安全閥使用液壓頂升裝置測試簡介

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安全閥使用液壓頂升裝置測試簡介

作者  呂連慶、曹明發

作者 呂連慶、曹明發

俊鼎機械廠股份有限公司

 目錄

壹、前言

  安全閥為全自動之閥,在動力輔助機制失效情況下,仍可正常運作之特點。廣泛運用在鍋爐壓力容器等設備上,目前最常使用之安全保護裝置。

貳、安全閥種類

1. 直接負荷式安全閥 (direct loaded safety valve)

  此安全閥由閥盤下方流體壓力所產生之負荷,只由直接機械負荷裝置如槓桿及荷重或彈簧所抗衡。彈簧式安全閥構造如下圖示。

2. 具輔助之安全閥 (assisted safety valve)

  此一安全閥,藉由動力輔助機制作動,即使在流體壓力低於設定壓力之情況下,仍可令此安全閥加以開啟。液壓頂升裝置之安全閥屬於此種類安全閥。

3. 具輔助負荷之安全閥 (supplementary loaded safety valve)

  此種安全閥,一直到安全閥入口壓力達到所設定之壓力前,均有一附加之作用力;此附加之作用力可增加安全閥之密封力。其作用力來源可為機械或電力相關標準可參考EN ISO 4126-5。

4. 先導操作安全閥 (pilot operated safety valve)

  此類型安全閥,其啟動操作係由先導閥之流體釋放而作動及控制。此先導閥體即是直接負荷式安全閥。相關標準可參考EN ISO 4126-4。先導操作安全閥構造如下圖示。

參、法規及標準

  1. CNS 9969防止超壓之安全裝置–第一部:安全閥
  2. ASME PTC 25 Pressure Relief Devices, performance Test Codes.
  3. ASME BPV Code. SECTION I, Power Boiler.
  4. EN ISO 4126-1
  5. EN ISO 4126-4
  6. EN ISO 4126-5
  7. ASME B40

肆、安全閥測試方式

  依據ASME PTC 25第2.2節規定,安全閥測試可分為試驗台測試(bench testing)及現場測試(field testing)兩種。現場測試又分為就地測試(in-place testing)及使用中測試(in-service testing)。就地測試即是使用外部壓力,再安裝於無系統保護之安全閥作測試。使用中測試是使用系統壓力或外部壓力在安裝於有系統保護之安全閥作測試,可使用輔助頂升裝置(Auxiliary lift device)來實施。

  ASME BPV Code SECTION I PG-73.5.2.2節規定,安全閥門可適用於液壓或汽壓頂升輔助裝置(lift Assist device),在小於閥門的設定壓力下進行測試。頂升輔助裝置及測試程序需經校正,使設定壓力符合PG-72.2公差範圍內,其設定壓力公差規定如下表:

伍、安全閥液壓頂升輔助裝置原理及系統說明

液壓頂升裝置是利用安全閥作用力的平衡原理,以圖示表示如下:

當作用力平衡時,向上力等於向下力以公式表示F2+F3=F1。

F1:安全閥彈簧加於閥門之力,亦等於安全閥設定壓力與有效閥座面積之乘積。

F2:現有系統之作用力,其值為系統操作壓力與有效閥座面積之乘積

F3:液壓頂升輔助裝置施加之外力。

當液壓頂升輔助施加之向上之外力(F3)與原有系統之作用力(F2)相加後等於向下之安全閥彈簧作用力(F1)時,安全閥閥座安即打開。

安全閥液壓頂升輔助裝置系統說明:

  現場測試安全閥液壓頂升裝置系統是由一組手動液壓千斤頂系統,連接微電腦裝置所組成,如下圖所示。系統包含手動液壓泵(Hydraulic pump)將負載輸入液壓缸(Hydraulic cylinder),再經由鬆緊螺旋扣(Turnbuckle)至閥桿(Valve Stem)再傳至安全閥彈簧,當克服彈簧力時使閥門往上拉升。另有一組偵測器由負載偵測器(Load cell)及壓力偵測器(Pressure Sensor)所組成,藉以量測安全閥設定壓力與初噴壓力之差,此系統操作上相當簡單可自動量測安全閥初噴壓力,操作者只要手動操作液壓泵即可。

陸、安全閥液壓頂升輔助裝置使用注意事項

  安全閥液壓頂升輔助裝置為法規認可之測試裝置,使用上應注意事項如下:

  1. 使用時機需依安全閥廠商提供之測試程序書之壓力範圍內實施。
  2. 液壓頂升輔助裝置需每年校正。
  3. 測試用壓力錶精度為每個刻度為±25%(依ASME B40.1規定)。
  4. 確認跳脫壓力公差符合ASME SECTION I PG-72.2規定。
  5. 安全閥測試完成後,由測試單位出具測試報告。

柒、結論

  安全閥使用液壓頂升裝置測試,因安全閥設定值可在正常操作條件下確認,而不用升高系統壓力;不但節省測試時間及成本,亦可以降低試運轉測試操作安全上的風險。如今大部分高壓鍋爐系統均使用此方法來進行安全閥跳脫測試,藉由簡介讓使用單位及檢查機構對於本測試系統有基本認識,而增加操作、運轉及檢查之安全性。

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