鍋爐安全閥特性與故障分析

＊楊曉健

（河北英科石化工程有限公司 河北 050001）

鍋爐安全閥特性與故障分析

＊楊曉健

（河北英科石化工程有限公司 河北 050001）

安全閥是高壓容器必備的安全裝置，是保證設(shè)備正常運(yùn)行的重要保障，在石油化工、火力發(fā)電、核能發(fā)電等大型基礎(chǔ)設(shè)施均有廣泛的應(yīng)用。鍋爐安全閥的正常使用與其設(shè)備特性有緊密聯(lián)系，了解安全閥的設(shè)備特性是我們有效使用安全閥的必要條件。

安全閥；特性；壓力容器；鍋爐

安全閥作為一種壓力容器的自動(dòng)釋壓裝置，可以有效防止設(shè)備及壓力容器壓力過(guò)高而發(fā)生爆炸事故，在我國(guó)石油化工等行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。安全閥主要有彈簧、閥座和閥體等零件構(gòu)成，在實(shí)際工作中當(dāng)壓力達(dá)到閥門整定壓力時(shí)安全閥就會(huì)向壓力容器外排放介質(zhì)，由于安全閥工作時(shí)其內(nèi)部壓力已經(jīng)達(dá)到壓力容器的安全范圍極限，所以在生產(chǎn)中對(duì)安全閥的可靠性及精密性都有著極高的要求。

在“十一五”以及“十二五”期間，我國(guó)在石油化工、火力發(fā)電、核能發(fā)電等方面都進(jìn)行了大規(guī)模的興建，一大批世界級(jí)工程項(xiàng)目令國(guó)人無(wú)不自豪。與此同時(shí)，大量壓力容器的在各類國(guó)家工程上的廣泛應(yīng)用也使得設(shè)備安全作為保證各項(xiàng)工程正常有效運(yùn)轉(zhuǎn)的基本條件受到廣泛的關(guān)注。安全閥作為確保壓力容器正常運(yùn)行的最后一道安全門檻，其運(yùn)行的精密與高效關(guān)系著壓力容器是否正常運(yùn)行。我國(guó)閥門產(chǎn)業(yè)成形于“七五”和“八五”建設(shè)時(shí)期，在此期間我國(guó)建立了完整的閥門生產(chǎn)體系，通過(guò)技術(shù)引進(jìn)等方式我國(guó)閥門產(chǎn)業(yè)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。但是在“九五”期間，我國(guó)國(guó)有企業(yè)經(jīng)歷了一次企業(yè)體質(zhì)的變革，這直接導(dǎo)致了我國(guó)閥門生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)及產(chǎn)品質(zhì)量都產(chǎn)生了較大的波動(dòng)。此時(shí)我國(guó)大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目只能依靠進(jìn)口閥門設(shè)備，由于各國(guó)在閥門制造標(biāo)準(zhǔn)和施工標(biāo)準(zhǔn)的不同，造成我國(guó)大型設(shè)備上閥門設(shè)備型號(hào)的混亂，在管理上存在一定的安全隱患。在此以后，我國(guó)對(duì)閥門企業(yè)進(jìn)行了政策上和資金上的支持，通過(guò)引進(jìn)外國(guó)技術(shù)等方式我國(guó)閥門企業(yè)在安全閥等閥門的生產(chǎn)上都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。近年來(lái)由于南水北調(diào)等大型基建工程的開(kāi)工也使得閥門產(chǎn)業(yè)得到了充裕的現(xiàn)金流動(dòng)，也使得我國(guó)閥門企業(yè)在技術(shù)方面得到了更多的支持。然而我國(guó)閥門企業(yè)與國(guó)際先進(jìn)企業(yè)在安全閥等特種閥門的制造上在閥門種類、閥門材質(zhì)、制造工藝水平、質(zhì)量水平、研發(fā)能力等方面都有一定的差距，研究安全閥的特性及生產(chǎn)工藝對(duì)其的影響是近年來(lái)各廠商關(guān)注的課題。

