采集压力，来实时监测这些部位的压力。这些压力变送器的精度都比较高，一般都符合安全阀在线校验的要求，因此只要在6个月的检定有效期内，可首选压力变送器来测量安全阀入口处的压力，其原因是压力变送器相对于压力表稳定性好，读数直观，更加精确。

如选压力表来测量安全阀的入口压力，那么在校验前还应将压力表上测量值与压力变送器测量值进行比较，如果偏差较大应更换压力表进行再次比较，确保压力表的准确性。这是由于电站锅炉运行现场的环境比较恶劣，即使刚检定合格的压力表也可能在短暂的使用过程中造成损坏、不准确，这一点在笔者的实际工作中也时常碰到。

（6）提拉安全阀扳手进行试动作。

电站锅炉安全阀排放蒸汽时，一般会泄漏到安全阀的周边，因此提拉安全阀的扳手应先将绳索一端扣在安全阀扳手上，这样可在较远处拉动安全阀扳手进行排气，以保证人员的安全。校验前提拉安全阀扳手进行试动作主要有以下作用：

1）可确认安全阀的阀瓣与阀座有无粘死。如果安全阀出现阀瓣与阀座粘死的情况，那么就不可进行在线校验。

2）可以了解安全阀排放时蒸汽会泄漏到安全阀周边多大的范围，以便控制好在线校验仪的操作点与安全阀间的距离，防止安全阀在校验过程中出现不正常的突然排放，对人员造成伤害。

3）采用在线校验仪进行校验时，安全阀的入口压力不宜过高，否则可能出现在校验的过程中安全阀突然起跳排放而未即刻回座。这种情况是很危险的，因此在不清楚安全阀具体的回座压力值时，通过提拉安全阀扳手，可观察到当前入口压力下安全阀是否可以即刻回座，该压力可作为在线校验仪进行校验时控制安全阀入口压力的参考值。

2    在线校验的方法运用

安全阀在线校验有升压实跳法和在线校验仪校验法两种。升压实跳是指承压设备在运行状态下，通过设备本身升压或外加压力确定阀门的整定压力进行的校验[3]。这种方法类似于离线校验，是比较直观准确的，但在电站锅炉安全阀校验的应用上也存在以下缺点：

（1）电站锅炉的运行压力比较高，校验过程中多次升压实跳必然会对安全阀的密封面造成一定的损害。

（2）升压实跳必然会伴随着安全阀的开启排放，势必造成噪声污染和一些经济损失。

（3）短时间内，随着升压实跳及开启排放次数的增加，安全阀加载弹簧的温度会升高，导致安全阀的开启压力逐渐变低，三次整定压力试验的值会有一定的偏差。

鉴于上述原因，电站锅炉安全阀不宜完全采用升压实跳法，它可作为在线校验仪校验结束后的一种验证手段。此外，對于第一次进行在线校验的安全阀，利用升压实跳法结合在线校验仪可得出比较准确的安全阀有效密封直径。

在线校验仪校验法是利用安全阀在线校验仪给安全阀施加一个向上的外加力，当介质压力和这个外加力的总和等于弹簧预紧力时，安全阀便会开启。该校验法在设备正常运行时也可进行安全阀校验，同时克服了升压实跳法的缺点。虽然该校验方法在整定压力上存有一点误差，但该误差是在规程所允许的范围之内。

从上述分析可知，对于电站锅炉安全阀的在线校验，如能将升压实跳法和在线校验仪校验法结合使用，那么效果是最佳的。即先采用在线校验仪进行整定压力调校，然后在现场条件允许的情况下采用更加直观的升压实跳法对所调校的整定压力进行验证。此外，在无安全阀有效密封直径的情况下，也可将升压实跳法和在线校验仪结合使用，得出较为准确的有效密封直径。

3    有效密封直径的确定及测力传感器的选择

安全阀在线校验仪进行校验操作前必须先确定安全阀的有效密封直径、选择恰当的测力传感器，准确的有效密封直径及恰当的测力传感器将直接影响校验结果的准确性。

3.1    有效密封直径的确定

有效密封直径的确定方法有以下4种。

3.1.1    压差法计算确定

压差法计算确定是通过改变系统工作压力，并用在线校验仪测出不同的外加力，再计算安全阀有效密封直径，适用于系统压力可变的情况。但在实际的应用上，由于系统压力的不稳定及人为操作原因，所计算出的有效密封直径误差较大。

3.1.2    改变定压螺母计算确定

改变定压螺母计算确定是必须事先知道定压螺母旋转角度与安全阀开启压力变化值的关系，才可计算出安全阀有效密封直径。在实际的应用中，获取上述两者间的准确关系还是比较困难的，所以该方法实际意义不大。

3.1.3    离线解体测量法确定

离线解体测量法是通过测量阀瓣的内外径与阀座的内外径再进行计算确定。该方法虽然简单，但在电站锅炉安全阀的应用上也存在两个问题：一是锅炉不停炉或以前未进行过解体检查测量；二是在电站锅炉高温高压的运行情况下，安全阀密封面的等效面积可能会发生变化，此时用测量所得的有效密封直径来代替运行状态下的有效密封直径会带来一定的误差。

3.1.4    升压实跳法结合在线校验仪计算确定

升压实跳法结合在线校验仪计算确定是先用升压实跳确定安全阀的开启压力，再将设备运行压力恢复至原值，用在线校验仪测得当前压力下安全阀开启所需的外加力，最后通过公式（1）获取安全阀的有效密封直径。

