一種測試蒸汽安全閥排量的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于系統(tǒng)干度控制的蒸汽安全閥排量試驗(yàn)裝置與方法。本裝置主要由直流鍋爐、汽水分離器、儲(chǔ)能器和試驗(yàn)容器依次相連而成。通過調(diào)節(jié)蒸汽集箱上調(diào)節(jié)閥的開度穩(wěn)定鍋爐出口蒸汽壓力，以解決不同規(guī)格的安全閥試驗(yàn)時(shí)鍋爐蒸汽供應(yīng)量和儲(chǔ)能器增壓需求蒸汽量之間的不平衡；調(diào)節(jié)儲(chǔ)能器和試驗(yàn)容器之間的調(diào)節(jié)閥開度以實(shí)現(xiàn)被測蒸汽安全閥的穩(wěn)定排放；安全閥排量測試過程中，鍋爐在壓力控制下持續(xù)向儲(chǔ)能系統(tǒng)供氣，使儲(chǔ)能器在測試過程中維持足夠的壓力，從而減小儲(chǔ)能器的體積，降低裝置建造成本；調(diào)節(jié)直流鍋爐的負(fù)荷來改變鍋爐出口蒸汽的過熱度，以滿足排量試驗(yàn)中蒸汽品質(zhì)的要求。該試驗(yàn)裝置和方法具有操作彈性強(qiáng)、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、測試精度高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種測試蒸汽安全閥排量的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測試蒸汽安全閥排量的試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法，特別涉及一種基于系統(tǒng)干度控制的蒸汽安全閥排量試驗(yàn)裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]蒸汽安全閥作為閥門類的重要產(chǎn)品和核電、熱電及化工承壓設(shè)備和管道的安全附件，對(duì)核電、熱電和化工等企業(yè)的安全運(yùn)行起著舉足輕重的作用，是承壓設(shè)備的最后一道被動(dòng)安全措施。如果蒸汽安全閥失效，往往會(huì)造成災(zāi)難性的后果。例如，穩(wěn)壓器安全閥是核電站一回路部分系統(tǒng)中最重要的閥門之一，是保證反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)及其相連管道和設(shè)備安全的關(guān)鍵設(shè)備，蒸汽安全閥的可靠運(yùn)行一直是核電、熱電和化工等領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)問題。
[0003]安全閥是“小閥門、大裝置”。安全閥熱態(tài)試驗(yàn)裝置包含鍋爐、容器、控制閥和控制系統(tǒng)，造價(jià)近億元，試驗(yàn)技術(shù)遠(yuǎn)比安全閥本身復(fù)雜得多。目前，安全閥熱態(tài)試驗(yàn)主要是依照美國ASME PTC25標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了對(duì)試驗(yàn)過程和測試精度的要求，但如何實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程則是一大挑戰(zhàn)。安全的試驗(yàn)包括安全閥動(dòng)作性能試驗(yàn)和排量試驗(yàn)。其中的排量試驗(yàn)是測試安全閥在排放壓力下的排量，進(jìn)而計(jì)算安全閥的排量系數(shù)。此排放系數(shù)是安全閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是安全閥的重要參數(shù)。蒸汽安全閥的排量試驗(yàn)的主要挑戰(zhàn)一是對(duì)安全閥排放時(shí)的蒸汽品質(zhì)有著嚴(yán)格的而要求:飽和蒸汽的干度大于98%或者蒸汽的過熱度小于10度。另夕卜，排量試驗(yàn)的測試精度要求高:最終排量測量的偏差應(yīng)不超過測量值的±2.0%。
[0004]安全閥熱態(tài)試驗(yàn)裝置最早出現(xiàn)在美國。目前美國Tyco公司分別在Stafford、Wrentham等地建有安全閥熱態(tài)試驗(yàn)裝置，ASME PTC25中關(guān)于安全閥試驗(yàn)部分的內(nèi)容由這三個(gè)裝置的實(shí)驗(yàn)工程師參與制定，但只有Wrentham的試驗(yàn)臺(tái)具有蒸汽安全閥排量測試能力。Wrentham試驗(yàn)臺(tái)的蒸汽安全閥排量測試采用大體積的高壓儲(chǔ)蒸汽能器以保證蒸汽安全閥排量測試過程的流量穩(wěn)定；通過設(shè)置高壓儲(chǔ)能器的壓力、溫度等參數(shù)保證排量測試過程中蒸汽的品質(zhì)滿足ASME PTC25的要求。但由于被測不同規(guī)格的閥門的性能參數(shù)存在較大差異，預(yù)先設(shè)置的高壓儲(chǔ)能器的壓力和蒸汽干度值在實(shí)際操作時(shí)常難以滿足測試要求，需要反復(fù)調(diào)試，操作彈性差，對(duì)操作人員要求高。大體積高壓儲(chǔ)能器造成裝置造價(jià)高昂。
