陳祿，張潤軍，邊鋒濤，趙建明，刁培超

(西北電力建設(shè)調(diào)試施工研究所，西安市，710032)

0 引言

安全閥，作為一種防止壓力容器超壓的安全設(shè)備，在電站鍋爐應(yīng)用中的重要性不言而喻，國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對其設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、效驗(yàn)等均有明確的規(guī)定。隨著電站鍋爐技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)設(shè)計(jì)、制造的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)逐漸國際化，普遍采用國際通用的ASME標(biāo)準(zhǔn)［1］，使目前的電站鍋爐相關(guān)規(guī)范已不能完全滿足鍋爐運(yùn)行要求，這也體現(xiàn)在超臨界、超超臨界鍋爐過熱器安全閥的應(yīng)用上。超臨界機(jī)組鍋爐由于其控制水平、蒸汽壓力保護(hù)聯(lián)鎖等功能的不斷提高和完善，機(jī)組的壓力控制理念和安全閥的設(shè)計(jì)思路也發(fā)生了變化，很多超臨界機(jī)組鍋爐的制造均參照ASME等國際標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際工程相關(guān)安全閥的試驗(yàn)方式卻未隨之改進(jìn)，在一定程度上影響了工程建設(shè)。為此，本文將有關(guān)鍋爐過熱器安全閥的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與ASME標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，尋找區(qū)別，為分析、解決工程中存在的問題提供參考意見。

1 過熱器安全閥存在的問題

目前在機(jī)組啟動、試運(yùn)、運(yùn)行過程中，過熱器安全閥主要存在以下幾個(gè)問題。

1.1 安全閥起座壓力高于管道設(shè)計(jì)壓力

DL 612—1996《電力工業(yè)鍋爐壓力容器監(jiān)察規(guī)程》［2］、DL/T 5366—2006《火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計(jì)算技術(shù)規(guī)程》［3］等規(guī)定:對于與過熱器出口集箱相連接的主蒸汽管道，設(shè)計(jì)壓力不應(yīng)小于過熱器安全閥整定壓力的下限值或任何汽包安全閥整定壓力下限值的85%，取兩者中的較大值。換言之，安全閥的起座壓力應(yīng)小于或者等于壓力容器的設(shè)計(jì)壓力。以寶雞二電廠2×660 MW超臨界機(jī)組鍋爐為例，鍋爐額定壓力(運(yùn)行壓力)為 25.4 MPa，壓力控制閥(pressure control valve，PCV)動作壓力是 26.7 MPa，過熱器出口管道設(shè)計(jì)壓力為27.2 MPa，過熱器系統(tǒng)最低安全閥壓力為30.92 MPa，過熱器系統(tǒng)安全閥起座壓力明顯高于設(shè)計(jì)壓力，明顯與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不符合。

1.2 安全閥無法實(shí)現(xiàn)實(shí)跳

DL/T 959—2005《電站鍋爐安全閥應(yīng)用導(dǎo)則》［4］中規(guī)定:安全閥首次經(jīng)在線定壓儀調(diào)整后，應(yīng)對其中起跳值最低的安全閥進(jìn)行實(shí)際起跳復(fù)核，經(jīng)復(fù)核，誤差在規(guī)定的整定壓力偏差以內(nèi)時(shí)，其他使用在線定壓儀校驗(yàn)的安全閥可不必做實(shí)跳試驗(yàn)。文獻(xiàn)［2］中也有規(guī)定:純機(jī)械彈簧式安全閥可采用液壓裝置進(jìn)行校驗(yàn)調(diào)整，一般在75% ～80%額定壓力下進(jìn)行。經(jīng)液壓裝置調(diào)整后的安全閥，應(yīng)至少對最低起座值的安全閥進(jìn)行實(shí)際起座復(fù)核。實(shí)際上，伴隨著鍋爐壓力增加、容量增大，超臨界機(jī)組鍋爐全部采用直流運(yùn)行方式，機(jī)組運(yùn)行壓力達(dá)到75% ～80%額定壓力時(shí)，機(jī)組負(fù)荷450 MW以上，即可利用定壓儀實(shí)現(xiàn)在線整定。過熱器系統(tǒng)安全閥最低起座壓力一般為30 MPa左右，寶雞二電廠2×660 MW超臨界機(jī)組鍋爐過熱器最低壓力為30.92 MPa，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鍋爐設(shè)計(jì)壓力27.2 MPa，所以機(jī)組無法在帶大負(fù)荷階段超壓運(yùn)行進(jìn)行鍋爐安全門整定。近幾年的運(yùn)行實(shí)踐也證明了超臨界機(jī)組無法在空負(fù)荷或者帶小負(fù)荷階段實(shí)現(xiàn)超臨界壓力運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)過熱器安全閥的試跳檢驗(yàn)。國家或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的必須在同一個(gè)系統(tǒng)至少實(shí)跳1個(gè)安全閥，實(shí)際是無法實(shí)現(xiàn)的。