1.安全閥簡(jiǎn)介

安全閥是常用高壓特種閥門的一種，其主要是安裝在鍋爐等一類壓力容器上，通過(guò)自動(dòng)排放壓力容器內(nèi)部的介質(zhì)，保證壓力容器裝置的安全。在實(shí)際的生產(chǎn)中，廣義的安全閥包括安全閥、泄放閥、安全泄放閥三種。安全閥一般用于氣體或者蒸汽介質(zhì)，是一種由壓力裝置內(nèi)的介質(zhì)的靜壓力驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)泄壓裝置，當(dāng)其發(fā)揮作用時(shí)安全閥會(huì)發(fā)生突開(kāi)的全開(kāi)啟動(dòng)作。泄放閥一般適用于流體介質(zhì)，它在工作狀態(tài)時(shí)由壓力容器內(nèi)部的介質(zhì)的靜壓力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，它隨著壓力的增長(zhǎng)按照比例開(kāi)啟閥門。安全泄放閥是結(jié)合安全閥和泄放閥的一種自動(dòng)泄壓裝置。

安全閥按照結(jié)構(gòu)分類可以分為重錘杠桿式安全閥，彈簧式安全閥和先導(dǎo)式安全閥。重錘杠桿式安全閥是利用重錘和杠桿組成一套平衡機(jī)構(gòu)作用在安全閥上的閥瓣，由于杠桿的作用使得只需要質(zhì)量較小的重錘就可以獲得較大的作用力控制閥門，開(kāi)啟壓力由重錘的位置變換進(jìn)行控制。重錘杠桿式安全閥調(diào)整精確并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在高壓高溫容器中不會(huì)受到溫度的變化而產(chǎn)生干擾，但是其機(jī)械結(jié)構(gòu)較為笨重，本身易產(chǎn)生振動(dòng)而產(chǎn)生泄漏，同時(shí)開(kāi)啟后不宜關(guān)閉。彈簧式安全閥是用彈簧機(jī)構(gòu)來(lái)平衡閥瓣的力，其安全閥開(kāi)啟壓力是通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧的壓縮量來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的。彈簧式安全閥較重錘杠桿式安全閥省去了大量的機(jī)械結(jié)構(gòu)，靈敏度也有所提高。彈簧式安全閥體積小，可以不受安裝位置的限制，克服了重錘杠桿式安全閥在突然開(kāi)啟后關(guān)閉困難的問(wèn)題。但是由于彈簧結(jié)構(gòu)本身的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，其對(duì)高溫環(huán)境適應(yīng)相差，常常需要與散熱結(jié)構(gòu)配合使用。而且由于彈簧結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的壓力均在閥瓣上進(jìn)行積聚，這樣往往造成安全閥無(wú)法快速開(kāi)啟。先導(dǎo)式安全閥是由主閥系統(tǒng)和輔閥系統(tǒng)構(gòu)成的一種聯(lián)動(dòng)式的安全閥，其常常應(yīng)用于大型壓力容器。

2.安全閥的特性及故障解析

安全閥是鍋爐等壓力容器安全的最后一道屏障，其靈敏度和可靠性關(guān)系著設(shè)備的正常運(yùn)行和工作人員的安全，是安全生產(chǎn)的重要一環(huán)。安全閥由于其本身結(jié)構(gòu)固有的一些特性以及在設(shè)計(jì)、制造和安裝過(guò)程中一些細(xì)節(jié)都會(huì)對(duì)安全閥的使用壽命和使用功效產(chǎn)生一定的影響。在設(shè)計(jì)、制造和安裝過(guò)程中的缺陷則會(huì)直接導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常使用甚至發(fā)生事故。常見(jiàn)的安全閥故障有以下幾種。

(1)安全閥泄漏

在實(shí)際使用過(guò)程中，最常見(jiàn)到的安全閥故障就是安全閥泄漏。首先，由于安全閥本身的結(jié)構(gòu)特性，其閥瓣和閥座密封面之間的臟物把密封面墊住，導(dǎo)致閥門泄漏。這是由于安全閥本身的結(jié)構(gòu)特征造成的，只能通過(guò)鍋爐檢修時(shí)把臟物除去。其次是密封面損傷。這是由于密封面材質(zhì)不好以及檢修質(zhì)量問(wèn)題造成的，只能對(duì)密封面進(jìn)行再加工。再次，由于安全閥本身內(nèi)部結(jié)構(gòu)件的壽命和使用期限已經(jīng)到達(dá)臨界點(diǎn)，安全閥內(nèi)部的杠桿、彈簧、閥桿等部件彎曲、變形或者失去彈性。這種故障是因?yàn)榘踩y內(nèi)部結(jié)構(gòu)件的機(jī)械特性所決定的，只能通過(guò)更換新零件的方法維修。最后，由于設(shè)計(jì)、制造以及裝配造成的泄漏。這種人為的失誤導(dǎo)致的故障只能重新進(jìn)行裝配和加工。

