DN20;PN25高压加热入水侧用弹簧式安全阀试验分析

第 1 期 2 0 1 5年 1月 锅炉制造 B0I LER MANUFACTURI NG No 1 J a n 2 01 5 D N 2 0 ； P N 2 5高压加热入水侧用弹簧式安全阀试验分析 张乃波 ， 王同东。 ， 王泽清。 ( 穆陵市电站阀门有限责任公司， 黑龙江 穆陵 1 5 7 5 0 0 ) 摘要： 本文利用 D N 2 0 ； P N 2 5高加用水侧用弹簧式安全阀在厂内试验的结果和在电厂验证的方法， 证明了用 低压法和等价弹簧法是行之有效的方法。同时也说明了， 该阀门在设计上的准确、 合理性， 完全满足国际标准 的要求。 关键词 ： 安全阀； 低压法 ； 等价弹簧法 ； 试验； 电厂验证 中图分类号 ： T H 1 3 8 文 献标 识码 ： A 文章编号 ： C N 2 31 2 4 9 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 6 1 0 4 Te s t Ana l y s i s f o r DN2 0； PN2 5 S p r i n g S a f e t y Va l v e b y Ho t W a t e r a n d Hi g h Pr e s s u r e a t t h e I nl e t o f M e d i u m W a t e r Zh an g Na i b o ， Wa n g t o n g d o n g ， Wa n g z e q i n g ( Mu l i n g c i t y ， P o w e r s t a t i o n v a l v e C o ， L t d ， Mu l i n g 1 5 7 5 0 0 ) Abs t r ac t： Te s t DN2 0； PN2 5 s p r i ng s a f e t y v a l v e b y h o t wa t e r a n d pr e s s u r e a t t h e i nl e t o f me d i u m wa t e r a t o u r v a l v e p l a n t a n d p o we r p l a n t I t i s e f f e c t i v e wa y b y t h e wa y o f l o w p r e s s u r et e s t a n d e q ui v a l e n c es p r i n gt e s t I t i s n o t o n l y p r o v e t h i s t e s t i n g v a l v e i s a c c ur a c y a n d r a t i o na l i t y i n d e s i g n， b u t a l s o p r o v e t h i s t e s t i n g v a l v e c o r r e s p o n ds t o i n t e rna t i o n a l s t a n d a r d Ke y wo r d s： s a f e t y v a l v e； l o w p r e s s u r e t e s t ； e q ui v a l e n c e s p rin g t e s t ； t e s t ； v e r i f y b y p o we r p l a n t 1 概 述 安全 阀的设计是一个 系统性 问题 ， 既要考虑 安全 阀本身的有关 因素 ， 又要考虑被保护系统 的 各种情况对最终 的产品的影 响。因此 ， 在设计 时 需要对引起超压的各种因素进行综合分析 、 判断 ， 只有这样才 能确保 安全 阀设 计 的合理安 全和可 靠 。D N 2 0 ； P N 2 5安 全阀是以水为工作 介质的安 全泄压 阀， 该阀安装在高压加热器进 口水侧管道 上 ， 主要用来防止高压加热器在停运期间， 产生静 态加热 ， 介质压力升高 ， 使设备损坏 ， 产生这种现 象 的基本原因， 是 由于高压加热器停运期 间充满 着水 ， 当蒸汽管道发生泄漏时， 就会高压加热器 的 水压力加热 ， 以至于产 生高的压力。该 阀具有随 着入口介质压力升高而开启高度也随着加大的特 点。为了掌握该 阀的性能和机械特性 ， 我们在试 验台上用低压法和等价弹簧法对该阀的排量系数 和机械性能进行了试验 。 2测试设备 D N 2 0 ； P N 2 5高加用水侧安 全阀 的排量 系数 试验台是 由现有的调节阀试验 台进行简单改造而 成 ， 其系统见图 1 。 3 试验 阀门( 见 图 2 ) 试验阀门为 D N 2 0 ； P N 2 5弹簧式安全 阀； 阀座 喉部直径为 1 0 I n l T l ； 阀瓣密封面平均直径为1 6 m m； 阀门有 效行程 为 1 8 m m； 弹簧 钢丝直 径为 d= 1 6 m m； 阀瓣密封 面材料为 E D C r N i B ； 工作压力 为 2 0 M P a ； 工作温度为常温； 工作介质为水。 