關(guān)于安全閥整定壓力判定方法的討論

孫 琦 丁二喜

(深圳市特種設(shè)備安全檢驗(yàn)研究院 深圳 518029)

安全閥的整定壓力是指安全閥在運(yùn)行條件下開始開啟的預(yù)定壓力，是在閥門進(jìn)口處測量的表壓力。在該壓力下，在規(guī)定的運(yùn)行條件下由介質(zhì)壓力產(chǎn)生的使閥門開啟的力同使閥瓣保持在閥座上的力相互平衡。

整定壓力是安全閥重要的技術(shù)指標(biāo)之一，《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》“E2.2校驗(yàn)項(xiàng)目”規(guī)定安全閥的校驗(yàn)項(xiàng)目包括整定壓力和密封性能，整定壓力試驗(yàn)不得少于3次，每次都必須達(dá)到規(guī)程及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的合格要求。GB/T12243-2005《彈簧直接載荷式安全閥》對整定壓力偏差做出了嚴(yán)格規(guī)定。因此，安全閥整定壓力判定準(zhǔn)確與否對承壓類特種設(shè)備安全至關(guān)重要。

目前，國內(nèi)各特種設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對安全閥整定壓力的判定方法一般有兩種：壓力曲線拐點(diǎn)判定法或聽聲音法；國內(nèi)安全閥型式試驗(yàn)機(jī)構(gòu)(深圳特檢院、合肥通用所、國家泵閥中心)都通過激光測量閥桿位移來判定安全閥的整定壓力；國外安全閥檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)及制造廠(如美國國家鍋爐壓力容器委員會壓力釋放部門NBBI、美國GE能源集團(tuán)梅索尼蘭康索里德公司等)對安全閥整定壓力的判定方法是閥桿的直線位移測量。根據(jù)安全閥整定壓力的定義知，整定壓力就是彈簧作用在閥瓣上的力與閥門進(jìn)口處測量的表壓力一致時(shí)的壓力，但此時(shí)閥瓣有沒有發(fā)生位移即有沒有開高顯示未作定義，如何判定也未作規(guī)定。究竟哪種判定方法更為合理、科學(xué)，需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究與討論。

1 安全閥整定壓力的具體判定方法程序

1.1 壓力曲線拐點(diǎn)判定法或聽聲音法

安全閥校驗(yàn)整定壓力的壓力曲線拐點(diǎn)判定法或聽聲音法一般在校驗(yàn)臺上進(jìn)行，其操作步驟是：緩慢升高安全閥進(jìn)口壓力，當(dāng)達(dá)到預(yù)定整定壓力時(shí)，閥瓣開啟，排出一定量氣體，由于安全閥下氣罐儲氣量有限，校驗(yàn)臺上壓力表急劇下降，壓力表指針?biāo)_(dá)到最大值即為安全閥整定壓力。當(dāng)然，判定時(shí)也結(jié)合安全閥發(fā)出的聲音。顯然，此時(shí)安全閥是已開始泄漏或開啟，開啟高度的大小與閥瓣與閥座間產(chǎn)生動(dòng)量大有關(guān)。閥瓣產(chǎn)生動(dòng)量大，開啟高度高；反之則小。

1.2 開高位移判定法

測量閥桿位移判定安全閥的整定壓力需要在有一定試驗(yàn)容積的試驗(yàn)容器上進(jìn)行，其操作步驟是：緩慢升高安全閥進(jìn)口壓力即試驗(yàn)容器壓力，當(dāng)達(dá)到預(yù)定整定壓力90%時(shí)，控制升壓速率不超過0.01MPa/s，這時(shí)，安全閥可能產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象，也可能不產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象，即使安全閥產(chǎn)生了泄漏現(xiàn)象，只要閥瓣未出現(xiàn)位移，此時(shí)壓力不判定為整定壓力。由于試驗(yàn)容器容積足夠大，同時(shí)在保持一定閥門進(jìn)氣開度情況下，試驗(yàn)容器壓力會繼續(xù)緩慢升高，當(dāng)達(dá)到預(yù)定壓力時(shí)，閥瓣出現(xiàn)位移，閥桿開高出現(xiàn)可辯位移，此時(shí)安全閥進(jìn)口壓力判定為整定壓力?？紤]到位移傳感器的誤差，從實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)比對試驗(yàn)總結(jié)：設(shè)定開高出現(xiàn)0.1mm(對于蒸汽型式試驗(yàn)還要考慮并消除高溫產(chǎn)生熱膨脹的影響)，同時(shí)，開高曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)處所對應(yīng)的壓力值為宜。