(2)安全閥提前開(kāi)啟或者閥門不回座

安全閥在沒(méi)有達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)開(kāi)啟或者泄壓后閥門無(wú)法回座是實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常遇到一種故障。造成這種故障最常見(jiàn)的問(wèn)題是我們對(duì)安全閥的彈簧和重錘設(shè)置不準(zhǔn)確造成的，應(yīng)該重新調(diào)整彈簧的壓縮量和重錘的位置。其次，在安全閥實(shí)際工作過(guò)程中安全閥一旦跳起回落之后就會(huì)在閥座和閥芯之間留有一層水層，長(zhǎng)年累月的積累會(huì)腐蝕安全閥，導(dǎo)致安全閥提前開(kāi)啟或者開(kāi)啟后無(wú)法回落。在工作中，只要定期巡檢并進(jìn)行手動(dòng)放氣就可消除這種故障。再次，重錘杠桿式安全閥由于杠桿被卡住或者重錘發(fā)生位移也可以造成此類故障。最后，工廠中對(duì)于壓力容器的安全閥一般只用空氣或者氮?dú)膺M(jìn)行校驗(yàn)，而在實(shí)際工況中當(dāng)氣體介質(zhì)與校驗(yàn)氣體相差較大時(shí)，往往產(chǎn)生一定的誤差。同時(shí)，校驗(yàn)過(guò)程的溫度與實(shí)際工況溫度的變化大小也容易導(dǎo)致故障發(fā)生。

(3)安全閥泄壓后壓力持續(xù)上升

安全閥排氣后壓力持續(xù)上升是實(shí)際生產(chǎn)中最危險(xiǎn)的情況，它表明整個(gè)壓力容器處于超壓狀態(tài)。首先，發(fā)生這種情況最主要原因是高壓容器安全閥的排放喉口徑小于安全閥表明口徑造成的。由于安全閥排放喉口徑偏小造成截面積達(dá)不到安全閥需要的截面積，當(dāng)壓力達(dá)到臨界壓力后無(wú)法為安全閥提供足夠壓力。同時(shí)，由于安全閥設(shè)備的特殊性不能僅僅依靠公式對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，必須進(jìn)行壓力實(shí)驗(yàn)。再次，由于閥桿中線不正以及彈簧生銹也可以造成此類故障。

(4)安全閥閥瓣震動(dòng)

當(dāng)高壓容器壓力接近設(shè)定壓力時(shí)，閥瓣震動(dòng)也是常見(jiàn)的故障之一。這主要是由于彈簧式安全閥中的彈簧剛度太大造成的，可以通過(guò)改用適當(dāng)彈簧進(jìn)行處理。同時(shí)，調(diào)節(jié)圈調(diào)節(jié)不當(dāng)，回座壓力過(guò)高或者排放管阻力過(guò)大也可以產(chǎn)生此類故障。

由于安全閥本身結(jié)構(gòu)與材質(zhì)的特性，其設(shè)計(jì)、制造與裝配必須遵循嚴(yán)格的操作流程。安全閥的使用過(guò)程必須進(jìn)行嚴(yán)格的抽檢以及年檢制度，保證安全閥的正常運(yùn)行。

(責(zé)任編輯：王恒)

Analysis of the Boiler Safety Valve Property and Malfunction

Yang Xiaojian

（Hebei Yingke Petrochemical Engineering Co., ltd, Hebei, 050001）

Safety valve is the essential safety device for high-pressure vessel and the important guarantee for the normal operation of device, besides, it has wide application in the large-scale infrastructures, like petrochemical industry, thermal power generation, nuclear energy power generation etc. The normal using of boiler safety valve has close relation with its device property and knowing the device property of safety valve is the essential condition for our effective use of safety valve.

safety valve；property；pressure vessel；boiler

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楊曉?。?979～)，女，河北英科石化工程有限公司；研究方向：化工工藝研究，化工操作，化工設(shè)計(jì)等。