锅炉和压力容器上安全阀的整定压强分析

刘智奇

（德州市产品质量标准计量研究院，德州 253000）

锅炉及压力容器是日常生活和工业生产中的关键设备，其安全运行对人们的生命和财产具有直接影响。作为压力保护设备的重要组成部分，安全阀在设备内部压强超过规定值时自动开启，释放部分介质，阻止压强继续升高，从而保证设备正常运行。因此，准确设定和严谨分析安全阀的整定压强，对于保证设备的安全运行具有至关重要的作用。本研究将详细探讨安全阀的工作原理及其整定压强，以及整定压强与锅炉和压力容器设计压强之间的关系，并通过案例分析具体展示整定压强的实际应用，最后探讨整定压强的检测和维护方法。

1 安全阀的工作原理及其整定压强

安全阀是一种自动控制阀门，主要应用于锅炉、压力容器、管道等设备。当设备内的压强超过允许范围，安全阀会自动打开，释放过量的压强，以防止设备因超压而爆炸。当压强降至允许范围内时，安全阀会自动关闭，从而保证设备正常运行[1]。整定压强指安全阀在没有外力干扰的情况下，阀瓣开始离开阀座，即开始排放介质的压强。这是安全阀工作的关键参数，应当根据具体的应用环境和设备特性来确定。整定压强的具体计算方法依赖设备的工作条件、介质的性质以及安全阀的设计，通常情况下该值应低于设备的最大允许工作压强，高于设备的正常工作压强，具体数值需根据相关国家和行业标准进行计算。影响安全阀整定压强的因素主要包括设备的设计压强、设备的工作压强、介质的性质（温度、腐蚀性等）、设备在最恶劣条件下可能达到的最大压强以及安全阀的设计特性和材料等，都需要在整定压强的计算和设置过程中综合考虑[2]。

2 锅炉和压力容器的设计压强及其与整定压强的关系

设计压强指压力设备在正常操作状态下所能承受的最大压强，它是在设计过程中预设的，用于确保设备在其生命周期内安全运行。设计压强根据设备的工作条件、使用环境、材料特性等因素综合确定，主要依据设备的使用条件和工作环境，如设备的工作介质、温度、尺寸等因素。同时，设计压强需要根据相关的设计规范和安全标准来确定。通常情况下，设计压强会略高于设备的正常工作压强，以确保设备在各种情况下都能够安全运行。

设计压强和整定压强有着密切的关系，但又有明显的区别。设计压强在设计阶段确定，而整定压强需要保证设备内部压强超出设计压强之前能够开始运行，因此通常整定压强会低于设计压强，以确保在超压情况下能够及时保护设备。设计压强和整定压强的准确设定，对于保证压力设备的安全运行至关重要[3]。

3 安全阀整定压强的选择与试验分析

3.1 安全阀整定压强的选择

选择正确的安全阀整定压强至关重要，直接影响设备的安全运行。安全阀的主要作用是在设备内部压强超过允许值时自动开启，以防止设备过压，因此整定压强需要低于设备的设计压强。如果整定压强过高，设备在超出设计压强前，安全阀可能无法及时打开，导致设备过压，发生爆炸。如果整定压强过低，会使设备在正常工作压强下打开安全阀，导致设备无法正常运行，同时会浪费能源[4]。整定压强过高或过低的原因及可能导致的结果，如表1 所示。可见，整定压强的设定不仅需要在设计阶段进行准确计算，还需要在设备操作阶段仔细校准，以确保设备的安全运行。

表1 整定压强过高或过低的原因及可能导致的问题

3.2 安全阀整定压强的模拟试验分析

为验证安全阀整定压强分析内容的准确性，以某化工厂为例设计了两个模拟试验。一个压力容器的设计压强为2.0 MPa，在试验中将安全阀的整定压强设定为2.5 MPa。在设备运行过程中，由于某些原因，设备内部压强超过2.0 MPa，但是由于整定压强过高，安全阀没有打开，结果导致设备过压，发生爆炸。一个锅炉的设计压强为1.5 MPa，在试验中将安全阀的整定压强设定为1.0 MPa。在锅炉正常运行过程中，当压强达到1.0 MPa 时，安全阀立刻打开，导致大量蒸汽排放，锅炉无法正常运行，同时造成了能源的严重浪费。两个试验的情况及最终结果，如表2 所示。

表2 试验情况及最终结果

从表2 可以看到，选择正确的安全阀整定压强对于保证设备的安全运行具有重要意义，因此在实际应用中，必须根据设备的设计压强、工作条件和介质的性质等因素，准确设定安全阀的整定压强。

