通過對超(超) 臨界火電機組鍋爐安全閥的高參數、高性能要求特點的分析，結合安全閥產品標準和規范對安全閥試驗的要求，對火電機組鍋爐安全閥在產品研發階段、產品生產階段的試驗項目和試驗方案進行了論證和探討。

1、概述

　　超( 超) 臨界火電機組鍋爐安全閥的特點是高參數和高性能指標。過熱器和再熱器安全閥的設計標準按ASME-I，啟閉壓差和密封壓力的性能指標要求高。在火電機組過熱器和再熱器安全閥的研制過程中，首先要解決閥門的結構設計，合理配置彈簧剛度，使閥門的性能指標達到設計要求。其次應選擇合適的高溫材料制造閥門的零部件，使閥門能滿足相應工作溫度的要求。最后進行閥門驗證試驗，考核閥門的各項性能指標是否達到標準和規范要求。

2、試驗規定分析

　　(1) 試驗項目

　　超(超) 臨界火電機組鍋爐蒸汽安全閥試驗介質為飽和蒸汽。蒸汽安全閥使用飽和蒸汽作為試驗介質，其動作性能和排量可通過試驗得到驗證，但閥門高溫下的性能卻無法驗證，特別是溫度引起的熱脹冷縮對閥門導向面間隙的影響及高溫對整定壓力的影響等。真空技術網(http://smsksx.com/)認為鑒于再熱器、過熱器安全閥的高溫高壓特點，除了動作性能試驗和排量試驗外，還應增加高溫安全閥的高溫性能試驗。型式試驗順序為強度試驗、動作性能試驗、排量試驗及高溫性能試驗(適用于高溫閥門) 。

　　ASME 規范中規定，安全閥試驗項目有動作性能試驗和排量試驗。動作性能試驗包括整定壓力及偏差、密封性能試驗、超過壓力、開啟高度、啟閉壓差和機械特性。在動作性能試驗各項指標合格后進行排量試驗。

　　(2) 試驗介質

　　蒸汽安全閥動作性能試驗和排量試驗的試驗介質為飽和蒸汽。ASME-I 和ASME PTC-25 對排量認證試驗的介質都有相應的特別規定，排量試驗介質應為最小干度98%，最大過熱度10℃的干飽和蒸汽。

　　(3) 試驗裝置

　　安全閥動作性能試驗和排量試驗應在試驗裝置(圖1) 上進行，ASME 規定，安全閥應按壓力釋放裝置性能試驗規范進行蒸汽排量試驗。

圖1 安全閥排量試驗系統

　　安全閥的排量試驗對試驗系統布置和蒸汽品質要求非常高。試驗時蓄能器和試驗容器之間安裝流量計測量安全閥的排量，試驗容器和管道上安裝熱量計來監測蒸汽的品質。安全閥動作性能試驗時可不安裝流量計，試驗過程中不需要嚴格控制蒸汽的品質，因而不要求安裝熱量計。

　　(4) 型式試驗

　　蒸汽的特點是高壓必然高溫，如過熱器出口安全閥整定壓力32.4MPa、工作溫度605℃。但高溫不一定高壓( 過熱度很高的過熱蒸汽) ，如再熱器出口安全閥工作溫度605℃、整定壓力6.7MPa。模擬閥門的實際工作溫度、工作壓力進行試驗最可信、最可靠，但對于高溫高壓安全閥按實際工況進行試驗是否必要和可行，應該根據標準規范要求，綜合考慮安全閥的口徑、壓力、溫度及試驗裝置的能力來決定安全閥型式試驗的試驗方法。

　　(5) 強度試驗

　　強度試驗是對閥門承壓件進行的試驗項目。在室溫環境下用水作為介質對閥門一次側和二次側施加一定的強度試驗壓力，保壓一段時間后觀察承壓件的外表面有無液體滲漏，承壓件的外形是否變形。

　　(6) 動作性能試驗

　　安全閥動作性能試驗應在蒸汽試驗裝置上進行，國內外的一些安全閥制造商都有各自的安全閥試驗裝置。總體而言，動作性能試驗裝置的能力(壓力、排量及溫度等) 比蒸汽排量試驗裝置要高得多。

　　目前，國內在用的最大蒸汽試驗裝置由一臺工作壓力25MPa、工作溫度450℃、蒸發量5T /h 的鍋爐提供蒸汽，最大試驗壓力18MPa，最大接口DN200，試驗排量達到350T /h。典型的1 000MW超( 超) 臨界火電機組鍋爐安全閥參數見表1。在進行安全閥試驗時，試驗裝置本身的能力限制影響了安全閥的試驗方法。世界知名的安全閥制造商Dresser 和Crosby 都根據其試驗裝置能力對不同壓力的安全閥制定了相應的試驗方法和程序。

表1 超( 超) 臨界1 000MW 火電機組鍋爐安全閥

　　借鑒國外蒸汽安全閥試驗經驗的基礎上，以試驗裝置的試驗能力來探討再熱器和過熱器安全閥的試驗方法。可以將表1 中的安全閥分為兩類進行安全閥的動作性能試驗。①完全蒸汽性能試驗法。安全閥的整定壓力及排量在試驗裝置能力范圍內，如再熱器進出口安全閥，可采用完全蒸汽性能試驗法。

　　試驗時，將閥門安裝在試驗裝置上，調節圈設定在預定位置。調整壓力到要求的整定壓力及偏差范圍內。試驗過程中通過閥座調節圈和導向套調節圈的調節( 或其他調節手段) ，使閥門的超過壓力、開啟高度和啟閉壓差達到設計和規范要求。通過以上調節，閥門的各項性能指標滿足設計要求，試驗過程中閥門無頻跳、顫振和卡阻等有害現象。將調整螺桿、調節圈位置及其他調節機構固定鎖緊后，閥門再重復試驗2 次，以驗證閥門的重復性。

