電站鍋爐安全閥的校驗(yàn)新技術(shù)研究及應(yīng)用

時間：2012/9/22閱讀：533

電站鍋爐安全閥校驗(yàn)新技術(shù)研究及應(yīng)用

    電站安全閥校驗(yàn)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定
　　根據(jù)國家質(zhì)量監(jiān)督局鍋爐壓力容器監(jiān)察局頒布的《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程規(guī)定：“在用鍋爐的安全閥每年至少應(yīng)校驗(yàn)一次” ；《電力工業(yè)鍋爐壓力容器監(jiān)察規(guī)程》（（ DL612-1996）9.1.13）規(guī)定：“鍋爐安裝和大修完畢及安全閥經(jīng)檢修后，都應(yīng)校驗(yàn)安全閥的起座壓力”，（并明確規(guī)定“規(guī)程監(jiān)察范圍：f）熱力系統(tǒng)壓力容器：高、低壓加熱器、除氧器、各類擴(kuò)容器等”；國家電力公司頒布的《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》規(guī)定：“各種壓力容器安全閥應(yīng)定期進(jìn)行校驗(yàn)和排放試驗(yàn)”。這些規(guī)定都十分明確了對電站安全閥的定期校驗(yàn)工作。

　　電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電力工業(yè)鍋爐壓力容器監(jiān)察規(guī)程》（ DL612-1996）9.1.13對儀器校驗(yàn)安全閥有明確規(guī)定：“純機(jī)械彈簧式安全閥可采用液壓裝置進(jìn)行校驗(yàn)調(diào)整，一般在75%～80%額定壓力下進(jìn)行。經(jīng)液壓裝置調(diào)整后的安全閥，應(yīng)至少對zui低起座值的安全閥進(jìn)行實(shí)際起座復(fù)核。”

    1 安全閥的檢驗(yàn)方法目前，電力系統(tǒng)的安全閥校驗(yàn)普遍采用的方法有離線測量和在線測量兩種。

　　離線測量需要在設(shè)備停車時拆下安全閥送到檢驗(yàn)臺上，即費(fèi)時又費(fèi)力，且該種測量方法不能解決溫度對安全閥開啟壓力的影響，而對一些不可拆下的安全閥（如焊接閥等）更是無能為力。在線測量又分為實(shí)跳測量和儀器測量兩種。實(shí)跳測量會對安全閥造成不必要的傷害，并且噪聲污染和測量時的安全性問題已越來越引起人們的重視，一九九九年七月九日遼寧省錦州發(fā)電廠在安全閥校驗(yàn)時五死三傷的慘劇應(yīng)該不會忘記。

　　儀器測量方式是目前較為先進(jìn)且普遍采用的方法，如英國FURMANITE公司于八十年代研制的TREVITEST的實(shí)用產(chǎn)品。該儀器以風(fēng)動馬達(dá)驅(qū)動液壓泵為動力源，采用二通道筆試記錄儀配合傳感器作為測量記錄單元。所記錄的安全閥開啟過程外加力變化曲線，由操作者人工判別特征點(diǎn)，通過手工計算出zui終結(jié)果整個測量過程均需人工參與，故測量結(jié)果的一致性受人為因素影響很大，測量精度不能保證。此外，該種儀器的價格昂貴（2000年報價達(dá)125萬元），難以在國內(nèi)推廣。日美等國的安全閥生產(chǎn)廠家在九十年代隨后也相繼開發(fā)了類似產(chǎn)品，但此類產(chǎn)品僅可用于自己廠家生產(chǎn)的安全閥，對國產(chǎn)和其他廠家安全閥就顯得無能為力。九十年代起，國內(nèi)也出現(xiàn)部分仿制型，在技術(shù)上并無太大突破，仍然存在測量一致性差、測量精度低的缺點(diǎn)。

