法國PEROLO制造MX65B75TG安全閥失效分析

高萬東

(安徽省特種設備檢測院)

法國PEROLO公司在安全閥領域一直擁有頂端優(yōu)勢，近年國內(nèi)罐車開始大量使用其安全閥。筆者通過對一臺三氯氫硅罐車安全閥型號、性能及結構等方面的分析，研究其失效模式，可為國內(nèi)安全閥制造廠家提供借鑒。

1 安全閥簡介

三氯氫硅易燃、易爆，具有三級毒性和強腐蝕性，要求承載其罐車安全閥必須具備防爆、耐腐蝕且有良好的密封性能。法國PEROLO公司生產(chǎn)的MX65B75TG閥閥座和彈簧外表面采用HALAR涂層防腐；閥芯采用C276哈氏合金，雙彈簧并列組合設計；FEP包覆O形圈軟密封。閥中間設一個1/4″圓柱內(nèi)管螺紋(BSP)，保證了閥體裝配的簡便性。

2 安全閥性能分析

安全閥閥體、閥蓋、閥座和彈簧外表面采用HALAR涂層防腐，閥芯采用C276哈氏合金，這些配備保證了該閥具有極強的耐腐蝕性能。HALAR涂層具備極好的耐磨性和防滲透性能，幾乎與工業(yè)上常用的化學試劑(強無機酸和有機酸、強堿除熱胺類以外)均不反應。C276合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，是僅有的幾種能夠耐潮濕氯氣、次氯酸鹽和二氧化氯溶液腐蝕的材料之一，合金中較高的鉬、鉻含量使合金能夠耐氯離子的侵蝕，所含鎢元素也進一步提高了其耐腐蝕性。

3 安全閥結構特點

安全閥采用雙彈簧，閥蓋與閥座采用螺紋連接，閥蓋與閥瓣之間受彈簧彈力作用，閥瓣把彈簧彈力傳遞給閥座，使閥蓋與閥座之間受彈簧彈力作用，這給解體閥門帶來很大困難。PEROLO公司在設計時已考慮裝配問題，為此在閥蓋與閥瓣中間均設一個1/4″圓柱內(nèi)管螺紋，閥瓣中心內(nèi)管螺紋為一端密封，兩個內(nèi)管螺紋擁有相同裝配中心。在解體前，準備一根長度大于150mm、1/4″全螺紋螺栓，配雙螺母。通過螺栓使閥蓋和閥瓣連在一起，扭緊螺母以抵抗彈簧彈力，使閥瓣向閥蓋壓縮靠近，直至閥瓣離開閥座，扭緊備螺母。此時，閥蓋、彈簧和閥瓣連為整體，閥蓋與閥座之間不再有彈簧彈力作用，整體不受外力，拆卸閥座較為容易。閥座與閥蓋分解后，扭松螺母，緩慢釋放彈簧彈力，即可完成閥蓋、彈簧、閥瓣和密封圈的分拆。組裝時，同樣利用全螺紋螺栓，將閥蓋、雙彈簧、閥瓣和密封圈連為整體，整體通過閥蓋內(nèi)螺紋與閥座外螺紋旋轉裝配。閥座與閥蓋連為整體后，扭松螺母，緩慢釋放彈簧彈力，即可完成組裝。

安全閥解體結構如圖1所示，調節(jié)彈簧采用并列式兩組合彈簧結構，該結構具有結構簡單、緊湊、重量輕、壓力高及工作可靠性高等優(yōu)點。為了避免內(nèi)、外兩層彈簧之間相互卡住，往往將兩者的螺旋線制成相反的旋向，例如外彈簧為右旋時，內(nèi)彈簧用左旋[1]。罐車安全閥應為全啟式、雙彈簧組合，增加了安全閥全開啟的可靠性和靈敏度。

閥門密封采用FEP包覆層硅橡膠O形圈軟密封，密封圈嵌入閥瓣底部凹槽內(nèi)。FEP是聚四氟乙烯(PTFE)的改性材料，具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性，耐一切溶劑、濃酸、堿和氧化劑。氣體和液體通過FEP的滲透性極低[2]。

圖1 安全閥解體結構

4 失效分析

通過近三年對MX65B75TG安全閥的校驗，發(fā)現(xiàn)該閥每年均存在泄漏現(xiàn)象。一般安全閥的泄漏多為密封面被侵蝕(損傷)或密封面上有夾雜物導致，特別是密封面長期處在強腐蝕性介質中常會產(chǎn)生麻點及凹坑等損傷缺陷。經(jīng)解體后對MX65B75TG閥座和閥瓣金屬密封面進行檢查，金屬密封面未出現(xiàn)損傷痕跡，但是發(fā)現(xiàn)FEP密封圈表面粗糙，出現(xiàn)部分小凹坑。更換密封圈后不再出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。

安全閥能否正常使用，最重要就是密封性的好壞，特別是有毒、強腐蝕性介質，安全閥必須具有極好的密封性能。此安全閥在彈簧作用力下，閥瓣、密封圈與閥座一起組成密封面，密封面一側直接承受介質的壓力。閥瓣閥芯、密封圈、閥座閥芯三者均與介質直接接觸，受介質壓力波動沖刷和侵蝕。由失效模式可見，C276哈氏合金閥芯對三氯氫硅有很好的抵抗能力，而O形密封圈耐三氯氫硅腐蝕性能不是很好。在常溫下，F(xiàn)EP具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性、極好的耐腐蝕和防滲透性能，應可抵抗三氯氫硅的腐蝕。但是，抗腐蝕性很好的密封材料，若表面硬度差，在承壓情況下，經(jīng)受不了介質流對其表面的機械磨損，也會造成密封不良。此O形圈為FEP包覆硅橡膠O形圈，密封圈只有表面是FEP，內(nèi)部是硅橡膠。因此，分析認為，由于O形圈FEP包覆層很薄，長期在壓力波動、介質沖刷及腐蝕等多重作用下，表面FEP包覆層會被機械磨損破壞。而后三氯氫硅繼續(xù)向密封圈內(nèi)部滲透擴散，進一步腐蝕內(nèi)部橡膠，在O形圈上留下腐蝕痕跡。O形圈在三氯氫硅作用下發(fā)生磨損降解被腐蝕，最初材料表面粗糙，慢慢變成了凹坑，失去密封性能。

5 結束語

從失效分析來看，MX65B75TG安全閥性能滿足三氯氫硅罐車的使用要求。但是，由于密封圈FEP包覆層過薄，隨著使用時間的延長，容易被介質沖刷磨損腐蝕失效。因此，建議更換密封圈為全FEP的O形圈，或者加大O形圈FEP包覆層厚度。另外，在使用過程中最好預備FEP密封圈，一旦發(fā)現(xiàn)安全閥泄漏則可以立即更換。

[1] 阮躍進.高壓氣體安全閥的設計[J].液壓氣動與密封,2012,32(7):40～42.

[2] 徐洪,楊永祥.聚全氟乙丙烯(FEP)性能與成型方法和應用[J].有機氟工業(yè),2009,(3):31～35.