　　②試驗彈簧替代試驗法。安全閥的整定壓力和(或) 排量超過試驗裝置的試驗能力，如過熱器進出口安全閥，采用試驗彈簧替代試驗法，用一根試驗彈簧替代安全閥的實際彈簧進行試驗。用來替代安全閥實際彈簧的試驗彈簧應滿足2 個條件，其一為試驗彈簧必須從被試安全閥產品彈簧系列中選取，其二為選取的試驗彈簧的整定壓力范圍必須與試驗裝置的試驗能力相適應。

　　③試驗程序。根據閥門的整定壓力、流道直徑和試驗裝置的能力選取合適的試驗彈簧。安裝試驗彈簧，采用完全蒸汽性能試驗法進行試驗。將試驗彈簧換成實際彈簧，按規定在高溫下進行壓力整定和密封試驗。

　　(7) 排量試驗

　　安全閥的排量試驗是精確測量安全閥的實際排量。安全閥排量試驗裝置的測量不確定性不得超過測量值的±2%。試驗介質為最小干度98%，最大過熱度10℃的干飽和蒸汽。根據安全閥排量試驗的相關要求，不是所有的蒸汽試驗裝置都可以進行安全閥的排量試驗，只有其試驗裝置經過權威機構的鑒定和認證方可進行排量試驗。表2 列出了ASME 和NB 認可的蒸汽排量試驗室及其試驗能力。

　　試驗測量的排量是安全閥的實際排量，理論排量由計算得出，排量系數是實際排量與理論排量的比值。排量系數與減低系數0.9 的乘積為額定排量系數。額定排量系數是安全閥產品的固定特性，一臺確定的安全閥產品，排量系數是不變的。如某臺1.5G3 安全閥可適用于蒸汽、氣體和液體3 種類型的介質，用于蒸汽時排量系數是0.87，用于氣體時排量系數是0.86，用于液體時排量系數是0.656。安全閥排量系數與壓力無關，排量系數不會因為工作壓力不同而改變。雖然過熱器安全閥的整定壓力很高( 如32. 4MPa) ，但沒必要在如此高的試驗壓力下進行排量試驗，而且此壓力下的蒸汽是過熱蒸汽，與規范要求的排量試驗時介質必須是干飽和蒸汽相矛盾。

表2 ASME 和NB 認可的蒸汽排量試驗室

　　根據表2 中所示的試驗能力，可試驗的安全閥最大口徑為DN100，最大試驗壓力為6.89MPa。顯然，排量系數認證不是針對安全閥系列產品中每個規格/壓力級的閥門逐一進行的試驗，而是在一個閥門系列中選取合適口徑/壓力的閥門進行排量測定，以決定整個系列閥門的排量系數。表3 為部分著名安全閥制造商生產的ASME-I 系列蒸汽安全閥的排量系數。對于過熱器安全閥(表1) ，其排量系數可在較低壓力下通過排量試驗測出閥門的排量系數。

表3 ASME-I 蒸汽安全閥排量認證試驗

　　超( 超) 臨界火電機組鍋爐安全閥中口徑最大的閥門為再熱器進出口安全閥，其規格為6R10。由于口徑較大，超出蒸汽排量試驗裝置的試驗能力，其排量系數用與其結構相同的同系列產品中較小口徑的閥門測量排量系數。如果該6R10 產品是新產品，沒有相同結構的較小口徑的系列閥門，則應該用6R10 縮小的比例模型進行試驗得出排量系數。

　　(8) 高溫性能試驗

　　安全閥動作性能試驗和排量試驗中介質為飽和蒸汽，試驗溫度不會太高。對于高溫安全閥，則應進行閥門在實際工作溫度下的壓力整定和密封試驗。試驗時要求有小容量的高溫高壓試驗裝置。電加熱系統可以滿足試驗的要求( 圖2) 。電加熱鍋爐額定參數額定壓力: 40MPa額定溫度: 650℃額定蒸發量: 200kg /h系統要求: 流量、壓力、溫度可調節試驗時，將安全閥試驗彈簧換掉，裝上實際彈簧。將閥門安裝在高溫高壓試驗裝置中，限定閥門的開高。調整試驗裝置的溫度和壓力，使之達到安全閥的實際工況參數，如605℃，整定壓力為30. 88MPa，維持此狀態20min 以上。對安全閥進行壓力整定調整，并重復2 次。在密封試驗壓力下對安全閥進行密封性能試驗。

圖2 電加熱系統

　　(9) 生產試驗

　　安全閥產品研發階段需進行全面的型式試驗，在安全閥的生產試驗中沒必要對所有試驗項目再進行試驗。蒸汽安全閥的型式試驗和生產試驗中試驗項目見表4。

表4 蒸汽安全閥試驗項目

3、結語

　　建造安全閥蒸汽試驗裝置的費用非常高，高試驗參數試驗裝置所用的容器、閥門和管道等設備的造價將非常的昂貴。不同的安全閥制造廠家擁有試驗裝置能力各不相同，在進行高溫高壓安全閥試驗時，應根據安全閥的口徑、壓力、溫度、試驗裝置的能力來綜合考慮安全閥的試驗方法。但無論采取哪種試驗方法，都應能證明通過各項試驗后的閥門能滿足實際工況要求。目前，我國標準中關于超臨界火電機組安全閥試驗方法還是空白，超( 超) 臨界火電機組鍋爐安全閥的試驗方案可為制定相關標準提供參考。