1.3 安全閥的起座壓力與國家標(biāo)準(zhǔn)不同

文獻(xiàn)［2-4］規(guī)定的過熱器安全閥起座壓力如表1所示。

表1 國家標(biāo)準(zhǔn)要求的直流爐安全閥起座壓力Tab.1 Popping pressure of safety valve in concurrent boiler in GB

三大鍋爐廠生產(chǎn)的超臨界鍋爐過熱器安全閥相關(guān)參數(shù)見表2。

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從表2可以看出，三大鍋爐廠的過熱器安全閥最低起座壓力是1.129～1.217倍工作壓力，超過規(guī)范規(guī)定的1.1倍工作壓力，上海鍋爐廠的最高，達(dá)到1.217倍工作壓力。

1.4 安全閥的設(shè)置位置

根據(jù)GB/T 16507—1996《固定式鍋爐建造規(guī)程》［5］和文獻(xiàn)［2］等相關(guān)規(guī)范的規(guī)定:啟動分離器、再熱器進(jìn)口、再熱器出口以及可分式省煤器的出口均應(yīng)該設(shè)置安全閥。而實(shí)際應(yīng)用中卻不盡然，比如哈爾濱鍋爐廠制造的大別山超臨界機(jī)組再熱器進(jìn)口未設(shè)計(jì)安全閥，這種設(shè)計(jì)顯然與規(guī)范不符合。盡管相關(guān)規(guī)范明確規(guī)定，安全閥的起座壓力、數(shù)量、布置由鍋爐制造部門確定，但相關(guān)的現(xiàn)場檢驗(yàn)方式、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)卻未說明可根據(jù)制造特點(diǎn)改變，給機(jī)組試運(yùn)、調(diào)試、運(yùn)行帶來一定的困難。例如華電蒲城電廠2×660 MW超臨界鍋爐在屏過位置設(shè)計(jì)了安全閥，但該位置未設(shè)計(jì)壓力測點(diǎn)(變送器、就地壓力表均未設(shè)計(jì))，根據(jù)規(guī)范安全閥的整定壓力大于7 MPa時(shí)，起跳壓力不能偏離設(shè)計(jì)整定壓力的1%，但由于該位置沒有設(shè)計(jì)就地壓力表或者遠(yuǎn)動集散控制系統(tǒng)，使安全閥的整定工作無可靠、精確的系統(tǒng)運(yùn)行壓力參照值，相應(yīng)的安全閥整定精度也就無法保證。

2 過熱器安全閥的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)比較

本文主要論述超臨界直流鍋爐過熱器安全閥的問題，所以本文引入的ASME標(biāo)準(zhǔn)只涉及直流爐部分。國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［3，6-9］與ASME標(biāo)準(zhǔn)的對比見表3。由表3可以看出:

表3 國標(biāo)和ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范關(guān)于直流鍋爐安全閥試驗(yàn)規(guī)定的對比Tab.3 Comparison of test regulations for safety valve in supercritical boiler superheater between GB and ASME standard