收稿 日期 ： 2 0 1 41 0 2 3 作者简介 ： 张乃 波( 1 9 6 8一) ， 男， 总工程 师， 专门从 事电站 阀门设计 、 制造 与研 究。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 2 锅炉制造 总第 2 4 9期 一 、 4 一 、 、 7 、 5 _ J I 一 I I =- l 6 三士 一 苣三一 一 I 1 稳压容器 2 调节阀门 3 试验阀 4 压力表 5 水泵 H = 3 2 5 m； Q = 4 5 t h 6 蓄水池 7 吸水管 图 l 测试设备系统示意图 4 试验 方法 1 ) 排量 系数试 验方法。根据 G B T 1 2 2 4 2 2 0 0 5中 5 4 4 1 C条 的规定 “ 如果不采用 流量计 方法 ， 则应确定压力释放装置在一个时段内排放 的液体容积或重量还应读取和记录装置进 口压力 及液体温度 。应提供将排放液体导人和引出计量 容器的手段 ” 。我们 在试验过程 中 采用重量法。 排放时间用秒表测量。 图 2 试验 阀门 2 ) 根据 G B T 1 2 2 4 2 2 0 0 5中 5 4 2 3 a条的 规定“ 升高压力释放装置进 口压力。当压力达到 预期整定 压力 的 9 0 以后 ， 升压速率应 不超过 0 O 1 M P a s ， 或为任何一个对精确读取压力所必 要的更低速率。观察并记录装置的整定压力 以及 其他需要或有关 的特性值 ” 。但是 ， 由于该 阀的 整定压力 1 5 M P a ， 其试验设备不能满足需要 ， 按 有关规定“ 进行排量试验时安全 阀进 口压力应等 于额定排放压力 ， 但由于试验介质压力 、 容量等的 限制 ， 允许以低于排放压力的压力来进行排量试 验以确定 阀门的排量系数。 ”因此我们在此 次试 验中采用低压法和等价弹簧法。 在阀门进 口压力达到整定压力的 4 0 以后 ， 将其升压速度控制在0 0 1 M P a s 之 内， 阀门开启 高度用百分表进行测量 ； 流量测量是在 阀门开启 高度达到有效高度时， 并在稳定 的排放状态下 ， 将 流量导入量筒后 ， 再上磅称称其重量 ， 与此同时记 录阀门进 口压力 、 阀门开启高度 、 测量时间， 计算 该次单位时间的排量。 3 ) 测量结果见表 1 所示。 表 1 测量结果 4 ) 以介质为水 的安全阀， 其 理论排放量可按 公式( 1 ) 计算 ： Wt = A x 0 4 1 “ - A 9 6 p 4 x _ ( 1 ) 式中： =安全 阀理论排量 k g h ； p=安全 阀前后压差 MP a ； 4=有效流通面积 m m ； p= 介质 密度 k g m。 。 5 ) 排量系数按公式( 2 ) 计算 ： W r w a ( 2 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 张乃波， 等： D N 2 0 ； P N 2 5高压加热入水侧用弹簧式安全阀试验分析 6 3 式 中： W a=实际排 量 k g h ； =理论 排量 k g h。 6 ) 额定排量系数按公式 ( 3 ) 计算 ： 呈 由 =o 9 ( 3 ) 式中 ： k =额定排放系数 ； k =实测 排放 系 数 ； ：测试次数。 按公式( 1 ) 、 ( 2 ) 、 ( 3 ) 的结果列入表 2 。 表 2 计算结果 7 )试验用安全阀额定排放量 W c= 由 坐 O 1 9 6 4 = o 5 9 x7 8 5 0 x 1 9 -f 6 - A 4 p xp 一 7 4 5 7 5 测量误差的基本估计 流量测量误差估计为 1 。阀前压力测量误 差： 由于压力表为 0 5级最大量程为4 M P a ， 其试 验压力 为3 MP ， 其相 对误 差 ：0 6 6 7 。 由于阀前压力的误差使其介质 比体积误差很小 ， 故 可 以 忽 略 不 计。所 以其 综 合 误 差 = 5 +0 6 6 7 。=08 3 3 6最终试验结果小于误差 在 士 2 0 。 6 机械特性试验 D N 2 0 ； P N 2 5弹簧 式安全 阀机 械特性试验是 在厂内试验 台上进行 ， 其试验方法按等价弹簧法 ， 由于实际采用的弹簧刚度 q=1 2 k g f mE， 其试验 压力应按公式( 4 ) 计算 ： p ： 旦 ( 4 ) p 2 一 斗J 式 中： p =实际启跳压力 MP a ； p =试验时启 跳压力 MP a ； q = 模型弹簧刚度 k g mm； q 1 =设计 弹簧刚度 k g mm 将 P 1=1 5 MP a ； q 1 =1 2 k g mm； g 2=5 5 k g m m代入公式( 4 ) p ， ： ： 3 2 N I Pa p ， = 一= j r 一 33 由于水泵最高压力仅有 3 2 5 MP a ， 故最高启 跳压力 只能做到 3 0 MP a ， 因此这就要用低压法 进行试验。