鴨河口電廠DRESSER安全閥校驗新技術(shù)及應(yīng) 用
Application Of New Technology In verifying Safe Valves Of Power Plant
朱紅兵 廖毛雄 高建峰
（南陽鴨河口發(fā)電有限公司，河南 南陽 474671 ）
[摘要] 介紹鴨河口電廠鍋爐DRESSER安全閥，使用NSH安全閥在線定壓儀新技術(shù)，在機組正常運行的情況下，僅需10分鐘時間即可安全、可靠的完成單臺安全閥在線性能檢測和工作參數(shù)檢測，及起座壓力在線整定。實際應(yīng)用表明：實際升壓實跳驗證，該裝置及技術(shù)校驗整定準(zhǔn)確，操作安全快捷，確保了安全閥校驗時的設(shè)備和操作人員的安全，且經(jīng)濟(jì)效益顯著。
[關(guān)鍵詞] DRESSER安全閥 在線壓力整定 安全經(jīng)濟(jì)效益
Abstract] The principle of on-line performance and working parameters testing by using NSH on-line safety value calibrator are briefed . On –line performance testing , working parameters testing on-line setting of safety value under the operating condition of boiler can be completed within 2-5 seconds by using such kind calibrator. Practical application shows that safety and economy benefits are remarkable.
[Key Words] on-line setting；safety value； calibration curve
0 前言
河南南陽鴨河口發(fā)電有限公司一期工程安裝2×350MW發(fā)電機組，已分別于1998年5月、1998年12月投入商業(yè)運行。鍋爐型式為亞臨界參數(shù)，平衡通風(fēng)W型火焰，強制循環(huán)燃煤鍋爐，由法國STIEN公司設(shè)計，西班牙B&W公司制造。該鍋爐的汽包、再熱器進(jìn)出口管道設(shè)計安裝了9臺由英國DRESSER公司制造的彈簧式安全閥。我公司自2001年12月以來使用NSH安全閥在線定壓儀校驗整定經(jīng)檢修的安全閥，并且經(jīng)實際升壓實跳驗證，該裝置的重復(fù)性誤差和測量誤差均不超過1%，該指標(biāo)符合國家《電力工業(yè)鍋爐壓力容器監(jiān)察規(guī)程》和ASME標(biāo)準(zhǔn)要求，安全性能、經(jīng)濟(jì)效益顯著。
1安全閥的檢驗規(guī)定
按照《電力工業(yè)鍋爐壓力容器監(jiān)察規(guī)程》的要求，鍋爐安裝和大修完畢及安全閥經(jīng)檢修后， 都應(yīng)校驗安全閥的起座壓力。并明確規(guī)定“規(guī)程監(jiān)察范圍：（f）熱力系統(tǒng)壓力容器：高、低壓加熱器、除氧器、各類擴(kuò)容器等”。鍋爐彈簧安全閥的試驗間隔不大于一個小修間隔。《電力工業(yè)鍋爐壓力容器監(jiān)察規(guī)程》（ DL612-1996）9.1.13對使用儀器校驗安全閥有明確規(guī)定：“純機械彈簧式安全閥可采用液壓裝置進(jìn)行校驗調(diào)整，一般在75%～80%額定壓力下進(jìn)行。”
2 安全閥 在線校驗儀 應(yīng)用情況：
在2003年3月21日，我公司#1機組小修后，在機組并網(wǎng)后使用NSH安全閥在線定壓儀校驗鍋爐9臺DRESSER彈簧安全閥（汽包安全閥3臺，再熱器安全閥6臺）， 對9臺DRESSER彈簧安全閥全部校驗完成僅用了2個小時,并且在校驗安全閥的 過程中, 對機組運行中的升降負(fù)荷工況沒有任何影響。我們通過使用NSH安全閥在線定壓儀校驗整定檢修后的這些彈簧安全閥，并用在線定壓儀對同一臺安全閥進(jìn)行多次檢測，并且經(jīng)實際升壓實跳驗證，儀器的重復(fù)性誤差和測量誤差均不超過1%。該指標(biāo)符合國家《電力工業(yè)鍋爐壓力容器監(jiān)察規(guī)程》和ASME標(biāo)準(zhǔn)要求。
2.1在線定壓儀系統(tǒng)構(gòu)成
在線檢測校系統(tǒng)由機械夾具、液壓動力單元和數(shù)據(jù)采集處理單元三大部分組成，彼此相對獨立，由兩條10米長的液壓軟管和兩條10米長的五芯屏蔽電纜互相聯(lián)成一個完整的安全閥測試系統(tǒng)。
2.1.1組合式夾具：保證對待測安全閥實施夾持定位，為液壓動力單元提供施加外力的環(huán)境，采用組合式結(jié)構(gòu)，操作拆卸十分方便。（見圖一）
2.2.2液壓動力單元：提供可調(diào)節(jié)的液壓輸出和流量，最大輸出10MPa，最大提升力為50KN，用以控制外加的提升力和提升速度。
2.2.3 數(shù)據(jù)處理單元：它是測試系統(tǒng)的核心，直接決定系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。
其中，力傳感器采用輪輻式結(jié)構(gòu)，靈敏度極高，精度可達(dá)到0.05% ，壓力傳感器采用高溫型傳感器，工作溫度可達(dá)200~250℃。兩種傳感器均為高輸出式，內(nèi)藏放大器，其線性度、重復(fù)性和抗干擾能力極強。