(1)其實(shí)，ASME標(biāo)準(zhǔn)對于汽包爐的規(guī)定和國標(biāo)、行標(biāo)以及現(xiàn)在運(yùn)行機(jī)組的規(guī)程沒有太大偏差，但對于直流爐則有較大的變通，變通的規(guī)定與國標(biāo)、行標(biāo)有比較大的差異。直流爐的配置可以參照汽包爐的配置，但在自動控制、蒸汽壓力保護(hù)聯(lián)鎖可靠的情況下，配置可有較大變通。所以表3中前4項(xiàng)ASME標(biāo)準(zhǔn)的前提是:直流鍋爐裝有自動控制和蒸汽壓力保護(hù)聯(lián)鎖裝置，這些裝置是投入使用的，而且現(xiàn)在這些相關(guān)設(shè)備的質(zhì)量都已經(jīng)得到提高，在控制安全有保證的情況下，相應(yīng)的硬件配置(例如安全閥)是可以優(yōu)化或者變通的。ASME標(biāo)準(zhǔn)的另一個(gè)特點(diǎn)是注重直流爐本身的特性，例如直流爐蓄熱性比汽包爐低等。

(2)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)范認(rèn)為，鍋爐的安全門整定壓力應(yīng)該不大于管道的設(shè)計(jì)壓力，機(jī)組在安全門的整定壓力以下運(yùn)行，不會超壓，應(yīng)該是安全的。而ASME標(biāo)準(zhǔn)則對此區(qū)別對待，常規(guī)的汽包爐，安全閥整定壓力大于管道設(shè)計(jì)壓力，但直流爐在自動化控制水平和壓力保護(hù)聯(lián)鎖裝備可靠的情況下，機(jī)組設(shè)計(jì)壓力可以低于安全閥的整定壓力。比如，表2國電寶二2×660 MW超臨界機(jī)組鍋爐主蒸汽管道設(shè)計(jì)壓力為27.2 MPa，但過熱器安全閥最低整定壓力為30.92 MPa。于此同時(shí)，通過防止超壓保護(hù)措施(例如系統(tǒng)報(bào)警、燃料閉鎖、給水閉鎖、壓力補(bǔ)償、壓力高主燃料跳閘(master fuel trip，MFT)等以及PCV動作來保護(hù)機(jī)組安全。ASME標(biāo)準(zhǔn)對動力驅(qū)動泄壓閥(比如PCV)的容量也做了限制，所有動力驅(qū)動泄壓閥總排放量不應(yīng)小于10%最大設(shè)計(jì)蒸發(fā)量，當(dāng)蒸汽壓力大于管道設(shè)計(jì)壓力時(shí)，PCV應(yīng)該動作，確保機(jī)組不超壓。表2中華電蒲城電廠采用東方鍋爐廠鍋爐，額定運(yùn)行主汽壓力為25.4 MPa，PCV動作壓力為27.1 MPa，主汽壓力為28.302 MPa，機(jī)組MFT切斷主燃料、給水，安全門整定壓力最低為30.23 MPa?？梢钥闯?，當(dāng)主汽壓力超過運(yùn)行值，機(jī)組首先實(shí)施報(bào)警、切斷給水、燃料閉鎖等控制措施，壓力繼續(xù)升高PCV會動作，當(dāng)主汽壓力達(dá)到28.302 MPa時(shí)，鍋爐MFT，通過壓力保護(hù)聯(lián)鎖來確保設(shè)備安全。

(3)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)范對安全閥的起座壓力定義為機(jī)組運(yùn)行壓力的倍數(shù)，而ASME標(biāo)準(zhǔn)則是將安全閥的起座壓力定義為機(jī)組主鋼印壓力(按照設(shè)計(jì)參數(shù)下得材料應(yīng)力計(jì)算的管道設(shè)計(jì)壓力)的倍數(shù)，兩者差異的結(jié)果則是安全閥起座值偏差很大，這在很大程度上削弱了國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)意義。

