电站锅炉安全阀系统的设计

电站锅炉安全阀系统的设计

田吕林

浙江西子联合工程有限公司 浙江省 杭州市 310000

摘要：安全阀（减压阀）是一种全自动闸阀。它不依赖于所有外力，而是利用材料本身的力排出一定量的液体，以避免系统内部结构压力超过预定的安全压力标准。当压力恢复到标准值时，闸阀自动关闭，阻止物质的连续排放。安全阀作为安全泄压的主要维护部件，广泛应用于加热炉发电系统中。当压力容器或压力管道系统的内部结构压力因其他因素上升到极限时，安全阀将自动快速释放压力，以确保所有压力系统始终在相关标准或制造商允许的操作范围内工作，以避免压力容器或压力管道超压操作引起爆炸。因此，安全阀系统的选型和配置是否合理，不仅关系到火电厂和化工企业的合理性，也关系到操作人员的生命安全。

关键词：电站锅炉；安全阀系统；设计

1安全阀的基本概念

PSET安全阀的设定压力，也称为开启压力，是安全阀盘在工作状态下开始上升时的入口压力。在此压力下，中压产生的力与阀瓣的开启阻力相平衡。安全阀出口压力Pd，也称全开启压力，是安全阀阀瓣达到规定开启高度时安全阀进口处的静压，只有当介质压力达到Pd时，安全阀的排量才能达到其额定容量。ASMEBPVC。Ⅰ-2019及国家标准要求PD不大于1.03倍PSET，一般认为PD=1.03 PSET，安全阀泄压、系统压力下降、阀盘与阀座再次接触时，安全阀进口处的静压Pr。阀门开启高度为零，介质停止连续流动。开、关压差ΔPBL为安全阀整定压力与回流压力之差，一般以整定压力的百分比表示。开、关压差越小，系统压力开始下降后，工作介质的排放量就越小，减少工作介质的浪费，但同时也会多次触发太少的安全阀。

2整定压力与工作压力、设计压力的关系

工作压力是指锅炉在最大流量工况下受压元件所受的内压，设计压力是指受压元件所能承受的最大压力，一般可以称为最高允许工作压力，故设计压力应不小于工作压力。设置安全阀是为了防止受压元件实际压力超过设计压力，因此安全阀整定压力应不大于设计压力。锅炉在运行期间，工作压力会波动，而安全阀的起跳不仅会影响锅炉持续的运行，同时频繁起跳对其自身的密封性产生不利影响；另外安全阀在接近整定压力时会有少量泄漏，也就是说安全阀的密封压力会比整定压力略低，结合这2个因素通常安全阀的最低整定压力应等于工作压力的1.05倍，这样三者之间的关系可总结为：锅炉设计压力≥安全阀整定压力≥1.05倍锅炉工作压力。

3电厂锅炉安全阀常见故障及处理

3.1阀门密封面泄露

密封面泄漏是指安全阀的活塞阀和阀座的密封面泄漏超过正常压力下的允许泄漏量。这种常见故障是安全阀的常见问题之一。当安全阀活塞阀和阀座的密封面泄漏时，安全阀的密封效果无法合理发挥，这不仅会导致加热炉内工作压力物质泄漏，还会损坏橡胶密封件。安全阀的密封面通常由金属制成。密封面非常平整，但在材料的工作压力下不便于保证无泄漏。泄漏的主要原因是烟雾、污垢或晶体等污垢粘附在密封面上，导致阀芯和阀座之间出现间隙；密封面质量不合格，材料及其生产精度（安装不合理、规格不合适等）不满足软件环境下高温高压的要求；密封面维修质量不合格，主要原因是阀芯、阀座打磨不符合要求，或多次维修后阀芯、阀座密封面打磨得很薄。多次研磨会降低密封面强度和密封特性。清除方法：经常清除密封面上的污垢，避免杂物堵塞安全阀的排放管；为避免因零件质量、规格不当而造成泄漏，应及时检查阀芯周围的相互配合间隙，确保阀芯顶孔与密封面处于同一轴向度，以完成密封面的有效密封。如有损坏，应立即更换密封面，断开损坏的密封面，根据损坏的密封面解决新的密封面，并按有关规定提高密封面强度，避免再次损坏。维护质量差导致的泄漏通常会损坏密封面。密封面应再次研磨。如果损坏严重，应在铣削后再次研磨，以修复损坏的密封面。