測試系統(tǒng)采用了二通道低增益，高精度放大電路，智能化A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集電路，可同時采集力、壓力二個參數(shù)，核心部分選用目前市場上先進(jìn)的筆記本電腦（CPU PⅢ600），可繪制曲線并打印測試結(jié)果，具有漢字化的人機對話功能，各測量通道的數(shù)據(jù)均可在屏幕上顯示，在超量程的情況下，確保系統(tǒng)和安全閥的安全。
2.2 操作步驟如下：
見圖二，選擇被測試安全閥，根據(jù)系統(tǒng)安裝圖可方便地完成NSH部件的安裝和連接；在計算機主控窗口上單擊“裝入?yún)?shù)”選定被測安全閥；（見圖三）選擇壓力傳感器測量方式，輸入被測安全閥的基礎(chǔ)壓力值；核對無誤后，單擊“在線定壓”，此時系統(tǒng)提示：“正在測試！請等待！”打開液壓單元電源開關(guān)至“開啟”位置，調(diào)整“系統(tǒng)壓力調(diào)整”旋鈕至計算機指示“所需油壓”值；將換向控制旋鈕旋至“提升”位置，使油缸活塞帶動被測閥的閥桿向上移動；通過觀察閥桿上升或聽到介質(zhì)排泄的聲音，確定閥已開啟后，立即將換向控制旋鈕旋回“復(fù)位”位置，關(guān)閉電源；計算機將自動進(jìn)入結(jié)果顯示窗體，（見圖四）顯示測試曲線、測試時間、開啟壓力、調(diào)整高度等參數(shù)；根據(jù)計算機提示的調(diào)整高度，調(diào)節(jié)定壓螺母；單擊“退出”鈕，重新起動測試程序，得出新的測試曲線和結(jié)果。反復(fù)執(zhí)行上述步驟，直至開啟壓力和整定壓力相差不大于“測量允許誤差” 時，此時計算機顯示“調(diào)節(jié)完畢”，表示測量結(jié)束。
圖三 計算機操作界面 圖四 計算機測驗結(jié)果
3 誤差分析
按照《ASME C4 安全閥》標(biāo)準(zhǔn)PG-72.2 規(guī)定，鍋爐本體（包括汽包、過熱器）整定的起座壓力允許在以下范圍內(nèi)變化：±1%的整定壓力。
圖五 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)簡化框圖
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根據(jù)選用MSC—5101采樣器、傳感器的精度以及放大器設(shè)計精度，測試系統(tǒng)起座壓力度量誤差分析如下。系統(tǒng)簡圖見圖五：
其中：f——物理量（力、壓力） V1V2——中間電量
N——數(shù)字量（力、壓力） K1、K2、K3——各級轉(zhuǎn)換系數(shù)
由：； ；
所以：
按誤差傳遞理論，絕對誤差和相對誤差分別為：
代入實際偏差量：
（拉力傳感器最大誤差） 精度0.05%
（壓力傳感器最大誤差）精度0.2%
（放大器誤差）
（A/D轉(zhuǎn)換器最大誤差）
因而，可以求得提升力和壓力的相對誤差分別為：
根據(jù)開啟壓力計算公式：
其中：P——開啟壓力 PL——系統(tǒng)內(nèi)壓
A——閥門密封面積 f——附加外力
從而可以得出開啟壓力的相對誤差為：
由此可以看出，開啟壓力的相對誤差不僅和附加力、系統(tǒng)內(nèi)壓有關(guān)，而且與密封面積有關(guān)， 就一般而言，安全閥密封面積在50~125，通過計算分析，可以得出：
。
4 安全性、經(jīng)濟(jì)性分析：
4.1安全性分析：
根據(jù)國家質(zhì)量監(jiān)督局鍋爐壓力容器監(jiān)察局頒布的《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定：“在用鍋爐的安全閥每年至少應(yīng)校驗一次” ；國家電力公司頒布的《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求》規(guī)定：“各種壓力容器安全閥應(yīng)定期進(jìn)行校驗和排放試驗”。這些規(guī)定都十分明確了對電站安全閥的定期校驗工作的要求。我們公司以前一直采用人工實跳排放試驗的方法進(jìn)行安全閥校驗，每次實跳試驗都要在壓力容器超壓（高于工作壓力）狀態(tài)下進(jìn)行，但鍋爐汽包、再熱器及過熱器等壓力容器頻繁超壓工作，對壓力容器的損害很大，直接影響到設(shè)備的設(shè)計使用壽命和安全穩(wěn)定性。由于采用人工校驗不能達(dá)到完全的安全規(guī)范，而且經(jīng)過多次實跳，安全閥的彈簧強度會產(chǎn)生疲勞衰減變化，并且安全閥的工作密封面易發(fā)生蒸汽沖刷損傷，從而造成彈簧安全閥的設(shè)計工作壽命縮短，增大了校驗的難度，同時又存在一定的不安全因素。使用NSH安全閥定壓儀進(jìn)行在線校驗，可在介質(zhì)壓力低于60%整定值時校驗安全閥，無需提高系統(tǒng)壓力，防止了因介質(zhì)排放對閥門密封面造成的沖擊損傷，同時避免了鍋爐壓力容器頻繁超壓工作，確保了設(shè)備和操作人員的安全。
4.2 經(jīng)濟(jì)性分析：
4.2.1 2003年3月21日，在我公司#1機組小修啟動并網(wǎng)后，我們對該鍋爐汽包和再熱器的9臺安全閥進(jìn)行起座壓力整定校驗工作。以往對安全閥進(jìn)行起座壓力整定校驗，采取長時間投用燃油的方法提高鍋爐的壓力和溫度，并趕在機組并網(wǎng)前采用實跳的方法測試校驗安全閥的起跳壓力，再根據(jù)每次實跳的壓力值松緊彈簧。采用傳統(tǒng)的人工實跳校驗方法整定安全閥，校驗整定一只安全閥至少需實跳兩三次，多則五六次，校驗一臺安全閥平均要花費2個小時。以往我們單臺鍋爐大修后對汽包和再熱器的9臺安全閥全部進(jìn)行整定校驗工作，大約需要16-18個小時。每小時鍋爐平均燃用25噸輕柴油，每次校驗安全閥要耗用燃油大約400噸，按現(xiàn)在燃油（#0輕柴油）市價2800元/T計算，每次人工校驗的燃油費用大約為：2800×400=1120000元，若加上蒸汽損失、廠用電損耗及人工校驗費等費用，每次人工校驗安全閥的總費用大約需1160000元左右，不但耗費較大，而且增大了發(fā)電成本。
