王宏伟1 吴疆1 董占国2
1 北京航天动力研究所 北京 100176；2 首都航天机械有限公司 北京 100076
摘要：安全阀是锅炉、压力容器、压力管道等承压类设备上安装的一种超压保护装置，是该类设备上的安全附件之一。它在介质压力超压时自动开启，向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值，使压力回降到工作压力或略低于工作压力。安全阀可将锅炉、压力容器和压力管道的内部压力控制在安全范围内，对人身安全和设备运行起到重要保护作用。
关键词：安全阀；在线校验；技术应用
前 言：安全阀是特种设备重要安全附件，也是保护系统和设备最后一道防线，其广泛应用在电力行业、石化行业以及冶金行业中。安全阀的主要功能在于系统压力大于预定安全值后开启泄压，压力回归正常后自动关闭密封，动作性能要求准确开启、适时全开、稳定排放、及时关闭以及可靠密封。按照相关条例，安全阀应当每年定期进行至少一次校验，安全阀在线校验指的是在不拆卸状态下直接实施校验的方法。
一、安全阀在线校验技术的原理
对弹簧式安全阀来说，开启和闭合的操作基本上都是凭借其中进口端的介质压力变动，加之基本的弹簧预紧力，让其中的阀芯进行开启或者闭合动作。未开启之前，安全阀预紧力和系统截止压力保持平衡。在系统内压持续上升至提升力超出弹簧预紧力的情形下，阀芯会随之克服弹簧预紧力自动开启，排出系统的介质，使得系统内压持续降低。而由于弹簧力所造成的影响，在系统内压下降到安全值的时候，阀芯又随之关闭，系统介质泄放停止，弹簧预紧力和系统介质内压又达到一个新的平衡。根据机理我们可以假设，进行在线测量和调整时，如果外界存在对应的向上附加力，则系统介质内压和附加力之和能够克服弹簧预紧力的状态下，阀芯也能够跟随进行开启操作，从而在不存在介质作用的离线状态下，仅仅凭借有关的附加力而克服预紧力，阀芯也可以实现开启操作，能够看到，如果能对其中的附加力实施准确的测定，就可以根据已知的阀芯和工作压力，更准确的得到开启压力数据，这就是在线校验技术的设计机理。
向下作用于阀瓣中的对应弹簧预紧力为Dd，用于对抗相关的介质作用力P O·S，另外一些则应用于对抗密封件压紧力f 之中，可以保证安全阀保持密封状态。而随着介质压力的逐渐增加，f 慢慢降低，在实际压力数值达到对应开启压力Ps 的状态下，f 为零，此时安全阀开启，满足：Fd=Ps·S。如图。
如果凭借外部作用，而为相关阀瓣提交对应的附加拉力ΔF ，那么除开抵抗相关介质作用力和压紧力，有关预紧力还应当克服对应的附加拉力（如图c 所示）。随着实际附加拉力的逐渐增加，实际存在压紧力逐渐缩减。在压紧力接近于零的状态下，密封阀会逐渐抵达开启状态，此时实际作用和附加力的总和，正好能够克服对应的预紧力（如图d），即：Fd=PO·S + ΔF。
二、安全阀在线校验关键技术
1、安全阀在线校验判开准则。对安全阀实施在线校验时，在线校验装置所带来的附加外力逐渐增加，当附加外力和系统自身介质作用力总和与弹簧预紧力相同时，阀瓣微微打开，因为介质作用面积即刻增加，造成系统自身介质作用第一时间增加，附加外力瞬时降低，当阀瓣达到关闭点后，因为介质作用面积瞬间减小，导致系统自身介质作用力第一时间减小，为确保阀瓣受力平衡，附加外力瞬间反弹，进而产生第二特征点B。
如下图所示，特征点判开法按照安全阀开启时附加外力产生的A 与B 两个特征点对整定压力实施测量。选择特征点法来实施安全阀在线校验需要承压设备中存在一定的介质，对处在整修或是内部不存在介质的设备，在线校验过程中附加压力变化曲线一般不存在特征点A与B，所以特征点判开法在应用过程中依旧会存在局限性，同时不具备统一的标准认可。阀瓣微动法按照国家相关标准中关于安全阀整定压力的定义来判定安全阀开启，即是附加外力作用下阀瓣逐渐上升，开始有可测量的开启高度，另外系统中高压介质因为阀瓣微动存在音频激荡，此时能够判定安全阀处在开启状态。