式中：r为安全阀有效密封直径；△F为在线校验仪所施加的向上外加力；PS为安全阀开启压力；P0为安全阀入口压力。

由于升压实跳所确定的开启压力是较为准确的，且该方法是在电站锅炉实际运行状态下计算出的有效密封直径，因此其值是比较准确的。

从上述分析可知，对于电站锅炉安全阀在现场条件允许的情况下，采用升压实跳法结合在线校验仪计算确定安全阀有效密封直径是较优的选择。

3.2    测力传感器的选择

测力传感器是在线校验仪测量外加提升力中最重要的部件。受测力传感器量程的限制，每种测力传感器所能测量的最大外加力均有一定的极限。从理论上讲，校验一只安全阀所选的测力传感器能满足公式（2）的要求即可。

式中：△Fmax为测力传感器所能测量的最大外加力。

在实际校验中却不能简单地根据上述要求选取测力传感器。一般来说，为了测量的准确性，每台在线校验仪都会配备几个不同量程的测力传感器，如200 kg、500 kg两个，200 kg的测力传感器是用来测量外加力在200 kg以内的；500 kg的测力传感器是用来测量大于200 kg、小于等于500 kg的外加力的，如用来测量200 kg以下的外加力其准确度一般无法满足要求。校验时在仪器内输入所要求的整定压力、流道直径、安全阀入口压力，即可确定所需的外加力，从而也就确定了测力传感器。但在操作时，如果外加力的值临近测力传感器量程边界，那么此时校验出的整定压力值大概率是不准的。例如，所需外加提升力为190 kg，这时选择200 kg测力传感器其整定压力的结果大概率不准确，因为测力传感器在其量程边界测量时准确性不高。根据现场的实际操作经验，笔者认为这种情况可对安全阀的入口压力进行一些改变来使测力传感器满足要求，如外加提升力需要190 kg，可对安全阀入口压力做一些提高处理，来减少所需的外加力，以满足200 kg测力传感器的使用要求。

4    判开方法的选择

目前，采用在线校验仪进行安全阀校验的判开方法有特征点法、位移法及音频法3种，在电站锅炉安全閥上使用何种判开方法将直接关系到校验结果的准确性。

4.1    特征点法

特征点法是利用安全阀开启时介质作用面积增大，使克服弹簧预紧力的内压作用力也增大，从而导致外加力瞬间减小，此时在仪器测量的过程曲线上就出现了拐点，特征点法就是利用该拐点来判断安全阀的开启。但在实际的应用中，有的安全阀临近开启前密封面会出现渗漏，造成曲线上无明显的拐点，不好确认开启点。

4.2    位移法

位移法是通过位移传感器测到阀瓣有微小开启时判断出安全阀开启。但由于电站锅炉运行压力较高且内部蒸汽气量充足，所以在实际应用中一般仪器未检测到阀瓣开启便能听见蒸汽介质的连续排出，在检测到阀瓣开启时蒸汽的排出声音已经比较大了，因此判断出的开启压力一般偏高。在电站锅炉安全阀校验过程中采用位移法，容易使人觉得安全阀阀杆已过度提拉，安全阀将出现排放，造成操作人员心理上的紧张。

4.3    音频法

音频法是在听到介质连续排出时，确认为安全阀开启，它不仅适用于在线校验仪校验法，也适用于升压实跳法。虽然在电站锅炉安全阀的在线校验现场噪声较多，但由于电站锅炉运行压力高，气量充足，因此安全阀开启时介质连续排出的声音还是非常明显的，所以音频法可以较为直观地判断运行中的电站锅炉安全阀是否开启。但音频法在在线校验仪的应用上也有一瑕疵，即仪器上得出的开启压力会略低于真实的开启压力，其原因在于：（1）当音频法判断到安全阀开启时，介质作用在阀瓣上的面积已有增大，造成内压作用力增大，外加力减小；（2）音频法判断出安全阀开启时还需人为快速在仪器上卸去外加力才能获取开启压力值，在卸去外加力的同时，仪器内部读取了外加力值，这可能存在瞬间滞后，造成读取的外加力略低，外加力降低将直接使计算出的开启压力减小。

综合上述分析，本文认为音频法对电站锅炉安全阀判开最为直观，是最适用的。虽然在在线校验仪上得到的开启压力会略低，但可结合校验过程曲线图确认出准确的开启压力。图1所示为安全阀在线校验仪校验过程曲线。

在线校验仪上得到的开启压力即由图1曲线上B点所对应的外加力计算得出，那么只需在B点前端一小段曲线上找到峰值点A，那么点A所对应的外加力，即为安全阀实际开启时在线校验仪在安全阀上所施加的外加力，从而可求得实际开启压力，这样确认出的开启压力将更加准确。

5    结语

在线校验不仅有效实现了电站锅炉在不停炉情况下的安全阀定期校验，而且很好地解决了温度对整定压力的影响问题。电站锅炉是一种在高温、高压状态下运行的特种设备，对其安全阀的在线校验一定要根据现场的环境及锅炉的运行特点做好校验前的准备，才能更好地保证校验过程的安全；一定要把握好在线校验方法的运用，选择合适的测力传感器及判开方法，确定好有效密封直径，才能使运行状态下的电站锅炉安全阀校验结果更加准确。

[参考文献]

[1] 锅炉安全技术规程：TSG 11—2020[S].

[2] 安全阀安全技术监察规程：TSG ZF001—2006[S].

[3] 周震.安全阀[M].2版.北京：中国标准出版社，2013.

收稿日期：2023-01-17

作者简介：林燏（1982—），男，福建莆田人，硕士研究生，高级工程师，研究方向：特种设备检验检测。