超_超_临界火电机组锅炉安全阀试验方案探讨_王秋林

作者简介 王秋林 1970 男 江苏泰州人 工程师 主要从事安全阀的设计研发以及试验研究 文章编号 1002 5855 2014 06 0014 04 超 超 临界火电机组锅炉安全阀试验方案探讨 王秋林 上海阀门厂有限公司 上海 201814 摘要通过对超 超 临界火电机组锅炉安全阀的高参数 高性能要求特点的分析 结合安全阀 产品标准和规范对安全阀试验的要求 对火电机组锅炉安全阀在产品研发阶段 产品生产阶段的试 验项目和试验方案进行了论证和探讨 关键词安全阀 锅炉用阀 超临界蒸汽 高参数 试验 中图分类号 TH134文献标志码 A Testing Program Discussion of Boiler Safety Valves for Ultra Supercritical Fossil Power Units WANG Qiu lin Shanghai Valve Factory Co Ltd Shanghai 201814 China Abstract Through analyzing the high parameters and high performance requirements of boiler safety valves used in ultra supercritical fossil power units combining the testing requirements specified in safety valve specifications and standards the paper discusses the test items and testing program in valve D and production stage respectively Key words safety valve valves used in boiler ultra supercritical steam high parameters testing 1概述 超 超 临界火电机组锅炉安全阀的特点是高 参数和高性能指标 过热器和再热器安全阀的设计 标准按 ASME I 启闭压差和密封压力的性能指标 要求高 在火电机组过热器和再热器安全阀的研制 过程中 首先要解决阀门的结构设计 合理配置弹簧 刚度 使阀门的性能指标达到设计要求 其次应选 择合适的高温材料制造阀门的零部件 使阀门能满 足相应工作温度的要求 最后进行阀门验证试验 考核阀门的各项性能指标是否达到标准和规范要 求 2试验规定分析 1 试验项目 超 超 临界火电机组锅炉蒸汽安全阀试验介 质为饱和蒸汽 蒸汽安全阀使用饱和蒸汽作为试验 介质 其动作性能和排量可通过试验得到验证 但阀 门高温下的性能却无法验证 特别是温度引起的热 胀冷缩对阀门导向面间隙的影响及高温对整定压力 的影响等 鉴于再热器 过热器安全阀的高温高压 特点 除了动作性能试验和排量试验外 还应增加高 温安全阀的高温性能试验 型式试验顺序为强度试 验 动作性能试验 排量试验及高温性能试验 适用 于高温阀门 ASME 规范中规定 安全阀试验项目有动作性 能试验和排量试验 动作性能试验包括整定压力及 偏差 密封性能试验 超过压力 开启高度 启闭压差 和机械特性 在动作性能试验各项指标合格后进行 排量试验 2 试验介质 蒸汽安全阀动作性能试验和排量试验的试验介 质为饱和蒸汽 ASME I 和 ASME PTC 25 对排 量认证试验的介质都有相应的特别规定 排量试验 介质应为最小干度 98 最大过热度 10 的干饱和 蒸汽 3 试验装置 安全阀动作性能试验和排量试验应在试验装置 41 阀门2014 年第 6 期 DOI 10 16630 ki 1002 5855 2014 06 017 图 1安全阀排量试验系统 图 1 上进行 ASME 规定 安全阀应按压力释放装 置性能试验规范 2 进行蒸汽排量试验 安全阀的排量试验对试验系统布置和蒸汽品质 要求非常高 试验时蓄能器和试验容器之间安装流 量计测量安全阀的排量 试验容器和管道上安装热 量计来监测蒸汽的品质 安全阀动作性能试验时可 不安装流量计 试验过程中不需要严格控制蒸汽的 品质 因而不要求安装热量计 4 型式试验 蒸汽的特点是高压必然高温 如过热器出口安 全阀整定压力 32 4MPa 工作温度 605 但高温 不一定高压 过热度很高的过热蒸汽 如再热器出 口安全阀工作温度 605 整定压力 6 7MPa 模拟 阀门的实际工作温度 工作压力进行试验最可信 最 可靠 但对于高温高压安全阀按实际工况进行试验 是否必要和可行 应该根据标准规范要求 综合考虑 安全阀的口径 