4.2.2 NSH安全閥在線定壓儀可在機組運行的情況下，進(jìn)行在線校驗，僅需2~5 秒時間即可完成對安全閥進(jìn)行在線性能檢測和工作參數(shù)檢測，約需10分鐘即可完成單臺安全閥的在線整定工作。我公司本次完成全部9臺安全閥的校驗工作耗時約120分鐘。機組提前了約16個小時并網(wǎng)發(fā)電，按每小時平均發(fā)電量250MW，每度電價按0.30元計算，只此一項即可產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益約為：0.30×25×104×16 = 1200000元。
人工校驗與NSH在線校驗對比表
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試驗方式
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校驗臺數(shù)
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校驗時間
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校驗耗費
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基礎(chǔ)壓力
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校驗條件
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存在問題
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人工校驗
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9臺
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16H
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116萬
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1.05倍工作壓力
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并網(wǎng)前
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時間長,費用高,不安全
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在線校驗
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9臺
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2.0H
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4.5萬
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0.7倍工作壓力
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并網(wǎng)后
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安全,快捷,費用低
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圖六 人工校驗與在線 校驗效果對比圖
5 結(jié)論
我公司自2001年12月以來經(jīng)過使用NSH安全閥在線定壓儀校驗整定鍋爐DRESSER安全閥，徹底改變了傳統(tǒng)的校驗方法，測量更加精確，定值更加可靠，操作更加規(guī)范，縮短了校驗時間，降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了大量燃油和蒸汽能源，降低了發(fā)電成本，降低了噪音污染，安全性能、經(jīng)濟(jì)效益顯著，為機組安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)地運行提供了可靠的保證。
作者簡介：
朱紅兵 ，1970年生，男，河南南陽人，工程師，從事火電廠生產(chǎn)管理工作。
參考文獻(xiàn)：
[1] Chuanhu Zhang，Kun Liu. New Calibration Technology for Safety Valves of Utility Boiler.Electricity，2001，4.
[2] DL 612-1996 《電力工業(yè)鍋爐壓力容器監(jiān)察規(guī)程》（ DL612-1996）9.1.13
[3] ZBJ 98013-89 《電站安全閥技術(shù)條件》
[4] 勞動部 《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》
[5] ASME C4.100 《安全閥》
[6] 國家電力公司 《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求》