[0005]國家特種泵閥工程技術(shù)研究中心具有安全閥的試驗(yàn)資質(zhì)，但沒有以蒸汽為介質(zhì)的熱態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)。國內(nèi)共有3套熱態(tài)安全閥試驗(yàn)裝置，都采用試驗(yàn)裝置整體升壓直至安全閥起跳，進(jìn)而測量安全閥機(jī)械性能的方法，安全閥業(yè)內(nèi)稱之為“自由膨脹法”。三套裝置分別建在上海閥門廠、哈爾濱鍋爐有限公司、中國船舶工業(yè)711所。以上3套熱態(tài)安全閥試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法均無法保證安全閥排量試驗(yàn)過程蒸汽流量穩(wěn)定性(±2.0%)和對(duì)測試蒸汽品質(zhì)的要求，無法準(zhǔn)確測量安全閥的排量系數(shù)。所以，中國尚沒有安全閥熱態(tài)試驗(yàn)裝置能夠測量蒸汽安全閥的排量系數(shù)。安全閥的排量系數(shù)是安全閥設(shè)計(jì)的核心，決定了安全閥的設(shè)計(jì)。我國由于沒有可以測試安全閥熱態(tài)排量系數(shù)的試驗(yàn)裝置和技術(shù)，整個(gè)行業(yè)的技術(shù)水平和美國存在較大差距。
[0006]美國專利N0.4893494介紹了一種測量安全閥整定壓力的裝置和方法。一個(gè)小型的實(shí)驗(yàn)容器和被測安全閥相連；一個(gè)較大的容器儲(chǔ)存高壓流體。該裝置和方法適用于水和空氣安全閥的測量，不適用于蒸汽安全閥的排量測量。
[0007]美國專利US2010/0281954A1介紹了一種安全閥熱態(tài)試驗(yàn)裝置和相應(yīng)的測試方法。儲(chǔ)能器通過管道和實(shí)驗(yàn)容器相連，管道上有閥門控制實(shí)驗(yàn)容器的壓力。實(shí)驗(yàn)容器上安裝的被測安全閥的出口通過管道和儲(chǔ)水罐相連；管道的末端加工成噴頭形狀，埋入儲(chǔ)水罐的水中。通過泵將儲(chǔ)水罐中的水打入儲(chǔ)能器中，從而使該試驗(yàn)裝置形成一個(gè)封閉系統(tǒng)。安全閥測試時(shí)，將實(shí)驗(yàn)容器、儲(chǔ)能器、儲(chǔ)水罐預(yù)先加入去離子水，然后開啟儲(chǔ)能中的電加熱器，生成高壓蒸汽。將高壓蒸汽通入到實(shí)驗(yàn)容器中，使實(shí)驗(yàn)容器升壓直至安全閥起跳。此安全閥熱態(tài)試驗(yàn)無鍋爐、投資小。但此種方法采用電加熱儲(chǔ)能器中的水來產(chǎn)生蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽為濕飽和蒸汽，不符合ASME PTC25標(biāo)準(zhǔn)對(duì)蒸汽品質(zhì)的要求。另外，由于蒸汽安全閥排量試驗(yàn)時(shí)間長，通過儲(chǔ)水罐中的水將如此大量的蒸汽冷凝是非常困難的，儲(chǔ)水罐的體積和儲(chǔ)水量將是巨大的，成本和造價(jià)非常高。
[0008]實(shí)用新型專利CN202057301介紹了一種安全閥開高的激光測量裝置，包括激光位移測量單元、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)和多自由度可調(diào)支架。雖然激光測量屬非接觸測量，響應(yīng)快。但試驗(yàn)過程中，安全閥上部釋放出的蒸汽將會(huì)對(duì)激光有較大干擾，用激光精確測量安全閥的開高存在困難。
[0009]實(shí)用新型專利CN201259471Y介紹了安全閥試驗(yàn)可調(diào)位移排氣管裝置，解決了現(xiàn)有安全閥試驗(yàn)排氣管裝置存在的無法直接與不同規(guī)格及型號(hào)的安全閥配合使用，且排氣管位移不可調(diào)的問題。
[0010]綜上所述，目前蒸汽安全閥的排量試驗(yàn)技術(shù)存在嚴(yán)重缺陷。隨著核電、熱電和石化工業(yè)的發(fā)展，對(duì)蒸汽安全閥排量試驗(yàn)技術(shù)提出了更高的要求。所以，針對(duì)蒸汽安全閥的排量測試，需要著力解決現(xiàn)有測試技術(shù)中投資大、操作彈性差等問題，建立高精度的蒸汽安全閥的排量測試裝置和方法，這將對(duì)確保蒸汽安全閥的質(zhì)量并進(jìn)而保證重大、高危承壓裝備的安全和長周期穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種符合ASME PTC25標(biāo)準(zhǔn)要求的蒸汽安全閥排量試驗(yàn)裝置和相應(yīng)的測試工藝方法。將直流鍋爐、儲(chǔ)能器和試驗(yàn)容器依次相連，預(yù)先設(shè)定鍋爐的工作壓力。通過調(diào)節(jié)蒸汽集箱上調(diào)節(jié)閥的開度這一技術(shù)措施穩(wěn)定鍋爐出口蒸汽壓力以解決不同規(guī)格的安全閥試驗(yàn)時(shí)鍋爐蒸汽供應(yīng)量和儲(chǔ)能器增壓需求蒸汽量之間的不平衡；通過調(diào)節(jié)儲(chǔ)能器和試驗(yàn)容器之間的調(diào)節(jié)閥開度以實(shí)現(xiàn)被測蒸汽安全閥的穩(wěn)定排放；安全閥排量測試過程中，鍋爐在壓力控制下持續(xù)向儲(chǔ)能系統(tǒng)供氣，使儲(chǔ)能器在測試過程中維持足夠的壓力，從而減小儲(chǔ)能器的體積，降低裝置建造成本；調(diào)節(jié)直流鍋爐的負(fù)荷來改變鍋爐出口蒸汽的過熱度，以滿足不同規(guī)格的蒸汽安全閥對(duì)蒸汽品質(zhì)的要求。