2 安全閥整定壓力的具體判定方法分析

兼顧考慮在誤差允許范圍內(nèi)的操作便利性，針對兩種不同方法，哪一種更合理、準(zhǔn)確、科學(xué)，分析與討論如下：

2.1 壓力曲線拐點(diǎn)判定法或聽聲音法

1)從操作過程可以看出，整定壓力曲線拐點(diǎn)判定法本質(zhì)上利用當(dāng)安全閥達(dá)到預(yù)定整定壓力時(shí)，可能出現(xiàn)微量泄漏，由于被檢安全閥下試驗(yàn)容器儲氣量有限，使校驗(yàn)臺上壓力表急劇下降。但是值得注意的是，根據(jù)GB/T12243-2005《彈簧直接載荷式安全閥》“5.6密封性”的相關(guān)規(guī)定，以空氣介質(zhì)為例，在90%整定壓力下，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同的整定壓力下，安全閥是是允許有泄漏的，并規(guī)定了最大允許泄漏率，在此標(biāo)準(zhǔn)下，安全閥密封性能指標(biāo)合格。當(dāng)壓力繼續(xù)上升，達(dá)到90%～100%整定壓力過程中，安全閥的泄漏會進(jìn)一步加大，但泄漏多少是合格標(biāo)準(zhǔn)未作規(guī)定。顯然，根據(jù)操作人員操作手法及經(jīng)驗(yàn)的不同，90%～100%整定壓力中的過程壓力值都可能判定為整定壓力。

2)TSG ZF001-2006《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》“附件G”推薦的安全閥校驗(yàn)系統(tǒng)(氣體)中規(guī)定試驗(yàn)容器容積一般不小于0.5m3，儲氣罐容積一般不小于1m3。但目前各地檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不夠重視，安全閥校驗(yàn)臺很難達(dá)到此項(xiàng)規(guī)定。這樣，在安全閥發(fā)生微量泄漏時(shí)，壓力保不住，壓力表急劇下降，會造成整定壓力判定誤差。

3)安全閥校驗(yàn)的整定壓力曲線拐點(diǎn)判定法通常采用閥瓣猛烈、快速離開閥座時(shí)發(fā)出“砰”的聲音作為輔助判定條件，但是，部分帶調(diào)節(jié)圈安全閥如果安全閥調(diào)節(jié)圈位置不當(dāng)，或部分完全不帶調(diào)節(jié)圈安全閥，由于閥座和閥瓣間無法積聚足夠的能量，安全閥開啟時(shí)不會發(fā)出“砰”的聲音。這樣，校驗(yàn)人員在操作過程中應(yīng)考慮因允許范圍內(nèi)的泄漏引起壓力表指示的下降。

2.2 開高位移判定法

1)從操作過程可以看出，該法本質(zhì)上是當(dāng)安全閥達(dá)到預(yù)定整定壓力時(shí)，閥瓣出現(xiàn)位移，閥桿開高出現(xiàn)可辯位移，此時(shí)安全閥進(jìn)口壓力判定為整定壓力。這里強(qiáng)調(diào)閥瓣出現(xiàn)位移，閥桿開高出現(xiàn)可辯位移。此法在實(shí)際運(yùn)用中更加客觀，影響因素較少。

2)在《泄壓裝置的檢查》 API RP 576中的3.4.13提出“前泄”的概念：前泄是指開啟前，發(fā)生在低于整定壓力的進(jìn)口靜壓而存在于閥座和閥瓣間可壓縮流體的可以聽見或看見的泄漏。從以上定義并根據(jù)實(shí)際型式試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，部分安全閥因設(shè)計(jì)的不同，安全閥在低于整定壓力時(shí)可能會聽見或看見泄漏，此靜壓力俗稱“前泄壓力”。顯然，“前泄壓力”不是整定壓力。而安全閥壓力參數(shù)系列關(guān)系由低到高依次應(yīng)該為：密封壓力-前泄壓力(部分閥門有)-整定壓力-排放壓力。對于有“前泄壓力”的安全閥，如果不采用開高位移判定法，“前泄壓力”就可能誤判定為整定壓力。

3 安全閥整定壓力不同判定方法比對試驗(yàn)

選取型號A48Y-100C、規(guī)格DN150、預(yù)整定壓力6.8MPa、帶下調(diào)節(jié)圈的安全閥，采用壓力曲線拐點(diǎn)判定法或聽聲音法、開高位移判定法兩種方法進(jìn)行安全閥的整定壓力調(diào)整比對試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下：