压力 温度及试验装置的能力来决定 安全阀型式试验的试验方法 5 强度试验 强度试验是对阀门承压件进行的试验项目 在 室温环境下用水作为介质对阀门一次侧和二次侧施 加一定的强度试验压力 保压一段时间后观察承压 件的外表面有无液体渗漏 承压件的外形是否变形 6 动作性能试验 安全阀动作性能试验应在蒸汽试验装置上进 行 国内外的一些安全阀制造商都有各自的安全阀 试验装置 总体而言 动作性能试验装置的能力 压力 排量及温度等 比蒸汽排量试验装置要高得 多 目前 国内在用的最大蒸汽试验装置由一台工 作压力 25MPa 工作温度 450 蒸发量 5T h 的锅 炉提 供 蒸 汽 最 大 试 验 压 力 18MPa 最 大 接 口 DN200 试验排量达到 350T h 典型的 1 000MW 超 超 临界火电机组锅炉安全阀参数见表 1 在进 行安全阀试验时 试验装置本身的能力限制影响了 安全阀的试验方法 世界知名的安全阀制造商 Dresser 和 Crosby 都根据其试验装置能力对不同压 力的安全阀制定了相应的试验方法和程序 表 1超 超 临界 1 000MW 火电机组锅炉安全阀 阀门安装 位置 数量 整定压力 MPa 设计温度 工作温度 要求排量 t h 阀门规格 进口 流道 出口 过热器进口 过热器出口 6 2 33 5 32 4 502 610 461 605 350 225 3 M 8 2 5 K2 6 再热器进口 1 1 6 7 11 7 18 7 32 385369 21266 10 再热器出口 1 1 6 61 6 71 610603 3766 10 借鉴国外蒸汽安全阀试验经验的基础上 以试 验装置的试验能力来探讨再热器和过热器安全阀的 试验方法 可以将表 1 中的安全阀分为两类进行安 全阀的动作性能试验 完全蒸汽性能试验法 安全阀的整定压力及 排量在试验装置能力范围内 如再热器进出口安全 阀 可采用完全蒸汽性能试验法 试验时 将阀门安装在试验装置上 调节圈设定 在预定位置 调整压力到要求的整定压力及偏差范 围内 试验过程中通过阀座调节圈和导向套调节圈 的调节 或其他调节手段 使阀门的超过压力 开 启高度和启闭压差达到设计和规范要求 通过以上 调节 阀门的各项性能指标满足设计要求 试验过程 中阀门无频跳 颤振和卡阻等有害现象 将调整螺 杆 调节圈位置及其他调节机构固定锁紧后 阀门再 重复试验 2 次 以验证阀门的重复性 试验弹簧替代试验法 安全阀的整定压力和 或 排量超过试验装置的试验能力 如过热器进出 口安全阀 采用试验弹簧替代试验法 用一根试验弹 簧替代安全阀的实际弹簧进行试验 用来替代安全 阀实际弹簧的试验弹簧应满足 2 个条件 其一为试 验弹簧必须从被试安全阀产品弹簧系列中选取 其 51 2014 年第 6 期阀门 二为选取的试验弹簧的整定压力范围必须与试验装 置的试验能力相适应 试验程序 根据阀门的整定压力 流道直径 和试验装置的能力选取合适的试验弹簧 安装试验 弹簧 采用完全蒸汽性能试验法进行试验 将试验 弹簧换成实际弹簧 按规定在高温下进行压力整定 和密封试验 7 排量试验 安全阀的排量试验是精确测量安全阀的实际排 量 安全阀排量试验装置的测量不确定性不得超过 测量值的 2 试验介质为最小干度 98 最大 过热度 10 的干饱和蒸汽 根据安全阀排量试验 的相关要求 不是所有的蒸汽试验装置都可以进行 安全阀的排量试验 只有其试验装置经过权威机构 的鉴定和认证方可进行排量试验 表 2 列出了 ASME 和 NB 认可的蒸汽排量试验室及其试验能力 试验测量的排量是安全阀的实际排量 理论排 量由计算得出 1 排量系数是实际排量与理论排量 的比值 排量系数与减低系数 0 9 的乘积为额定排 量系数 额定排量系数是安全阀产品的固定特性 一台确定的安全阀产品 排量系数是不变的 如某 台 1 5G3 安全阀可适用于蒸汽 气体和液体 3 种类 型的介质 用于蒸汽时排量系数是 0 87 用于气体 时排量系数是 0 86 用于液体时排量系数是 0 656 安全阀排量系数与压力无关 排量系数不会因为工 作压力不同而改变 虽然过热器安全阀的整定压力 很高 如 32 4MPa 但没必要在如此高的试验压力 下进行排量试验 而且此压力下的蒸汽是过热蒸汽 与规范要求的排量试验时介质必须是干饱和蒸汽相 矛盾 表 2 ASME 和 NB 认可的蒸汽排量试验室 机构名称试验介质 试验压力 MPa 最大口径 试验排量 kg h Anderson Greenwood Crosby 6 8990 12 700 Dresser Flow Control蒸汽2 00DN1004 536 The National Board of Boiler and