該試驗(yàn)裝置和方法具有操作彈性強(qiáng)、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、測試精度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0012]本發(fā)明主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0013]一種蒸汽安全閥排量試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的試驗(yàn)裝置包括:一個(gè)為整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置提供蒸汽的直流鍋爐1，一個(gè)蒸汽輸出集箱2，一個(gè)穩(wěn)定直流鍋爐壓力并分離鍋爐啟動(dòng)過程中產(chǎn)生的液態(tài)水的汽水分離器6，一個(gè)儲(chǔ)存高壓蒸汽并補(bǔ)充蒸汽到安全閥實(shí)驗(yàn)容器的儲(chǔ)能器10，一個(gè)試驗(yàn)容器29，依次通過管道連接；蒸汽輸出集箱2通過管道與調(diào)節(jié)閥3相連，通過調(diào)節(jié)閥3開度的變化調(diào)節(jié)輸出集箱2的壓力；汽水分離器6、儲(chǔ)能容器10的底部分別安裝有用于裝置蒸汽預(yù)熱過程中冷凝水排放的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥7、13，試驗(yàn)容器29的底部設(shè)置一個(gè)冷凝水儲(chǔ)罐及氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥32 ;蒸汽輸出集箱2、儲(chǔ)能容器10、試驗(yàn)容器29上分別安裝有壓力測量裝置5、11、22和溫度測量裝置4、12、23 ;汽水分離器6和儲(chǔ)能器10之間安裝有電動(dòng)閘閥8和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥9，電動(dòng)閘閥8用于緊急事故工況下切斷汽水分離器6和儲(chǔ)能器10的蒸汽輸送，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥9用于調(diào)整進(jìn)入儲(chǔ)能器10的蒸汽量，控制儲(chǔ)能器10的升壓和升溫速度；儲(chǔ)能器10上安全裝有快速放空閥門14 ;儲(chǔ)能器10和試驗(yàn)容器29之間安裝有氣動(dòng)球閥15，用于開啟或切斷儲(chǔ)能器10和試驗(yàn)容器29之間的蒸汽輸送；試驗(yàn)容器29前有一段直管道33，安裝有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥16，用于調(diào)節(jié)和穩(wěn)定試驗(yàn)容器29的壓力；在調(diào)節(jié)閥16之后，在直管道33上安裝有壓力測量裝置17，孔板流量計(jì)18，差壓變送器19，蒸汽干度測量裝置20，溫度測量裝置21，以上17、18、19、20、21的測量值經(jīng)過計(jì)算可獲得蒸汽安全閥排放時(shí)的流量，試驗(yàn)容器29安裝有一個(gè)隔離閥27，被測安全閥25安裝于隔離閥27上，隔離閥27進(jìn)出口管路安裝有一蒸汽干度測量裝置28 ;—個(gè)消音器26與被測安全閥25出口相連，將蒸汽泄放過程的噪音降到環(huán)保法規(guī)規(guī)定的分貝數(shù)；一個(gè)快速放空閥門24，通過管道與實(shí)驗(yàn)容器29相連，通過控制系統(tǒng)安全聯(lián)鎖設(shè)置保護(hù)被測安全閥25不會(huì)超壓破壞；一個(gè)壓力測量裝置22和溫度測量裝置23安裝在試驗(yàn)容器29上，用以測量安全閥排放時(shí)的溫度和壓力值；一個(gè)液位傳感器31安裝于冷凝水儲(chǔ)罐30上，用于測量冷凝水的液位；一套PLC控制系統(tǒng)34通過數(shù)據(jù)線與所述的試驗(yàn)裝置相連，實(shí)現(xiàn)安全閥泄放過程中數(shù)據(jù)的快速采集并保證整個(gè)裝置的安全、穩(wěn)定運(yùn)行；
[0014]所述的直流鍋爐I包括鍋爐主體、反滲透水處理系統(tǒng)、除氧熱水箱及其自控件、一套鍋爐給水泵及水泵潤滑系統(tǒng)；燃料可為天然氣或柴油；鍋爐的排量不低于5ton/h，蒸汽過熱度精度為±3°C，蒸汽過熱度在50°C內(nèi)可調(diào)，干度>98% ；
[0015]所述輸出集箱2為壓力儲(chǔ)罐,體積為0.8?L 5m3,優(yōu)選Im3 ；
[0016]所述的汽水分離器6為高溫、高壓容器,容積為2?5m3，優(yōu)選3m3 ；
[0017]所述的儲(chǔ)能器10為高溫、高壓容器，容積為5?15m3，優(yōu)選IOm3 ；
[0018]所述的試驗(yàn)容器29為高溫、高壓容器，容積為2?8m3，優(yōu)選5m3 ；
[0019]所述的電動(dòng)閘閥8,公稱通徑為50?100mm,優(yōu)選80mm ；
[0020]所述氣動(dòng)球閥15,公稱通徑100-200mm,優(yōu)選150mm ；
[0021]所述直管道33的公稱直徑100-200mm，優(yōu)選150mm ；
[0022]所述壓力測量系統(tǒng)5、11、17、22包括:一條將高壓蒸汽引入到立式儲(chǔ)水罐37中的U型引壓管35，引壓管35的最低處安裝有排污閥47，便于試驗(yàn)結(jié)束后排出冷凝水；儲(chǔ)水罐的頂部有放空閥36，底部有排污閥46，便于試驗(yàn)結(jié)束后排出冷凝水，以減緩設(shè)備和儀表的腐蝕；引壓管35的公稱直徑為25mm，儲(chǔ)水罐37的引壓管進(jìn)口位置比U型引壓管35最低處高150?300mm,優(yōu)選200_ ;儲(chǔ)水罐37的頂端比U型引壓管35的最高處低150?300mm,優(yōu)選200_ ;在蒸汽引入儲(chǔ)水罐37之前預(yù)先在儲(chǔ)水罐中灌滿水，通過測量儲(chǔ)水罐中的水壓達(dá)到測量試驗(yàn)容器中蒸汽壓力的目的；儲(chǔ)水罐上安裝有壓力變送器39、41和壓力表38、40，測量精度分別為±0.04%和±0.1%，測量所得模擬信號(hào)送至控制系統(tǒng)；在壓力變送器和壓力表和儲(chǔ)水罐37之間安裝有儀表角閥，分別為42、43、44、45，便于在測試過程中壓力變送器和壓力表的拆卸；
