宁德核电有限公司 福建宁德 355209
摘要 ：主蒸汽安全阀是压水堆核电站主蒸汽系统的超压保护装置。按《蒸汽锅炉安全技术监察规程》、《电站安全阀应用导则》、《定期试验监督大纲》都有类似规定锅炉、压力容器用安全阀每年应至少进行一次排放试验或在线校验。而每次进行在线校验时总会出现2-5台主蒸汽安全阀在线压力整定值超差。本文从各误差来源对主蒸汽安全阀在线校验结果的影响进行分析，对主蒸汽安全阀的在线校验工作提供理论参考和指导。
关键词 ：安全阀，在线校验，误差分析
引言：
主蒸汽安全阀是压水堆核电站主蒸汽系统的超压保护装置，其设计功能是防止一回路超压、过热和过冷。某核电站的主蒸汽安全阀全部采用TYCO/Flow Control GRISS公司提供的LAUQSB-0200型阀门，是一种典型的直接作用弹簧式安全阀。
回顾历年的主蒸汽安全阀在线校验数据，除每台机商运后首次进行在线校验出现半数及以上整定压力值超差（原因为阀门首换料循环内运行环境由冷态变为热态，弹簧刚度有所下降，后续将趋于稳定），每次校验还会出现2-5台整定压力值超差。本文从主蒸汽安全阀的设计功能、结构特性、运行参数入手，对安全阀在线校验各环节可能产生的误差进行系统性分析，为主蒸汽安全阀的在线校验工作提供理论参考和指导。
1、主蒸汽安全阀的基本情况
某核电站每台机组均有三条主蒸汽管线，分别从三个蒸发器二次侧引出，穿过安全壳，经过连接厂房和电气厂房，最终进入汽轮机厂房。主蒸汽安全阀就布置在连接厂房中，每条主蒸汽管线上安装有7台阀门，远离蒸发器的两台整定压力8.4±0.1 Mpa，其余五台整定压力8.6±0.1 Mpa，单台机组安装有21个阀门，4台机组共计84台阀门。
2、在线校验
2.1试验工具
现场采用北京邦备机电有限公司生产的NSH-T型安全阀在线定压仪，该仪器数据采集部分的结构示意图如下：
在进行主蒸汽安全阀在线压力整定试验中，NSH系统的工作原理是：通过三个传感器收集现场数据，汇聚到数据采集器中进行处理和分析，然后送至处理终端－电脑中进行再处理和显示操作。
2.2安全阀在线校验原理
安全阀在线压力整定工具的基本工作原理是利用液压提升力克服阀门弹簧力，施加的提升力被测力元件测量下来，除以密封面积，得出来的压力值（压强）等效成系统压力，加上当时系统压力，得到该安全阀的压力整定值。可以用以下的方程式来表达：
公式中：
Pt：压力整定值
Pv：当时系统压力
F：液压提升力
S：安全阀密封面积
x
3、误差分析
3.1密封面积
其中密封面积的误差最难确定，因为密封件接触面上的质点不可能百分百的绝对接触，实际上是存在着许多细小的流道，介质在这些细小的流道中进行微观的流动，因此密封面积本身就很难十分精确的确定。但是因为压力的连续性，下面的边界条件应该成立：
在密封面的内径，设R1，介质压力为系统压力：Pv；
在密封面的外径，设R2，介质压力为安全阀背压：P0。
通常密封面的宽度很小，在这很小的区间上可以近似认为密封面的压力分布是线性分布的，因此可以得到下面的公式：
由公式5可以看出，密封面越窄、直径越大，其偏差就越小。
安全阀在线压力整定系统采用了一套电脑控制、采样、记录、计算的系统，对于这个系统，一般的误差计算如下：
设：力传感器精度a，量程 A；压力传感器精度b，量程B；放大器最大误差C，A/D转换最大误差D，密封面积S
则：
力测量误差为：X=（A2+C2+D2）0.5 （公式6）
NSH在线定压仪采取在主蒸汽安全阀校验前和校验后各送检一次的校验策略，力值测量误差控制在±0.1%范围内，即精度0.1级。
压力测量误差为：Y=（B2+C2+D2）0.5 （公式7）
主蒸汽安全阀采取实时取压的方式，取现场压力传感器的数据，精度0.1级。
总测量误差为：[（X/S）2+Y2 ]0.5 （公式8）
值得注意的是NSH在线定压仪的每个传感器均对应一个放大系数，各传感器必须和各自标定时所对应的电脑软件和数据采集器一一对应不可混用，否则标定精度将是不真实的，错用到现场会导致主蒸汽安全阀在线校验结果的大面积超差。
3.5传感器精度影响
已知某核电主蒸汽安全阀中径为135.9mm，力传感器量程为5000kgf，YP压力传感器量程10Mpa，在力值测量精度0.1级和压力值测量精度在0.1级时，代入上述的公式8可以得出整套工具的不确定度ΔP为0.12bar。即主蒸汽安全阀整定压力的范围为84±0.88bar和86±0.88bar。
3.6阀门本身偏差的影响
主蒸汽安全阀的定值偏差与力测量误差、系统压力测量误差、安全阀的密封面积误差等均有关系。力和系统压力测量误差可以通过计量标定精确测试。
这里所指的主蒸汽安全阀的定值误差是指安全阀压力整定除了这些因素影响以外，其它归于安全阀本身并且我们无法计算的精度，例如弹簧力、密封面实际压力分布状况、提升部件的对中等因素所产生的影响等。
根据某核电站历年主蒸汽安全阀在线校验的结果，统计分析得出“机组状态相同的情况下，主蒸汽安全阀压力定值的误差为1.49bar”，而其中的0.34bar是由于工具本身、系统压力、安全阀密封面积等的误差所导致的，所以其余的1.15bar则可以归于安全阀本身的误差，即安全阀自身的精度，相比±1bar的验收允差而言精度不高。
4、结语
某核电主蒸汽安全阀每年的在线校验因其自身精度的偏差就达到1.15bar，因此每年的主蒸汽安全阀在线校验出现整定值超差无法完全避免。
经过上述理论分析可以为我们在线校验误差的降低指明了方向。有效实际密封面积的精确测算；试验仪器恒温恒湿库保养；校验前后及时的送检确保精度可靠；传感器与数据处理单元一一对应；对测量曲线进行放大选点，确保所选数据为安全阀的起跳点处；校验时可将位于要求合格整定值边缘的阀门适当往中值调整；校验仪器满6年及时更新替旧；校验完毕后要逐个检查并锁紧安全阀锁紧螺母已锁紧。
5、参考资料：
[1]《安全阀》 周震 中国标准出版社 第二版
[2] 中国机械工业标准汇编 阀门卷（上） 中国标准出版社 第三版
[3] RCC-M 压水堆核岛机械设备设计和建造规则 (2000年版)及2002年补遗
[4] GB/T-12241、GB/T-12242、GB/T-12243
[5] 设备维护使用手册ABW42EOM494X9AB45SS
论文作者:郝一飞,薛峰, 唐磊
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第07期
论文发表时间:2019/8/15
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