Pressure Vessel Inspector 3 457 257 根据表2 中所示的试验能力 可试验的安全阀最 大口径为 DN100 最大试验压力为 6 89MPa 显然 排量系数认证不是针对安全阀系列产品中每个规格 压力级的阀门逐一进行的试验 而是在一个阀门系列 中选取合适口径 压力的阀门进行排量测定 以决定 整个系列阀门的排量系数 表 3 为部分著名安全阀 制造商生产的 ASME I 系列蒸汽安全阀的排量系 数 对于过热器安全阀 表 1 其排量系数可在较低 压力下通过排量试验测出阀门的排量系数 表 3 ASME I 蒸汽安全阀排量认证试验 公司名称认证号产品系列号 阀门口径 in 整定压力范围 MPa 认证排量系数排量认证试验室 试验时间 a Crosby 15006 15589 H 系列 HL 0 75 20 1 25 6 0 1 21 4 0 1 4 8 0 878 0 869 Ohio State University Crosby Valve Gage 1939 1999 Dresser 18100 18122 1700 2700 1811 1511 1 8 1 25 6 0 1 34 6 0 1 10 3 0 878 0 877 Dresser Industries Inc 1957 1975 Bopp euther Sicherheits 72076 Si91 95 Siz2507 L 1 5 120 3 330 826 National Board TL Worthington 2005 Griss4906991001 5 81 20 680 845 National Board TL Worthington 1994 超 超 临界火电机组锅炉安全阀中口径最大 的阀门为再热器进出口安全阀 其规格为 6 10 由 于口径较大 超出蒸汽排量试验装置的试验能力 其 排量系数用与其结构相同的同系列产品中较小口径 的阀门测量排量系数 如果该 6 10 产品是新产 品 没有相同结构的较小口径的系列阀门 则应该用 6 10 缩小的比例模型进行试验得出排量系数 8 高温性能试验 安全阀动作性能试验和排量试验中介质为饱和 蒸汽 试验温度不会太高 对于高温安全阀 则应进 行阀门在实际工作温度下的压力整定和密封试验 试验时要求有小容量的高温高压试验装置 电加热 61 阀门2014 年第 6 期 系统可以满足试验的要求 图 2 电加热锅炉额定参数 额定压力 40MPa 额定温度 650 额定蒸发量 200kg h 系统要求 流量 压力 温度可调节 试验时 将安全阀试验弹簧换掉 装上实际弹 簧 将阀门安装在高温高压试验装置中 限定阀门 的开高 调整试验装置的温度和压力 使之达到安 全阀的实际工况参数 如 605 整定压力为30 88 MPa 维持此状态 20min 以上 对安全阀进行压力 整定调整 并重复 2 次 在密封试验压力下对安全 阀进行密封性能试验 1 水箱2 过滤器 3 高压泵4 16 17 阀门 5 孔板 6 差压变压器7 热电偶8 压力表 9 电加热段10 电动调节阀 11 18 壁温热电偶12 13 14 变压器15 试验阀门 图 2电加热系统 9 生产试验 安全阀产品研发阶段需进行全面的型式试验 在安全阀的生产试验中没必要对所有试验项目再进 行试验 蒸汽安全阀的型式试验和生产试验中试验 项目见表 4 表 4蒸汽安全阀试验项目 试验项目试验介质型式试验生产试验备注 强度试验水 动作性能 试验 整定压力及偏差 密封性能试验 超过压力 开启高度 启闭压差 机械特性 饱和蒸汽 1 1标准或 规范要求 排量试验干饱和蒸汽 高温性能试验过热蒸汽 2 3补充要求 注 1 如果超过试验装置的试验能力 应该用试验弹簧进行试验 2 适用 于高温安全阀 建议用于工作温度超过570 阀门 3 如果安全阀在型式试 验中通过了高温性能试验 安全阀制造商也通过大量试验确定了不同温度下 的温度修正系数 生产试验时可以用空气以修正过的冷态试验差对阀门进行 整定和密封试验 3结语 建造安全阀蒸汽试验装置的费用非常高 高试 验参数试验装置所用的容器 阀门和管道等设备的 造价将非常的昂贵 不同的安全阀制造厂家拥有试 验装置能力各不相同 在进行高温高压安全阀试验 时 应根据安全阀的口径 压力 温度 试验装置的能 力来综合考虑安全阀的试验方法 但无论采取哪种 试验方法 都应能证明通过各项试验后的阀门能满 足实际工况要求 目前 我国标准中关于超临界火 电机组安全阀试验方法还是空白 超 超 临界火电 机组锅炉安全阀的试验方案可为制定相关标准提供 参考 参考文献 1 ASME Section I ules for Construction of Power Boi