[0023]所述電動(dòng)調(diào)節(jié)閥9、16為等百分比電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，包括遠(yuǎn)程控制的手操器和智能定位器，閥體口徑為100?200，優(yōu)選150_。
[0024]所述差壓變送器19精度為±0.1%。
[0025]所述蒸汽干度測量裝置20、28為節(jié)流干度計(jì)，精度為±0.5%，節(jié)流干度計(jì)插入深度為測試位置處的管子的中心線。
[0026]所述的溫度測量裝置4、12、21、23為熱電偶，分辨率不低于0.5°C。
[0027]所述隔離閥27為氣動(dòng)球閥，公稱通徑為100?200mm，優(yōu)選150mm ；
[0028]所述消音器26為立式消音器，采用阻抗復(fù)合式消音原理，消音器中流體最大壓降小于0.2bar,消音器出口水平距離25米處噪音值小于65分貝；
[0029]所述快速放空閥門14、24為氣動(dòng)球閥，公稱通徑為50mm，全行程時(shí)間為0.5?ls，優(yōu)選0.8s ；
[0030]所述氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥7、13、32的閥口徑為6.25mm,閥門啟閉時(shí)間I?3s，優(yōu)選2s ；
[0031]所述冷凝水儲(chǔ)罐30，內(nèi)徑為150?250_，優(yōu)選200_，容積為0.005?0.0lm3,優(yōu)選 0.008m3。
[0032]所述液位傳感器31，最大液位測量值為500mm，測量精度為土 1mm。
[0033]所述的控制系統(tǒng)34為PLC。PLC系統(tǒng)內(nèi)CPU單元支持中斷控制、間接尋址、內(nèi)置PID、字長為32bit。PLC系統(tǒng)49為西門子CPU315-2DP，是中央處理單元的控制器系統(tǒng)。
[0034]本發(fā)明還提供一種基于上述試驗(yàn)裝置的安全閥熱態(tài)機(jī)械性能試驗(yàn)方法，包括如下步驟:
[0035](I)直流鍋爐I從冷態(tài)啟動(dòng)，鍋爐水進(jìn)入鍋爐，開啟汽水分離器6下方的調(diào)節(jié)閥7排放冷凝水；
[0036](2)直流鍋爐I點(diǎn)火后爐內(nèi)水溫將逐漸升高，蒸汽逐漸產(chǎn)生，當(dāng)蒸汽溫度達(dá)到150°C時(shí)，關(guān)閉電動(dòng)開關(guān)閥8，通過控制調(diào)節(jié)閥3的開度使鍋爐出口壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值；打開電動(dòng)開關(guān)閥8，控制調(diào)節(jié)閥9的開度，向儲(chǔ)能器10和試驗(yàn)容器29進(jìn)行預(yù)熱升壓，預(yù)熱升壓過程每隔半小時(shí)左右開容器底部的調(diào)節(jié)閥7、13、32，排放冷凝水；預(yù)熱升壓過程結(jié)合疲勞分析設(shè)計(jì)要求，控制容器內(nèi)外壁溫不超過50°C ；
[0037](3)當(dāng)儲(chǔ)能器10以及試驗(yàn)容器29的壓力達(dá)到80%被測蒸汽安全閥的整定壓力時(shí)，關(guān)閉試驗(yàn)容器29入口氣動(dòng)球閥15，停止對(duì)試驗(yàn)容器29升壓；
[0038](4)繼續(xù)對(duì)儲(chǔ)能器10升壓到目標(biāo)壓力及過熱度，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥9，停止對(duì)儲(chǔ)能器10升壓，將鍋爐壓力穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值；如儲(chǔ)能器蒸汽質(zhì)量不滿足試驗(yàn)要求(即濕度太高或過熱度太高)，改變鍋爐的負(fù)荷并通過放凈(開快速放空閥14)及補(bǔ)充新鮮蒸汽(開啟調(diào)節(jié)閥9)調(diào)節(jié)儲(chǔ)能器蒸汽質(zhì)量；
[0039](5)打開試驗(yàn)容器進(jìn)口氣動(dòng)球閥15，緩慢開啟試驗(yàn)容器29進(jìn)口處調(diào)節(jié)閥16，繼續(xù)對(duì)試驗(yàn)容器29升壓至100%整定壓力后關(guān)閉調(diào)節(jié)閥16，通過放凈(快速開啟放空閥24)和從儲(chǔ)能器補(bǔ)充新鮮蒸汽(開啟調(diào)節(jié)閥16)調(diào)節(jié)試驗(yàn)容器29內(nèi)的蒸汽干度和過熱度，關(guān)閉試驗(yàn)容器29進(jìn)口氣動(dòng)球閥15，將試驗(yàn)容器進(jìn)口調(diào)節(jié)閥16打到一定開度，該開度值等于被測安全閥的額定開高值；
[0040](6)同時(shí)打開試驗(yàn)容器29進(jìn)口氣動(dòng)球閥15和被測安全閥進(jìn)口的隔離閥27，通過手操器手動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥16的開度使儲(chǔ)能器壓力、試驗(yàn)容器壓力、流量計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定在目標(biāo)值；