　　NSH系列安全閥在線定壓儀系由北京邦備機(jī)電技術(shù)有限公司及北京勞動安全技術(shù)裝備中心研制開發(fā)的新型便攜式儀器，其基本工作原理等同于英國FURMANITE的TREVITEST安全閥檢測系統(tǒng)，并在設(shè)計工藝上有重大突破。NSH安全閥在線定壓儀是校驗(yàn)電站安全閥的新型產(chǎn)品，勞動部鍋爐壓力容器監(jiān)察局、電站閥門標(biāo)委會推薦產(chǎn)品，此產(chǎn)品經(jīng)過中國計量科學(xué)院檢測合格。目前，該儀器已在全國五十多電廠的安全閥校驗(yàn)中應(yīng)用，經(jīng)實(shí)踐證明，此儀器在設(shè)NSH安全閥在線校驗(yàn)儀可在機(jī)組停運(yùn)或運(yùn)行的情況下，僅需2-5秒開啟時間可完成對安全閥進(jìn)行在線性能檢測和工作參數(shù)檢測，也可對經(jīng)檢測不合格的安全閥進(jìn)行在線整定，可以測量和記錄安全閥的開啟壓力和安全閥所在位置系統(tǒng)介質(zhì)壓力等參數(shù)。

    2 設(shè)計原理

　　彈簧安全閥的開啟、關(guān)閉動作是依靠其進(jìn)口端的介質(zhì)壓力變化和彈簧預(yù)緊力來使閥芯自動開啟及關(guān)閉。當(dāng)介質(zhì)壓力（內(nèi)壓）升高到提升力比彈簧預(yù)緊力大時，閥芯克服彈簧預(yù)緊力自動開啟，泄放多余的介質(zhì)，使內(nèi)壓下降，又由于彈簧力的作用，當(dāng)內(nèi)壓降至安全值時，閥芯自動關(guān)閉，泄放停止?！　「鶕?jù)這個原理，可以設(shè)想，在線（又稱熱態(tài)）測量或調(diào)整安全閥時，如果由外部提供一個向上的附加力，則當(dāng)介質(zhì)壓力與這個附加力的總和剛剛克服彈簧預(yù)緊力時，閥芯同樣也會開啟，甚至在沒有介質(zhì)作用的離線（又稱冷態(tài)）條件下，單獨(dú)由外部附加力克服彈簧預(yù)緊力時，閥芯也可開啟，圖一清楚地表示了這種力的平衡關(guān)系。

    很明顯，我們可以看出，閥芯開啟的條件為：

    FT＝FW＋PＬ×S

    其中：　FT——彈簧預(yù)緊力

　　　　FW——外部附加力

　　　　PL—— 介質(zhì)作用壓力

　　　　S——安全閥密封面面積

    則開啟壓力Ｐ為：P＝PL＋FW／S

    當(dāng)冷態(tài)時，Ｐ＝FW／Ｓ

    顯然，如果能夠準(zhǔn)確地測定附加外力FW，就可以根據(jù)已知的閥芯面積S和系統(tǒng)工作壓力，很容易地求得安全閥的開啟壓力P。這即為安全閥在線測試技術(shù)的設(shè)計依據(jù)和原理。

    3 技術(shù)依據(jù)

　　根據(jù)對彈簧安全閥開啟動作特性的分析，可以得出：在外加力FW的作用下，一個安全閥從關(guān)閉到開啟，再由開啟到關(guān)閉的全過程中，外附加力FW的變化規(guī)律,當(dāng)附加力從零逐步增加，與內(nèi)壓力PL×S之和正好為彈簧預(yù)緊力時，閥門微啟，增大了介質(zhì)作用面積Ｓ，使得用來克服彈簧預(yù)緊力的內(nèi)壓作用力急劇增大，其結(jié)果在瞬間減小了外附加力。從而出現(xiàn)*個特征峰Ａ。當(dāng)外附加力逐漸減小而達(dá)到關(guān)閉點(diǎn)時，由于介質(zhì)作用面積忽然減小，為保持力的平衡關(guān)系，此時，外附加力會出現(xiàn)瞬間回升現(xiàn)象，即第二個特征峰點(diǎn)Ｂ。上述兩個特征峰點(diǎn)Ａ和Ｂ是在線條件下檢測安全閥開啟壓力、回座壓力的技術(shù)依據(jù)。