3.1 校驗(yàn)臺校驗(yàn)第一次試驗(yàn)

緩慢升壓，到達(dá)6.5MPa時(shí)壓力表指針出現(xiàn)停滯不動(dòng)并下降，但沒有閥瓣動(dòng)作聲音也無明顯氣流出來。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，壓力表指針陡降并有閥瓣動(dòng)作聲音檢驗(yàn)員才作判斷，于是該檢驗(yàn)員稍稍開大進(jìn)氣閥壓力表指針繼續(xù)緩慢上升，在6.6MPa時(shí)，壓力表指針再次停滯不動(dòng)并下降，但仍沒有閥瓣動(dòng)作聲音，有明顯氣流出來聲音。經(jīng)過3次試驗(yàn)，過程與結(jié)果均一致，該檢驗(yàn)人員判定安全閥整定壓力為6.6MPa。

3.2 校驗(yàn)臺校驗(yàn)第二次試驗(yàn)

第二次試驗(yàn)更換另外一名安全閥檢驗(yàn)人員執(zhí)行，在緩慢升壓過程中稍稍開大進(jìn)氣閥(升壓速度大于前者)，在6.6MPa時(shí)，出現(xiàn)壓力表指針停滯不動(dòng)并下降，但沒有閥瓣動(dòng)作聲音，也無明顯氣流出來；再次開大進(jìn)氣閥壓力表指針繼續(xù)緩慢上升，在6.7MPa時(shí)，壓力表指針再次停滯不動(dòng)并下降，仍沒有閥瓣動(dòng)作聲音，但有明顯氣流出來聲音；經(jīng)過3次試驗(yàn)，過程與結(jié)果均一致，該檢驗(yàn)人員判定安全閥整定壓力為6.7MPa。

3.3 開高位移判定法試驗(yàn)

該試驗(yàn)在安全閥型式試驗(yàn)裝置上進(jìn)行，試驗(yàn)容器容積3.5m3, 儲氣罐容積7.5m3，測量介質(zhì)空氣。在緩慢升壓過程中，在6.7MPa時(shí)該安全閥沒有閥瓣動(dòng)作聲音，但有明顯氣流出來聲音，閥桿開高顯示為零；繼續(xù)升壓6.8MPa時(shí)，出現(xiàn)0.1mm 的開高顯示，隨后閥瓣離開閥座并發(fā)出“砰”的聲音，從開高曲線上找出“曲線拐點(diǎn)處”對應(yīng)壓力值為6.8MPa。經(jīng)過3次試驗(yàn)，過程與結(jié)果均一致，檢驗(yàn)人員判定安全閥整定壓力為6.8MPa。同時(shí)更換操作人員、改變升壓速度，試驗(yàn)結(jié)果均一致，未出現(xiàn)校驗(yàn)臺上校驗(yàn)結(jié)果不一致的現(xiàn)象。

對于同一只安全閥，在未調(diào)整安全閥的情況下，安全閥的整定壓力測量出現(xiàn)了三個(gè)結(jié)果。究其原因是日常檢驗(yàn)中的安全閥校驗(yàn)臺的試驗(yàn)容器、儲氣罐容積一般不能滿足《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的要求，當(dāng)安全閥規(guī)格較大，出現(xiàn)允許范圍內(nèi)的泄漏或前泄，誤把允許范圍內(nèi)泄漏或前泄時(shí)的靜壓力判定為整定壓力。

4 建議

1)在有條件的情況下，整定壓力的判定應(yīng)采用開高位移判定法；

2)日常校驗(yàn)無法采用開高位移判定法而采用壓力曲線拐點(diǎn)判定法時(shí)，應(yīng)確保安全閥校驗(yàn)臺試驗(yàn)容器、儲氣罐容積滿足《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的要求，以確保消除因允許范圍內(nèi)泄漏或前泄所造成的影響；

3)對于安全閥規(guī)格較大的、設(shè)計(jì)中有前泄現(xiàn)象或校驗(yàn)過程中未出現(xiàn)閥瓣離開閥座發(fā)出“砰”聲音的，為消除允許范圍內(nèi)泄漏或前泄的影響，安全閥安裝使用后，應(yīng)進(jìn)行“升壓實(shí)跳”試驗(yàn)。

1 TSG ZF001-2006 安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 [S]

2 GB/T12243-2005 彈簧直接載荷式安全閥 [S]

3 API RP 576-2009 泄壓裝置的檢查 [S]