[0041](7)觀察試驗(yàn)容器溫度、干度計(jì)讀數(shù)是否滿足要求(過熱度〈10度，干度>=98%)0如不滿足，則調(diào)整鍋爐負(fù)荷，改變鍋爐出口的蒸汽品質(zhì)直至試驗(yàn)容器蒸汽的溫度、干度滿足蒸汽安全閥測試的要求；
[0042](8)在蒸汽質(zhì)量合格、流量壓力穩(wěn)定狀態(tài)下，現(xiàn)場操作人員每隔10分鐘記錄排放溫度、排放壓力、流量計(jì)前后壓力，連續(xù)讀取三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)由控制系統(tǒng)PLC在此期間實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)參數(shù)，包括:溫度、壓力、流量、干度計(jì)、液位計(jì)讀數(shù)等。
[0043](9)完成上述實(shí)驗(yàn)后，先關(guān)閉電動(dòng)開關(guān)閥8和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥9，再關(guān)閉氣動(dòng)球閥15，緊接著關(guān)閉被測安全閥25和隔離閥27 ；
[0044](10)通過人工記錄及PLC記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，當(dāng)流量讀數(shù)測量未顯示單邊向上或單邊向下的趨勢，而全部在平均值的±2%范圍內(nèi)時(shí)，則認(rèn)為試驗(yàn)結(jié)果有效，否則重新試驗(yàn)。
[0045]有益效果
[0046]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)熱態(tài)安全閥的機(jī)械性能高精度測試。與現(xiàn)在已有的安全閥熱態(tài)試驗(yàn)技術(shù)相比，具有如下的突出優(yōu)點(diǎn):
[0047]1、鍋爐在蒸汽安全閥排量測試過程中持續(xù)向儲(chǔ)能器供氣，使儲(chǔ)能器在測試過程中維足夠的壓力，儲(chǔ)能器實(shí)際只起緩沖作用，減小了高壓儲(chǔ)能器的體積，降低了試驗(yàn)裝置建造成本。
[0048]2、通過調(diào)節(jié)蒸汽集箱上的調(diào)節(jié)閥開度穩(wěn)定直流鍋爐出口壓力以解決不同規(guī)格的安全閥試驗(yàn)時(shí)鍋爐蒸汽供應(yīng)量和儲(chǔ)能器增壓所需蒸汽量之間的不平衡，同時(shí)調(diào)節(jié)直流鍋爐的負(fù)荷以改變鍋爐出口蒸汽的過熱度，滿足蒸汽安全閥排量測試過程中對(duì)蒸汽品質(zhì)的要求。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、操作彈性大、測試精度高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]圖1蒸汽安全閥排量試驗(yàn)裝置流程圖
[0050]其中:1:直流鍋爐，2:蒸汽輸出集箱，3:調(diào)節(jié)閥，4、12、21、23:溫度測量裝置，5、
11、17、22:壓力測量裝置，6:汽水分離器，7、13、32:氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，8:電動(dòng)閘閥，9、16:電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，10:儲(chǔ)能器，14、24:快速放空閥，15:氣動(dòng)球閥，18:孔板流量計(jì)，19:差壓變送器，20、28:蒸汽干度測量裝置，25:被測安全閥，26:消音器，27:隔離閥，29:試驗(yàn)容器，30:冷凝水儲(chǔ)罐，31:液位傳感器，33:直管道，34:PLC控制系統(tǒng)。
[0051]圖2壓力測量系統(tǒng)
[0052]其中:35:引壓管，36:放空閥，37:儲(chǔ)水罐，38、40:壓力表，39、41:壓力變送器，42、43、44、45:儀表角閥。
[0053]圖3蒸汽安全閥排量試驗(yàn)中排量、排放壓力和溫度隨試驗(yàn)時(shí)間變化圖【具體實(shí)施方式】
[0054]為讓本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。
[0055]本發(fā)明提供蒸汽安全閥排量試驗(yàn)裝置和相應(yīng)的測試工藝方法，符合ASMEPTC25標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0056]通過調(diào)節(jié)蒸汽集箱上調(diào)節(jié)閥的開度這一技術(shù)措施穩(wěn)定鍋爐出口壓力并同時(shí)解決不同規(guī)格的安全閥試驗(yàn)時(shí)鍋爐蒸汽供應(yīng)量和儲(chǔ)能器增壓需求蒸汽量之間的不平衡；通過調(diào)節(jié)儲(chǔ)能器和試驗(yàn)容器之間的調(diào)節(jié)閥開度以實(shí)現(xiàn)安全閥的穩(wěn)定排放；通過鍋爐在壓力控制下持續(xù)向儲(chǔ)能系統(tǒng)供氣使儲(chǔ)能器在測試過程中維持足夠的壓力，從而減小儲(chǔ)能器的體積，降低裝置建造成本；調(diào)節(jié)直流鍋爐的負(fù)荷改變鍋爐出口蒸汽的過熱度以滿足不同規(guī)格的蒸汽安全閥對(duì)蒸汽品質(zhì)的要求。該試驗(yàn)裝置和方法具有操作彈性強(qiáng)、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、測試精度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0057]下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0058]實(shí)施例