(4)通過以上分析，可以基本確認(rèn)，超臨界機(jī)組過熱器安全閥的整定壓力是可以高于管道設(shè)計(jì)壓力的，這樣是無法在鍋爐運(yùn)行不超壓的情況下在線對過熱器安全閥進(jìn)行試跳的，但國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對于安全閥試跳基本都是統(tǒng)一要求的，必須試跳。文獻(xiàn)［1］作了明確說明，如果從機(jī)組鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行安全性方面考慮，在閥門提升量可以得到保證、安全閥啟閉座控制元件得到確認(rèn)、安全閥整定試驗(yàn)方式得當(dāng)，是可以不用試跳的，這樣的規(guī)定本文認(rèn)為比較科學(xué)，也符合工程需要和實(shí)際情況。

(5)文獻(xiàn)［4］對安全閥的定義為:是一種自動閥門，它不借助任何外力而利用介質(zhì)本身的力來排除一定數(shù)量的流體，以防止系統(tǒng)內(nèi)部壓力超過預(yù)定的安全壓力數(shù)值。當(dāng)壓力恢復(fù)正常值后，閥門自行關(guān)閉并阻止介質(zhì)繼續(xù)流出?？芍?，文獻(xiàn)［4］所說的安全閥，一般僅指彈簧式安全閥，不包括PCV、緊急泄壓閥(emergency relief vlave，ERV)等，所有彈簧安全閥的總?cè)萘吭趪覙?biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定是大于100%鍋爐最大連續(xù)出力(boiler maximum continuum rate，BMCR)的。但是ASME標(biāo)準(zhǔn)還包括PCV，如果配置能達(dá)到表3第3條所說的內(nèi)容，總?cè)萘恳部梢缘陀?00%。

(6)還有一點(diǎn)要說明的是，盡管國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對安全閥整定壓力、容量、設(shè)置位置等規(guī)定中說明了可以按鍋爐廠規(guī)定執(zhí)行，但還有大量的規(guī)定內(nèi)容還是和ASME標(biāo)準(zhǔn)有很大差別。而且，實(shí)際上目前國內(nèi)運(yùn)行的超臨界機(jī)組鍋爐安全閥的配置也是消化、吸收ASME標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行的，導(dǎo)致客觀上現(xiàn)狀和國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不符合(見表1和表3)。

3 結(jié)論

隨著火電機(jī)組控制水平、自動化水平及設(shè)備質(zhì)量的不斷提高，超臨界機(jī)組控制理念和安全閥設(shè)計(jì)思路發(fā)生了變化，使機(jī)組過熱器安全閥在整定壓力、現(xiàn)場試驗(yàn)(如實(shí)跳)、容量配置、位置設(shè)定等方面和目前的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范有一些偏差。一方面應(yīng)該科學(xué)對待這些由于火電技術(shù)提高所帶來的差異，合理應(yīng)用規(guī)范，避免在工程應(yīng)用中造成損失，另外一方面，應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，逐漸完善、優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，使之能更好地指導(dǎo)工程建設(shè)。

［1］ASME.Boiler and Pressure Vessel CodeⅠRules for Construction of Pow er Boilers［S］.New York，US:The American Society of Mechanical Engineers，2010.

［2］DL 612—1996電力工業(yè)鍋爐壓力容器監(jiān)察規(guī)程［S］.北京:中國電力出版社，1996.

［3］DL/T 5366—2006火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計(jì)算技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國電力出版社，2006.

［4］DL/T 959—2005電站鍋爐安全閥應(yīng)用導(dǎo)則［S］.北京:中國電力出版社，2005.

［5］GBT 16507—1996固定式鍋爐建造規(guī)程［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1996.

［6］GB 12242—1989安全閥性能試驗(yàn)方法［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989.

［7］GBT 12241—2005安全閥一般要求［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

［8］JB/T 9624—1999電站安全閥技術(shù)條件［S］.北京:中國電力出版社，1999.

［9］DL 647—2004電站鍋爐壓力容器檢驗(yàn)規(guī)程［S］.北京:中國電力出版社，2004.

［10］中華人民共和國國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.質(zhì)技監(jiān)局鍋發(fā)［1999］154號壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999.

［11］中華人民共和國勞動部.勞部發(fā)［1996］276號 蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1996.