3.2对汽包锅炉的要求

(1)锅炉不得在大于其最高允许工作压力下运行，但其上的安全阀正在排放时允许超压，其超压幅度不应大于最高允许工作压力的6%。(2)每台锅炉应至少装设2个安全阀。(3)各个安全阀的排量之和大于锅炉最大蒸发量。(4)锅炉本体上至少有1个安全阀的整定压力等于或小于设计压力。(5)整定压力最高的安全阀其整定压力不应超过锅炉设计压力的3%。(6)汽包上各个安全阀的整定压力的变化范围不大于最高整定压力的10%。(7)汽包安全阀的排汽量应大于75%。(8)在过热器出口与第1个关断阀之间应装设1个安全阀，在确定安全阀整定压力和排量时，应计入每个泄压阀进口侧之间的压降。(9)再热器安全阀排放量之和不小于再热器的最大设计流量。(10)再热器出口安全阀排量不小于最大流量的15%。

3.3阀体结合面渗漏

阀体熔接面漏水主要是左右阀体熔接面漏水所致。关键因素是：固定在固定熔合面上的螺栓松动或未超过要求的预紧力；阀体齿形密封垫上有轻微的槽痕，齿角规格不规范；阀体熔接面不平或有杂物。拆卸方法：拧紧熔合面上的螺栓。为了保证熔合面间隙的一致性，可采用顶角拧紧的方法固定固定螺栓。同时，准确测量熔合面各部位间隙，立即调整螺栓预紧力，最后拧紧所有固定螺栓。严格监督阀体垫片的质量，拆除切向有槽痕、平整度差的垫片。阀体熔合面不平整造成的泄漏，闸阀解体后应按工艺规程重新打磨，以保证熔合面光滑平整。对于杂物引起的泄漏，应全面清除熔合面，并用包装袋进行包装。闸阀安装时，应清理熔合面，避免杂物粘附。

3.4对直流锅炉的要求

直流锅炉如设有自动控制和蒸汽压力保护连锁装置，除了可以按以上汽包锅炉的安全阀系统配置进行超压保护的设计，更多情况下是按如下要求设计：(1)至少安装1个动力驱动泄压阀。其整定压力为过热器出口设计压力。(2)动力驱动泄压阀排量不小于锅炉最大设计蒸发量的10%。(3)如有相同排放量的备用动力驱动泄压阀，则可在动力驱动泄压阀与锅炉之间装设明杆闸阀型或球型隔离截止阀，以便于检修。(4)动力驱动泄压阀和安全阀的排量之和不小于锅炉最大设计蒸发量。动力驱动泄压阀排放量所计入的比例不应大于30%。(5)安全阀整定压力可以大于所连接部件的设计压力，但当处于排放泄压时锅炉上所有受压件的压力升高部分均不会超过其设计压力的20%。(6)对于直流锅炉安全阀的回座压力不应大于整定压力的10%。(7)在满足一定条件下(PG-67.4.3),动力驱动泄压阀和安全阀的排量之和可以小于锅炉最大设计蒸发量。

3.5安全阀回座压力低

导致安全阀回座压力低的主要因素是：当加热炉内部结构压力过高时，安全阀会逐渐泄放压力，但消耗量过大，物质的持续排放会导致主安全阀逐渐泄放。当物质持续冲击安全阀凸面时，凸面周围会产生一个压力区，然后阀芯会不断向上拉起。阀芯的上升会不断促进安全阀的排放，阀芯上的驱动力会越来越大，安全阀的压力会降低，导致不容易回到阀座上的情况。拆除方法：减小单向节流阀的开启和关闭程度，减少动量安全阀排出的物料，然后降低凸面周围的压力，使动量安全阀立即落座。定期维护阀芯和导向套的规格，调整它们之间的相互配合间隙，避免由于它们之间的间距过小而产生机械能压力区，从而提升阀芯，降低安全阀的回座压力。

4结论

电站锅炉安全阀系统的设计选型关系到锅炉机组的安全性，是锅炉设计中非常重要的一个部分。本文对该系统的设计做了一个全面的阐述，并给出了可以应用于实际工作的具体设计选型方法，希望能够帮助锅炉设计人员更好的理解该系统设计的思路和原则，并做到活学活用。

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