[发明专利]一种测试蒸汽安全阀排量的试验装置及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试蒸汽安全阀排量的试验装置与试验方法，特别涉及一种基于系统干度控制的蒸汽安全阀排量试验装置与方法。

背景技术

蒸汽安全阀作为阀门类的重要产品和核电、热电及化工承压设备和管道的安全附件，对核电、热电和化工等企业的安全运行起着举足轻重的作用，是承压设备的最后一道被动安全措施。如果蒸汽安全阀失效，往往会造成灾难性的后果。例如，稳压器安全阀是核电站一回路部分系统中最重要的阀门之一，是保证反应堆冷却剂系统及其相连管道和设备安全的关键设备，蒸汽安全阀的可靠运行一直是核电、热电和化工等领域关注的焦点问题。

安全阀是“小阀门、大装置”。安全阀热态试验装置包含锅炉、容器、控制阀和控制系统，造价近亿元，试验技术远比安全阀本身复杂得多。目前，安全阀热态试验主要是依照美国ASME PTC25标准。此标准规定了对试验过程和测试精度的要求，但如何实现试验过程则是一大挑战。安全的试验包括安全阀动作性能试验和排量试验。其中的排量试验是测试安全阀在排放压力下的排量，进而计算安全阀的排量系数。此排放系数是安全阀结构设计的基础，是安全阀的重要参数。蒸汽安全阀的排量试验的主要挑战一是对安全阀排放时的蒸汽品质有着严格的而要求：饱和蒸汽的干度大于98%或者蒸汽的过热度小于10度。另外，排量试验的测试精度要求高：最终排量测量的偏差应不超过测量值的±2.0%。

安全阀热态试验装置最早出现在美国。目前美国Tyco公司分别在Stafford、Wrentham等地建有安全阀热态试验装置，ASME PTC25中关于安全阀试验部分的内容由这三个装置的实验工程师参与制定，但只有Wrentham的试验台具有蒸汽安全阀排量测试能力。Wrentham试验台的蒸汽安全阀排量测试采用大体积的高压储蒸汽能器以保证蒸汽安全阀排量测试过程的流量稳定；通过设置高压储能器的压力、温度等参数保证排量测试过程中蒸汽的品质满足ASME PTC25的要求。但由于被测不同规格的阀门的性能参数存在较大差异，预先设置的高压储能器的压力和蒸汽干度值在实际操作时常难以满足测试要求，需要反复调试，操作弹性差，对操作人员要求高。大体积高压储能器造成装置造价高昂。

国家特种泵阀工程技术研究中心具有安全阀的试验资质，但没有以蒸汽为介质的热态试验系统。国内共有3套热态安全阀试验装置，都采用试验装置整体升压直至安全阀起跳，进而测量安全阀机械性能的方法，安全阀业内称之为“自由膨胀法”。三套装置分别建在上海阀门厂、哈尔滨锅炉有限公司、中国船舶工业711所。以上3套热态安全阀试验装置和试验方法均无法保证安全阀排量试验过程蒸汽流量稳定性（±2.0%）和对测试蒸汽品质的要求，无法准确测量安全阀的排量系数。所以，中国尚没有安全阀热态试验装置能够测量蒸汽安全阀的排量系数。安全阀的排量系数是安全阀设计的核心，决定了安全阀的设计。我国由于没有可以测试安全阀热态排量系数的试验装置和技术，整个行业的技术水平和美国存在较大差距。

美国专利No.4893494介绍了一种测量安全阀整定压力的装置和方法。一个小型的实验容器和被测安全阀相连；一个较大的容器储存高压流体。该装置和方法适用于水和空气安全阀的测量，不适用于蒸汽安全阀的排量测量。

美国专利US2010/0281954A1介绍了一种安全阀热态试验装置和相应的测试方法。储能器通过管道和实验容器相连，管道上有阀门控制实验容器的压力。实验容器上安装的被测安全阀的出口通过管道和储水罐相连；管道的末端加工成喷头形状，埋入储水罐的水中。通过泵将储水罐中的水打入储能器中，从而使该试验装置形成一个封闭系统。安全阀测试时，将实验容器、储能器、储水罐预先加入去离子水，然后开启储能中的电加热器，生成高压蒸汽。将高压蒸汽通入到实验容器中，使实验容器升压直至安全阀起跳。此安全阀热态试验无锅炉、投资小。但此种方法采用电加热储能器中的水来产生蒸汽，产生的蒸汽为湿饱和蒸汽，不符合ASME PTC25标准对蒸汽品质的要求。另外，由于蒸汽安全阀排量试验时间长，通过储水罐中的水将如此大量的蒸汽冷凝是非常困难的，储水罐的体积和储水量将是巨大的，成本和造价非常高。

实用新型专利CN202057301介绍了一种安全阀开高的激光测量装置，包括激光位移测量单元、数据采集卡、计算机和多自由度可调支架。虽然激光测量属非接触测量，响应快。但试验过程中，安全阀上部释放出的蒸汽将会对激光有较大干扰，用激光精确测量安全阀的开高存在困难。