[0059]被測閥門:蒸汽安全閥，整定壓力0.3MPag,安全閥公稱通徑為75mm,額定排量
3.16噸/小時(shí)。
[0060](I)直流鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)，鍋爐水進(jìn)入鍋爐，開啟汽水分離器下方的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥排放冷減水；
[0061](2)直流鍋爐點(diǎn)火后蒸汽逐漸產(chǎn)生，通過調(diào)節(jié)蒸汽集箱上的調(diào)節(jié)閥的開度使鍋爐出口壓力達(dá)到7MPag ;儲(chǔ)能器和試驗(yàn)容器進(jìn)行預(yù)熱升壓，預(yù)熱升壓過程每隔半小時(shí)左右開容器底部的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥排放冷凝水。預(yù)熱升壓過程控制容器內(nèi)外壁溫不超過50°C ；
[0062](3)當(dāng)儲(chǔ)能器以及試驗(yàn)容器的壓力達(dá)到0.24MPag時(shí)，關(guān)閉試驗(yàn)驗(yàn)容器入口氣動(dòng)球閥，停止對(duì)試驗(yàn)容器升壓。
[0063](4)繼續(xù)對(duì)儲(chǔ)能器升壓到7MPag、287°C時(shí)，關(guān)閉鍋爐到儲(chǔ)能器的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，停止對(duì)儲(chǔ)能器升壓。如儲(chǔ)能器蒸汽的溫度低于或高于287°C，則改變鍋爐的負(fù)荷以調(diào)整蒸汽集箱出口的蒸汽溫度，補(bǔ)充新鮮蒸汽到儲(chǔ)能器，并結(jié)合打開儲(chǔ)能器的快速放空閥將儲(chǔ)能器的蒸汽參數(shù)調(diào)整到7MPag、287°C。
[0064](5)打開試驗(yàn)容器進(jìn)口氣動(dòng)球閥，緩慢開啟試驗(yàn)容器進(jìn)口處電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，繼續(xù)對(duì)試驗(yàn)容器升壓至0.3MPag后關(guān)閉電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。通過試驗(yàn)容器放空和從儲(chǔ)能器補(bǔ)充新鮮蒸汽來調(diào)節(jié)試驗(yàn)容器內(nèi)的蒸汽干度和過熱度。關(guān)閉試驗(yàn)容器進(jìn)口氣動(dòng)球閥，將試驗(yàn)容器進(jìn)口電動(dòng)調(diào)節(jié)閥打到開度為50%。
[0065](6)同時(shí)打開試驗(yàn)容器進(jìn)口氣動(dòng)球閥和安全閥進(jìn)口隔離閥，通過手操器手動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥的開度使試驗(yàn)容器壓力穩(wěn)定在0.309MPag、流量穩(wěn)定在3.16噸/小時(shí)。
[0066](7)觀察試驗(yàn)容器溫度、干度計(jì)讀數(shù)是否滿足要求(過熱度<10°C，干度>=98%)。如不滿足，則調(diào)整鍋爐負(fù)荷，改變鍋爐出口的蒸汽品質(zhì)直至試驗(yàn)容器蒸汽的溫度、干度滿足蒸汽安全閥測試的要求。
[0067](8)在蒸汽質(zhì)量合格、流量壓力穩(wěn)定狀態(tài)下，現(xiàn)場操作人員每隔10分鐘記錄排放溫度、排放壓力、流量計(jì)前后壓力，連續(xù)讀取三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)由控制系統(tǒng)PLC在此期間實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)參數(shù)，包括:溫度、壓力、流量、干度計(jì)、液位計(jì)讀數(shù)等。
[0068]蒸汽安全閥的排量測試結(jié)果如圖3所示。安全閥排量平均值3.17ton/hr，最大誤差為-1.8%，不超過ASME PTC25規(guī)定排量測量的誤差范圍±2%;排放壓力平均值為
0.3085MPag,最大誤差為-0.49%，不超過ASME PTC25規(guī)定的除排量測試外的其他測量值誤差±0.5%。排放溫度在145.1?143.6°C波動(dòng)，蒸汽為過熱蒸汽，過熱度小于2°C，完全符合ASME PTC25中蒸汽安全閥排量試驗(yàn)時(shí)蒸汽的過熱度小于10°C的規(guī)定。證明本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、測試精度高。
【權(quán)利要求】