2、附加外力的施加。安全阀在线校验时因为设备中介质压力没有达到安全阀开启压力，必须要附加外力让安全阀开启，同时对安全阀开启瞬间时附加外力进行准确测量。施加的附加外力方向应当和安全阀阀杆方向保持一致，若出现偏差必然会造成安全阀开启的力仅仅是附加外力沿阀杆方向上的一个分力，导致测量所获得的附加外力比真实情况下偏高，对安全阀在线校验测量精度产生影响。所以必须要尽快的研发出一套相匹配的支撑设备来给附加外力创造一个相对稳定和可靠的环境，我们把这套支撑设备称为安全阀在线校验机械夹具。因为目前化工电力等行业所使用到的安全阀类型较多，结构尺寸各不相同，所以机械夹具应当具备一定的通用性，可以满足各种型号的安全阀。
3、阀瓣有效面积。当我们准确获得安全阀开启瞬间的附加外力之后，必须要按照公式 hsy P= F/A 把附加外力转化成为和设备中介质压力相等同的工作压力。公式中yA 指的是阀瓣面积，但针对安全阀的国家标准中并未对阀瓣结构给出较为清晰的定义，各个安全阀生产厂家所生产的安全阀阀瓣结构尺寸也可能存在一定的差异。所以现阶段市场中对安全阀实施在线校验时基本上都按照过去的经验把安全阀流道直径加上3.5mm 作为阀瓣直径予以计算，即根据公式:
而对应的国家标准规定中针对安全阀流道直径做出了非常清楚的定义，流道直径大小能够直接按照生产企业设置在安全阀上的铭牌中读取。
三、安全阀在线校验技术的流程
安全阀在线校验基本流程为：第一，对作业人员实施安全教育培训，查看作业人员的安全防护设备是否正常；第二，对检测仪器进行查看，确保其处于正常运行状态；第三，及时和调度人员取得联系，保证远传压力能够和现场压力相同，若出现偏差第一时间通知仪表人员实施校验，校验准确后应当以现场压力为准；第四，对安全阀在线校验仪实施安装作业，详细步骤为：①安装机械夹具，拉力位移传感器以及限位强关器；②将液压控制系统和各组信号线进行连接；③开机查看各个组件的配合，同时设置好最大开启高度；第五，安装工作结束之后，输入数据信息，由设备员和调度中心取得联系之后对系统实际运行压力进行核对，上报到安全阀校验人员同时输入主机；第六，对安全阀实施在线校验，详细步骤如下：①确定检测方式；②选择液压提示系统提升阀杆；③显示开启压力读数；④进行反复三次检测，取平均数作为开启数据；⑤对不满足开启压力的安全阀，选择调压螺母实施调整；⑥调整后再检测，以符合规定开启压力为准；⑦对相关数据信息予以记录；第七校验结束后，作业人员应当对接受在线校验的安全阀实施铅封，由使用车间设备员上报调度中心，结束校验。
结束语：
总之，选择安全阀在线测试装置对安全阀实施校验与整定，在很大程度上转变了传统的校验手段，让安全阀调试与测量准确度有进一步的提升，也让获得的整定值更为可靠，操作更加规范，有效降低了劳动强度，也节省了大量的燃料与蒸汽，其安全性能与经济效益非常明显，为各企业的持续健康发展带来了坚实的保障。
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论文作者:王宏伟1,吴疆1,董占国2
论文发表刊物:《防护工程》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/28
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