　　當(dāng)閥門未打開前，外附加力克服閥芯靜態(tài)剛性力，當(dāng)達(dá)到開啟點(diǎn)以后，外附加力改為克服彈簧的彈性力，兩者隨時間變化的斜率不同，從而出現(xiàn)*個拐點(diǎn)C，同樣情況，在閥門關(guān)閉時也會出現(xiàn)另一個拐點(diǎn)D。這兩個拐點(diǎn)分別對應(yīng)閥門的開啟和回座，正是冷態(tài)時測試閥門開啟、回座壓力的技術(shù)依據(jù)。從以上分析不難看出，安全閥在線測試技術(shù)的關(guān)鍵在于如何正確迅速地找到對應(yīng)開啟的特征點(diǎn)。

    4 系統(tǒng)構(gòu)成

　　在線檢測系統(tǒng)由機(jī)械夾具、液壓動力單元和數(shù)據(jù)采集處理單元三大部分組成，彼此相對獨(dú)立，由兩條10米長的液壓軟管和兩條10米長的五芯屏蔽電纜互相聯(lián)成一個完整的安全閥測試系統(tǒng)。它具有體積小、重量輕、組件模塊化、設(shè)備計算機(jī)化、操作簡單、穩(wěn)定可靠等顯著特點(diǎn)，性能在許多方面都超過國外同類儀器水平。

    4.1夾具：保證對待測安全閥實(shí)施夾持定位，為液壓動力單元提供施加外力的環(huán)境，采用組合式結(jié)構(gòu)，拆卸十分方便。（見圖三）

    4.2液壓動力單元：提供可調(diào)節(jié)的液壓輸出和流量，zui大輸出10MPa，zui大提升力為50KN，用以控制外加的提升力和提升速度。

    4.3 數(shù)據(jù)處理單元：它是測試系統(tǒng)的核心，直接決定系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。

　　其中，力傳感器采用輪輻式結(jié)構(gòu)，靈敏度*，精度可達(dá)到0.05% ，壓力傳感器采用高溫型傳感器，工作溫度可達(dá)200~250度。兩種傳感器均為高輸出式，內(nèi)藏放大器，其線性度、重復(fù)性和抗干擾能力*。

　　測試系統(tǒng)采用了二通道低增益，高精度放大電路，智能化A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集電路，可同時采集力、壓力二個參數(shù)，核心部分選用目前市場上先進(jìn)的筆記本電腦（CPU PⅢ600），可繪制曲線并打印測試結(jié)果，具有漢字化的人機(jī)對話功能，各測量通道的數(shù)據(jù)均可在屏幕上顯示，在超量程的情況下，確保系統(tǒng)和安全閥的安全，全部硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于維修和調(diào)試。
　　另外，為保證主機(jī)能在50℃的高溫環(huán)境下正常連續(xù)的工作，特別設(shè)計了輔助配套設(shè)備——電腦低溫工作臺。

    操作步驟

    操作步驟如下：見圖四，選擇被測試安全閥，根據(jù)系統(tǒng)安裝圖可方便地完成NSH部件的安裝和連接；在計算機(jī)主控窗口上單擊“裝入?yún)?shù)”選定被測安全閥；（見圖五）選擇壓力傳感器測量方式，輸入基礎(chǔ)壓力值；核對無誤后，單擊“再線定壓”，此時系統(tǒng)提示：“正在測試！請等待！”打開液壓單元電源開關(guān)至“開啟”位置，調(diào)整“系統(tǒng)壓力調(diào)整”旋鈕至計算機(jī)指示“所需油壓”值；將換向控制旋鈕旋至“提升”位置，使油缸活塞帶動被測閥的閥桿向上移動；通過觀察閥桿上升或聽到介質(zhì)排泄的聲音，確定閥已開啟后，將換向控制旋鈕旋回“復(fù)位”位置，關(guān)閉電源；計算機(jī)將自動進(jìn)入結(jié)果顯示窗體，（見圖六）顯示測試曲線、測試時間、開啟壓力、調(diào)整高度等參數(shù)；根據(jù)計算機(jī)提示的調(diào)整高度，調(diào)節(jié)定壓螺母；單擊“退出”鈕，重新起動測試程序，得出新的測試曲線和結(jié)果。反復(fù)執(zhí)行上述步驟，直至開啟壓力和整定壓力相差不大于“測量允許誤差” 時，此時計算機(jī)顯示“調(diào)節(jié)完畢”，表示測量結(jié)束。