1.一種測試安全閥蒸汽排量的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的試驗(yàn)裝置包括:一個(gè)為整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置提供蒸汽的直流鍋爐，一個(gè)蒸汽輸出集箱，一個(gè)穩(wěn)定直流鍋爐壓力并分離鍋爐啟動(dòng)過程中產(chǎn)生的液態(tài)水的汽水分離器，一個(gè)儲(chǔ)存高壓蒸汽并補(bǔ)充蒸汽到安全閥實(shí)驗(yàn)容器的儲(chǔ)能器，一個(gè)試驗(yàn)容器，依次通過管道連接；蒸汽輸出集箱通過管道與一個(gè)調(diào)節(jié)閥相連；汽水分離器、儲(chǔ)能器的底部分別安裝有氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，試驗(yàn)容器的底部連接一個(gè)冷凝水儲(chǔ)罐和一個(gè)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥；蒸汽輸出集箱、儲(chǔ)能容器、試驗(yàn)容器頂部各安裝有壓力測量裝置和溫度測量裝置；汽水分離器和儲(chǔ)能器之間安裝有一個(gè)電動(dòng)閘閥和一個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，儲(chǔ)能器上還安裝一個(gè)快速放空閥門；儲(chǔ)能器和試驗(yàn)容器之間安裝有一個(gè)氣動(dòng)球閥；試驗(yàn)容器前設(shè)有一段直管道，直管道依次安裝有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、壓力測量裝置、孔板流量計(jì)，差壓變送器、蒸汽干度測量裝置、溫度測量裝置；試驗(yàn)容器頂部安裝有一個(gè)隔離閥，被測安全閥安裝于隔離閥上，隔離閥進(jìn)口管路安裝有一蒸汽干度測量裝置，一個(gè)消音器與被測安全閥的出口相連，一個(gè)快速放空閥門通過管道與實(shí)驗(yàn)容器相連，一個(gè)液位傳感器安裝于冷凝水儲(chǔ)罐上；一套PLC控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)線與所述的試驗(yàn)裝置相連。
2.一種如權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的壓力測量裝置的結(jié)構(gòu)包括:一條將高壓蒸汽引入到立式儲(chǔ)水罐中的U型引壓管，引壓管的最低處安裝有排污閥，儲(chǔ)水罐的頂部有放空閥，底部有排污閥，引壓管的公稱直徑為25_，引壓管在儲(chǔ)水罐的進(jìn)口位置比U型引壓管最低處高150~300mm ;儲(chǔ)水罐的頂端比U型引壓管的最高處低150~300mm ；儲(chǔ)水罐上安裝有壓力變送器和壓力表O，測量精度分別為±0.04%和±0.1%，在每個(gè)壓力變送器和壓力表與儲(chǔ)水罐之間安裝有儀表角閥。
3.—種如權(quán)利要求2所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的引壓管在儲(chǔ)水罐的進(jìn)口位置比U型引壓管最低處高200mm,儲(chǔ)水罐的頂端比U型引壓管的最高處低200mm。
4.一種如權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的直流鍋爐的排量不低于5ton/h，蒸汽過熱度精 度為±3°C，蒸汽過熱度在50°C內(nèi)可調(diào)，干度>98% ;所述輸出集箱2為壓力儲(chǔ)罐，體積為0.8~1.5m3。優(yōu)選lm3。
5.一種如權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的汽水分離器的容積為2~5m3 ； 所述的儲(chǔ)能器的容積為5~15m3 ; 所述的試驗(yàn)容器的容積為2~Sm3 ; 所述的為電動(dòng)閘閥，公稱通徑為50~IOOmm ； 所述的氣動(dòng)球閥，公稱通徑100-200mm ； 所述直管道的公稱直徑100-200mm， 所述的快速放空閥門，公稱通徑為50mm,全行程時(shí)間為0.5~Is。
6.一種如權(quán)利要求5所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的汽水分離器6的容積為3m3 ； 所述的儲(chǔ)能器的容積為IOm3 ； 所述的試驗(yàn)容器的容積為5m3 ； 所述的電動(dòng)閘閥，公稱通徑為80mm ； 所述的氣動(dòng)球閥，公稱通徑150_ ； 所述直管道的公稱直徑150mm ；所述的快速放空閥門，全行程時(shí)間為0.8s。
7.—種如權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述電動(dòng)調(diào)節(jié)閥為等百分比電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，包括遠(yuǎn)程控制的手操器和智能定位器，閥體口徑為100~200mm ； 所述蒸汽干度測量裝置為節(jié)流干度計(jì)，精度為±0.5%，節(jié)流干度計(jì)的插入深度為測試位置處的管子的中心線； 所述隔離閥，公稱通徑為100~200mm 所述氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的閥門口徑為6.25mm,閥門啟閉時(shí)間I~3s ; 所述儲(chǔ)水罐為一立式儲(chǔ)罐，內(nèi)徑為150~250m，容積為0.005~0.01m3 ； 所述液位傳感器的最大液位測量值為500mm，測量精度為±lmm。
8.—種如權(quán)利要求7所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的閥體口徑為150mm ； 所述隔離閥的公稱通徑為150mm; 所述氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的閥門啟閉時(shí)間為2s ； 所述儲(chǔ)水罐的內(nèi)徑為200mm，容積為0.008m3。