4 整定压强的检测和安全阀的维护校验

4.1 安全阀整定压强的检测方法

安全阀整定压强的检测是保证压力设备安全运行的关键环节，检测方法主要包括静态检测和动态检测两种。静态检测主要是通过测量设备在静止状态下的压强，动态检测则是在设备运行过程中，实时监测设备内部的压强。具体来说，静态检测一般采用压力表或者压力传感器等设备直接测量安全阀的开启压强[5]。由于设备处于静止状态，这种方法简单易行，但是没有考虑设备运行过程中的压强变化，可能会有一定的误差。具体来说，这种检测主要是通过施加外部压强的方式来模拟锅炉或压力容器在正常工作状态下可能遇到的最高压强环境。静态检测的核心原理是应用静水压强来测试安全阀的开启压强点和复位压强点，即在无流动负荷的情况下逐渐增加安全阀入口端的压强，直至安全阀开启进行排放，记录此时的压强值作为开启压强点。随后减少压强，观察并记录安全阀关闭的压强值，即为复位压强点。这种方法的优点在于可以准确地测定安全阀的整定压强和返回压强，而且操作相对简单，不受现场复杂环境的影响。在实践应用中，静态检测通常在安全阀生产过程中、新安装前或定期检验时进行。检测过程需要使用专门的压力测试装置，如压力校验台。操作人员会将安全阀固定在校验台上，通过控制装置逐渐增加压强，直至达到设定的整定压强点。通过精准的压力表或传感器读取压强值，并与安全阀的设计参数进行比对，以确保安全阀的整定压强在允许的误差范围内。所有测试结果均需记录并作为安全档案的一部分，以供日后检查和追溯。

动态检测是通过安装在设备上的压力传感器实时监测设备内部的压强，一旦压强超过安全阀的整定压强，安全阀就会打开。这种方法能够更加准确地反映设备运行过程中的实际情况，但是需要更复杂的设备和操作。动态检测与静态检测不同，它是在有流体流动的实际工况下检测安全阀的整定压强。动态检测的主要原理是模拟安全阀在实际工作中的开启过程，检验在流体流动条件下，安全阀的开启压强和关闭压强是否符合要求，更加贴近实际的工作状态，考虑了流体动力学因素，如流速和流体压力对安全阀性能的影响。动态检测在实际应用中需要在系统运行过程中进行，通常会干扰现场系统。在动态检测时，操作人员需要确保测试条件尽可能模拟安全阀在实际工作中的环境，监测安全阀的响应时间和排放能力是否符合设计要求。在线测试是一种常见的动态检测方法，即在系统运行中直接增加压强至安全阀预定的开启压强，观测安全阀的开启和关闭是否迅速而准确。动态检测的挑战在于需要高精度的监测设备和专业的操作人员，以确保在不干扰正常生产的条件下准确完成检测。同时，动态检测可能会对系统的正常运行造成短暂的影响，因此在实际操作中，需要充分的事前准备和紧密的现场协调，以确保检测的安全性和准确性。静态检测和动态检测各有优势，通常会根据实际需要和现场条件选择最合适的检测方法。在一些关键的应用场合，为确保安全阀性能的可靠性，两种方法甚至会结合使用，以达到最佳的检测效果。

4.2 安全阀的维护校验

应定期对安全阀进行检查和清洁，包括清洁阀门、检查阀座和阀瓣的磨损情况、更换磨损或损坏的零部件等，以防止阀门卡死或者密封性能下降，延长阀门的使用寿命。同时，需要定期对整定压强进行校验和调整，确认安全阀的整定压强是否准确，阀门是否能在预定的压强下开启和关闭。安全阀的校验应由专业的技术人员进行，校验的频率应根据设备的实际运行情况和相关规定确定。一般来说，每年应至少进行一次校验。校验时，应检查阀门的开启压强是否与整定压强一致，阀门是否能正常开启和关闭。以某个压力容器为例，其设计压强为2.0 MPa，安全阀的整定压强为1.8 MPa。在实际运行过程中，通过动态检测发现设备在运行到1.6 MPa 时安全阀便会打开，说明整定压强可能设定过低，需要及时调整。如果在设备运行到2.0 MPa 时，安全阀还没有打开，便说明整定压强可能设定过高，也需要及时调整。只有通过定期的校验和维护，才能确保安全阀整定压强的准确性，从而保证压力设备安全运行。

4.3 不合格安全阀的处理

对于不合格的安全阀应立即进行处理，以防止发生安全事故。处理方法主要取决于安全阀的具体情况。如果发现整定压强过高或过低，应先应停止设备运行，然后根据设备的设计压强重新设定安全阀的整定压强。如果问题仍然存在，可能需要更换安全阀。对于阀门无法正常开启或关闭的情况，可能是由于阀门卡死或密封性能下降，这时应立即停止设备运行，进行阀门的清洁和润滑，如有必要还需更换磨损或损坏的零部件。

5 结语

通过深入研究安全阀的整定压强，明确了正确设定和严谨分析整定压强对于保证锅炉和压力容器安全运行的重要性。深入理解安全阀的工作原理、整定压强的计算方法及影响整定压强的各种因素，可以更准确地设定锅炉和压力容器的设计压强。对于相关模拟试验的分析，进一步揭示了准确设定整定压强的重要性以及错误设定可能带来的严重后果。同时，整定压强的检测和安全阀的维护校验也是保证设备安全的必要环节。未来需要更深入研究和改进安全阀的设计和使用，从而更好地保证压力设备的安全运行。