    5 誤差分析

    根據(jù)選用MSC—5101采樣器、傳感器的精度以及放大器設(shè)計精度，測試系統(tǒng)開啟壓力度量誤差分析如下。

    其中：f——物理量（力、壓力）

    V1V2——中間電量

    N——數(shù)字量（力、壓力）

    K1、K2、K3——各級轉(zhuǎn)換系數(shù)

    由：；；

    所以：

    按誤差傳遞理論，誤差和相對誤差分別為：

    代入實(shí)際偏差量：

    （力傳感器zui大誤差）精度0.05%

    （壓力傳感器zui大誤差）精度0.2%

    （放大器誤差）

    （A/D轉(zhuǎn)換器zui大誤差）

    因而，可以求得提升力和壓力的相對誤差分別為：

    根據(jù)開啟壓力計算公式：

    其中：P——開啟壓力

    PL——系統(tǒng)內(nèi)壓

    A——閥門密封面積

    f——附加外力

    從而可以得出開啟壓力的相對誤差為：

    由此可以看出，開啟壓力的相對誤差不僅和附加力、系統(tǒng)內(nèi)壓有關(guān)，而且與密封面積有關(guān)，就一般而言，安全閥密封面積在20~125cm2，通過計算分析，可以得出：

    6 軟件設(shè)計、功能及特點(diǎn)

    測試系統(tǒng)采用了功能較強(qiáng)的筆記本計算機(jī)作為數(shù)據(jù)處理器，經(jīng)過前后六年多的近千次試驗(yàn)、修改，該系統(tǒng)配備了一整套功能較強(qiáng)的軟件系統(tǒng)。

    其主要功能和特點(diǎn)：

    6.1預(yù)置工作參數(shù)和儀器檢測狀態(tài)，整個預(yù)置過程均為漢字人機(jī)對話形式，快捷、便利，并且可根據(jù)被測閥門的工況條件事先計算出系統(tǒng)應(yīng)提供的液壓提升力，保證被測閥安全。

    6.2數(shù)據(jù)采集和數(shù)字濾波功能，數(shù)據(jù)采集軟件可讓用戶根據(jù)不同閥門、不同工況條件選擇不同的采樣時間，減少雜散信號干擾，保證測試曲線的平滑完好。

    6.3繪制測試曲線，可以根據(jù)測試的力、壓力以各種不同顏色繪制出整個測試過程曲線。

    6.4據(jù)處理及結(jié)果打印，根據(jù)被測閥的工藝參數(shù)和工況條件，自動選擇對應(yīng)的計算方法計算出開啟壓力、回座壓力、開啟高度等測量結(jié)果，并且可自動進(jìn)行多種修正。如：對內(nèi)壓變化的修正、對低壓狀態(tài)的修正、對微起閥的修正。根據(jù)開啟高度和內(nèi)壓值對回座壓力值的修正等，zui終以漢字形式打印出測試結(jié)果。

    6.5閥門整定壓力的調(diào)整方法提示軟件，可以提示用戶先進(jìn)行單位增量調(diào)整，然后根據(jù)測量值的變化量經(jīng)邏輯判斷和線性處理，以漢字形式指示用戶定量調(diào)整定壓螺母，調(diào)整后經(jīng)再次測量，二級近似和處理后指示調(diào)整值，直至滿足整定壓力值為止。

    7 應(yīng)用情況:

    NSH安全閥在線定壓儀自九六年進(jìn)入電力系統(tǒng)以來，先后在核電秦山有限公司、中國華電集團(tuán)公司遼寧省鐵嶺發(fā)電廠、華北電力集團(tuán)公司河北省秦皇島熱電廠、河南焦作愛依斯萬方電廠、山西省陽泉第二發(fā)電廠、中國大唐集團(tuán)公司安徽省淮南田家庵發(fā)電廠、華能電力股份公司丹東電廠、中國大唐集團(tuán)公司河北張家口發(fā)電廠、華能電力股份公司德州發(fā)電廠、中國電力投資集團(tuán)公司河南姚孟發(fā)電廠、廣東省梅縣發(fā)電廠、山東省菏澤發(fā)電廠、中國國電集團(tuán)公司江蘇省諫壁發(fā)電廠、中國華電集團(tuán)公司湖北青山發(fā)電廠、湖北漢川發(fā)電廠、廣州控股廣州珠江電廠、深圳媽灣發(fā)電總廠、華能電力股份公司重慶珞璜電廠、廣東廣州恒運(yùn)電廠、中國電力投資集團(tuán)公司上海閔行發(fā)電廠、廣東韶關(guān)發(fā)電廠、華能電力股份公司大連發(fā)電廠、武漢華能華中陽邏電廠、湖北襄樊發(fā)電廠、廣東云浮發(fā)電廠、華能電力股份公司石洞口電廠、申能股份有限公司上海吳涇第二發(fā)電有限責(zé)任公司、江蘇南通天生港電廠、廣東湛江發(fā)電廠、河南焦作電廠、華能大慶新華電廠、中國大唐集團(tuán)公司河南信陽華豫發(fā)電廠、山東濟(jì)南南郊熱電廠、華能電力股份公司福州電廠、河南豫聯(lián)鞏義電廠、河南伊川豫港電廠、中國電力投資集團(tuán)公司江西貴溪火力發(fā)電廠、湖南華銀株洲發(fā)電廠、河南華潤登封發(fā)電廠、廣東粵華發(fā)電有限公司（黃埔電廠）、中國國電集團(tuán)公司江西九江電廠、江蘇太倉環(huán)保電廠、江蘇利港電廠、陜西寶雞二電廠、江蘇夏港電廠、中國國電集團(tuán)公司貴州凱里電廠、云南電力試驗(yàn)研究院、北京國華電力有限責(zé)任公司北京三河電廠、陜西華電蒲城電廠、華能山東濟(jì)寧電廠、華能威海電廠、山東魯能運(yùn)河電廠、安徽銅陵電廠、河南商丘裕東電廠等電廠已購買使用NSH安全閥在線定壓儀；廣東大亞灣核電站、廈門華夏電力有限公司嵩嶼電廠、天津大港發(fā)電廠、大唐洛陽首陽山發(fā)電廠、國電長源電力股份有限公司湖北鄂州電廠、廣東粵電公司沙角A電廠、深圳能源公司廣東沙角B電廠、廣東粵電公司沙角C電廠、廣東大亞灣核電站、大唐三門峽華陽發(fā)電有限責(zé)任公司、湖南益陽發(fā)電廠、江蘇望亭電廠、河南蒲山電廠、江西華能井岡山電廠、華能上海華能石洞口二廠、上海寶山鋼鐵股份有限公司自備電廠、武漢鋼鐵公司發(fā)電廠、華電福建湄洲灣電廠、貴州習(xí)水電廠、貴州納雍電廠、安徽銅陵電廠、河南鴨河口發(fā)電廠、大唐河南禹州龍崗電廠、陜西渭河電廠、江蘇華能太倉電廠、廣東粵電公司珠海電廠、江蘇常熟電廠、福建后石電廠、安徽蕪湖電廠、山西陽城電廠、中國鋁業(yè)股份有限公司中州分公司熱電廠、河南焦作華潤熱電有限公司等一百多家十多家火電廠或核電站投入使用，涉及發(fā)電機(jī)組100 MW~1000MW，含蓋目前電站鍋爐所有安全閥，如美國DRESSER、CROSBY、日本東亞、日本岡野生產(chǎn)的全量型安全閥等國內(nèi)外閥門廠家。
經(jīng)實(shí)踐證明，此儀器在設(shè)計原理、儀器結(jié)構(gòu)、測量精度以及使用的安全性、方便性等方面都具有突出優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，“NSH安全閥在線定壓儀在設(shè)計原理、測量精度、自動化程度及操作方法等方面處于世界水平，特別是其儀器采用計算機(jī)系統(tǒng)和漢字化的測試軟件更為國內(nèi)外同類儀器的*”。（2001年《中國電力》雜志第5期《電站鍋爐安全閥校驗(yàn)新技術(shù)》）。
    8 結(jié)論

　　綜上所述，“NSH安全閥在線定壓儀在設(shè)計原理、測量精度、自動化程度及操作方法等方面處于世界水平，特別是其儀器采用計算機(jī)系統(tǒng)和漢字化的測試軟件更為國內(nèi)外同類儀器的*”。

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