9.一種基于權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟: (1)直流鍋爐從冷態(tài)啟動(dòng)，鍋爐水進(jìn)入直流鍋爐，開啟汽水分離器下方的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥排放冷凝水； (2)直流鍋爐I點(diǎn)火后爐內(nèi)水溫將逐漸升高，蒸汽逐漸產(chǎn)生，當(dāng)蒸汽溫度達(dá)到150°C時(shí)，關(guān)閉汽水分離器和儲(chǔ)能器間的電動(dòng)閘閥，通過控制直流鍋爐和汽水分離器間的調(diào)節(jié)閥的開度使鍋爐出口壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值，打開汽水分離器和儲(chǔ)能器間的電動(dòng)閘閥、控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，向儲(chǔ)能器和試驗(yàn)容器進(jìn)行預(yù)熱升壓，預(yù)熱升壓過程中。每隔半小時(shí)打開汽水分離器、儲(chǔ)能器、試驗(yàn)容器底部的各個(gè)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥排放冷凝水，并控制各個(gè)容器內(nèi)外壁溫不超過50 0C ； (3)當(dāng)儲(chǔ)能器和試驗(yàn)容器的壓力達(dá)到80%被測安全閥的整定壓力時(shí)，關(guān)閉試驗(yàn)容器入口的氣動(dòng)球閥，停止對(duì)試驗(yàn)容器升壓。 (4)繼續(xù)對(duì)儲(chǔ)能器升壓到目標(biāo)壓力及過熱度，關(guān)閉汽水分離器和儲(chǔ)能器間的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，停止對(duì)儲(chǔ)能器升壓；將直流鍋爐壓力穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值，如儲(chǔ)能器蒸汽質(zhì)量不滿足試驗(yàn)要求，則通過開啟儲(chǔ)能器上的快速放空閥及開啟前述電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)儲(chǔ)能器蒸汽質(zhì)量； (5)打開試驗(yàn)容器進(jìn)口處的氣動(dòng)球閥，緩慢開啟試驗(yàn)容器進(jìn)口處的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，繼續(xù)對(duì)試驗(yàn)容器升壓至100%;整定壓力后關(guān)閉試驗(yàn)容器進(jìn)口處的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；開啟試驗(yàn)容器上的快速放空閥并再次開啟試驗(yàn)容器進(jìn)口處的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥從儲(chǔ)能器補(bǔ)充新鮮蒸汽調(diào)節(jié)試驗(yàn)容器內(nèi)的蒸汽干度和過熱度，關(guān)閉氣動(dòng)球閥，將試驗(yàn)容器進(jìn)口電動(dòng)調(diào)節(jié)閥打到一定開度，該開度值等于被測安全閥的額定開高值； (6)打開試驗(yàn)容器進(jìn)口氣動(dòng)球閥和被測安全閥進(jìn)口處的隔離閥，通過手操器手動(dòng)調(diào)節(jié)試驗(yàn)容器進(jìn)口處的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度使儲(chǔ)能器壓力、試驗(yàn)容器壓力、流量計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定在目標(biāo)值； (7)觀察試驗(yàn)容器溫度、干度計(jì)讀數(shù)是否滿足過熱度〈10度、干度>=98%的要求；如不滿足，則調(diào)整鍋爐負(fù)荷，改變鍋爐出口的蒸汽品質(zhì)直至試驗(yàn)容器蒸汽的溫度、干度滿足被測安全閥測試的要求； (8)在蒸汽質(zhì)量合格、流量壓力穩(wěn)定狀態(tài)下，現(xiàn)場操作人員每隔10分鐘記錄排放溫度、排放壓力、流量計(jì)前后壓力，連續(xù)讀取三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)由控制系統(tǒng)PLC在此期間實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)參數(shù)，包括:溫度、壓力、流量、干度計(jì)、液位計(jì)讀數(shù)； (9)完成上述實(shí)驗(yàn)后，先關(guān)閉汽水分離器和儲(chǔ)能器間的電動(dòng)閘閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，再關(guān)閉氣動(dòng)球閥，接著關(guān)閉被測安全閥進(jìn)口隔離閥；通過人工記錄及PLC記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，當(dāng)流量讀數(shù)測量未顯示單邊向上或單邊向下的趨勢，而全部在平均值的±2%范圍內(nèi)時(shí)，則認(rèn)為試驗(yàn)結(jié)果有效，否則重新試驗(yàn)。
【文檔編號(hào)】G01M13/00GK103808503SQ201410060857
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】于新海, 涂善東, 軒福貞, 陸榮華, 唐佳麗, 王周杰 申請人:華東理工大學(xué)