求出在开启压力为 3 2 7 MP a时的回 座压力才可能推断出在工作条件条件下的启闭压 差。当我们在厂内试验时当整定压力达到 8 0 ， 升压速度控制在每秒 0 0 1 MP a ， 在每个压力至少 动作两次 ， 记录前泄压力 、 开启压力 、 开启高度 、 回 座压力和排放压力。其试验结果列入表 3 。 表 3 动作 性能试 验汇总表 回 开启压力偏差 1 2 2 4 5 1 2 1 2 座 超过压力 MP a 0 3 7 0 4 8 0 3 7 0 3 7 后 超过压力百分 r E 1 1 9 1 5 1 1 9 l O 9 特 启闭压差 MP a 0 3 7 0 2 9 0 3 7 0 4 8 性 启 闭压差百分 比 1 3 4 5 1 0 9 1 3 4 5 1 5 6 1 5 2 ， 8 7 0 3 6 0 4 9 1 0 6 1 4 5 0 5 1 O 3 6 l 6 8 1 2 4 后泄压力 回座后密封性 良好 ， 未发现泄漏 现象 目测特性 具有良 好的回 座能力， 无振颤、 频跳、 卡阻现象 根据试验结果 ， 可按公式 ( 5) 计算在启 跳压 力在 3 2 7 MP a 时的回座压力 ： P 2：A P 1 + ( 5 ) 式中 ： P 2 =回座压力 M P a ； p =启跳压力 ； A= 结构特性系数 ； =弹簧特性系数。 按表 3提供的试验数据 ， 可 以组成一个 二元 一 次方程组 ， 首先求 出阀门的结构系数和弹簧特 性系数。( 计算用第三次和第 四次数据 ) 2 5 4 = 3 0 3 A + 2 3 6 = 2 7 5 A + B 解方程组得 A： 0 7 2 、 B：3 8 。将 A、 B数据 代人公式 ( 5 ) P = 3 2 7 x 0 7 2+ 3 8=2 7 3 。其启 闭 压 差 为 _ 二 二 ： 三 ： 1 6 5 。 即 该阀 P2 J 二 在启跳压力5 MP a 时 ， 其启闭压差为1 6 5 。 同样 ， 我们可计算出该阀在启跳压力 2 0 M P a 时的回座压力为 1 6 2 M P a启闭压差是 1 9 。为 了进一步验证求得的结果的可靠性 ， 我们在某电 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 4 锅炉制造 总第 2 4 9期 厂进行 了实际的考验， 我们将该 阀安装在 X X电 厂的 2号机组 5 6号高压加热器上 ， 水的压力由 水泵来调节 ， 其试验结果见表 4 。 表 4 在 某电厂 2号机组 5 6号机组试验 结果 回 开启压力偏差 2 6 3 - 2 座 超过压力 M P a 3 0 1 5 时 超过压力百分 比 1 9 9 7 特 启闭压差 M P a 2 0 3 0 性 启闭压差百分比 1 3 1 8 1 目测特陛 具有良好的回座能力， 无频跳、 震颤等现象 7 结 论 通过在厂内的试验和电厂的实际考验 ， 证 明 用于水侧 的安全 阀采用 的结构是合理 的， 也表 明 无论是技术特性和和阀的动作性能均符合 D I N E N I S 0 4 1 2 6的有关规定。不过 ， 在设计是要特别 注意阀瓣 的导向部分长度应不小 于直径的 8 0 ， 否则在开启和关 闭时可能偏斜和卡住 ， 致使安全 阀关闭时可能不密封。系统对安全阀的基本要求 是准确开启 、 适时全开 、 稳定排放 、 及时回座和可 靠密封 。安全阀的设计主要 考虑结构 、 材料和性 能等方面内容 。结构设计包括阀体结构 、 密封结 构 、 阀座结构 、 阀瓣结构 、 紧急提升机构 ； 材料方面 主要考虑介质的可燃 性 、 易爆性 、 有毒性和腐蚀 性以及低温、 高温 、 高压对材料 的影响 ； 性 能设计 包括 阀座、 阀瓣 、 导 向套 、 弹簧的优化组合 ， 以及被 保护系统的各种情况。 上接第 6 O页 磨煤机碾磨压力 ( 作用力 一反作 用力) 可 以 达到最小设定值 ( 2 5 ) ， 甚至可以抵消碾磨部件 本身的静重压力 ， 从 而在磨辊和磨盘瓦之间保持 一 个稳定 的碾磨空间； 此时 ， 磨煤机出力最小， 并 且在反作用力控制系统的调节下液压系统能够有 效地消除振动； 所以， 即使磨煤机在 2 5 低负荷 情况下 ， 该磨煤机仍能稳定运行。 3 结 论 在 燃 用 上 述 高 水 分 褐 煤 且 选 用 MP S 2 1 2 H P I I 型磨煤机直 吹式制粉 系统时 ， 哈 锅为该 电厂设 计 制 造 的锅 炉 能够 实 现各 种 负 荷 ， 运行稳定 ； 另外 ， MP S 2 1 2 H P -I I 型磨煤 机具 有反作用力 的变加载 液压 系统 ， 能保 证机 组快 速负荷响应 ， 应用于燃用 该类型褐煤机组 时 ， 通 过对煤粉细度 及风 量 的调 整 ， 制粉 系统 出力完 全可以达到设计要求 ； 当燃用更高水分褐 煤时 ， 受空预器 出 口热 风温度 和风机 出力影 响 ， 磨煤 机有可能 出现干燥 出力 不足 的情况 ， 同时磨 煤 机 出I2 1 温度 很难 达到设 计值 ， 并且 由于 通风 量 加大导致磨 煤机本 体