鍋爐脈沖式安全閥誤動作事故分析和解決

陳永凡

（吉林石化公司動力二廠，吉林吉林 132001）

1 原理、結(jié)構(gòu)及功能簡介

安全閥是鍋爐重要的安全保護(hù)裝置，其作用是當(dāng)鍋爐蒸汽壓力超過預(yù)設(shè)安全壓力值的時候，能自動開啟向外排汽降壓，當(dāng)蒸汽壓力下降至略低于安全壓力值的時候，又能自動關(guān)閉，從而保護(hù)鍋爐的安全運(yùn)行。動力二廠1#和2#鍋爐為東方鍋爐廠制造的DG-220/9.8-8型高溫、高壓自然循環(huán)鍋爐，每臺鍋爐裝配安全閥2臺，分別為飽和蒸汽安全閥和過熱蒸汽安全閥，相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 安全閥相關(guān)參數(shù)

1#爐、2#爐配備脈沖式安全閥，由主安全閥及脈沖閥組成，兩者通過導(dǎo)壓管連接，其本身為一種直接載荷式安全閥，主安全閥的開啟受脈沖閥控制。鍋爐正常運(yùn)行時，主閥密封面被高壓蒸汽壓緊、嚴(yán)密關(guān)閉。當(dāng)汽壓超過安全閥整定值時，脈沖閥打開，蒸汽通過導(dǎo)壓管道進(jìn)入主閥活塞上方。由于活塞與主閥密封面受壓一樣，當(dāng)活塞受力面積大于主閥密封面時主閥打開，開始排汽泄壓，當(dāng)壓力下降到一定數(shù)值時，脈沖閥關(guān)閉，活塞上方的汽源切斷，而主閥得以關(guān)閉（圖1）。

2 校驗(yàn)與現(xiàn)場熱調(diào)修正

按照TSG ZF001—2006《特種設(shè)備技術(shù)規(guī)范》，定期校驗(yàn)安全閥，一般每年至少一次，以保證其整定壓力和密封性能滿足要求。

工廠安全閥由企業(yè)內(nèi)部建修公司統(tǒng)一承擔(dān)校驗(yàn)任務(wù)，采用常溫條件下在校驗(yàn)臺上校驗(yàn)，以水為介質(zhì)校驗(yàn)測出整定壓力值。但實(shí)際情況中，安全閥的整定壓力受現(xiàn)場高溫環(huán)境影響，常溫下檢測參數(shù)與實(shí)際參數(shù)有一定誤差。這是因?yàn)榘踩y各運(yùn)動部件受熱膨脹，材質(zhì)不同、膨脹系數(shù)不同、改變了運(yùn)動間隙，且彈簧在高溫狀態(tài)下和常溫狀態(tài)下受力特性也有變化。因此，校驗(yàn)值需要在運(yùn)行實(shí)際工況下進(jìn)行修正。每年鍋爐系統(tǒng)檢修完成后的啟爐時，都對脈沖安全閥進(jìn)行熱調(diào)修正。

圖1 2臺并排的主閥

3 事故簡介

2016年7月9日，1#爐現(xiàn)場突然傳出蒸汽外泄的響聲，鍋爐壓力下降（過熱蒸汽壓力9.6 MPa，飽和蒸汽壓力10.58 MPa）降至（過熱蒸汽壓力8.87 MPa，飽和蒸汽壓力10.27 MPa）。爐膛負(fù)壓無波動，經(jīng)現(xiàn)場檢查，確認(rèn)為1#爐飽和蒸汽安全閥誤動作，關(guān)閉飽和蒸汽脈沖閥隔離閥后，鍋爐汽壓恢復(fù)正常。

經(jīng)查自投運(yùn)至今，1#爐、2#爐過熱蒸汽安全閥和飽和蒸汽安全閥，經(jīng)常出現(xiàn)誤動作情況。誤動作之后，需要關(guān)閉隔離閥才能使主安全閥關(guān)閉。說明1#爐、2#爐安全閥一直存在運(yùn)行安全隱患（圖2）。

4 原因分析

4.1 拆檢情況

事件發(fā)生后查驗(yàn)檢修記錄，安全閥曾隨鍋爐本體一起進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過嚴(yán)密性實(shí)驗(yàn)檢查無異常。關(guān)閉隔離閥后主閥關(guān)閉嚴(yán)密，檢查儀表部件無異常，確定為脈沖閥異常啟跳。

對脈沖閥進(jìn)行全面檢查，儀表電磁部分連接正常，閥門法蘭結(jié)合面平整，連接螺栓及螺帽無裂紋、絲扣無損壞。拆卸杠桿開口銷子及杠桿，檢查檔銷無異常折斷或磨損。

圖2 脈沖安全閥

拆卸閥口，檢查閥瓣及閥座的結(jié)合面光潔度良好，未見密封面損傷，著色檢查密封面接觸均勻，接觸面積超過2/3，符合要求。

拆解閥帽，彈簧壓力調(diào)整螺帽鎖緊螺母出現(xiàn)明顯松動，測量盤型彈簧工作長度，及對應(yīng)調(diào)整螺母相對位置，與之前檢修記錄作比較，發(fā)現(xiàn)位置向上位移動8～9 mm，絲杠兩螺母連接部位螺紋灰層分界線明顯。詳細(xì)檢查彈簧，其剛度測定正常，垂直傾斜偏差未超過2 mm，兩端不平行偏差未超過1 mm。對照數(shù)據(jù)，自由高度未低于原始高度的1%。

4.2 原始熱調(diào)方法

工廠對于此類安全閥，之前一直采用人工現(xiàn)場熱調(diào)方法，具體為熱調(diào)施工單位在啟爐時候進(jìn)入現(xiàn)場做相關(guān)準(zhǔn)備工作，當(dāng)鍋爐壓力升高到安全閥啟跳壓力的時候，手動開啟隔離閥，拆卸脈沖閥頂部鎖緊螺母，對調(diào)整螺母進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時聯(lián)系現(xiàn)場確認(rèn)壓力，注意觀察安全閥排水管是否有出水情況，當(dāng)達(dá)到起跳壓力時，排水管首先出水，然后蒸汽隨連接管路到達(dá)主安全閥活塞上方，隨之引發(fā)主安全閥啟跳。屆時需要由專人馬上關(guān)閉隔離閥，實(shí)現(xiàn)主安全閥回座，并再次聯(lián)系核對起跳壓力做好記錄。待彈簧冷卻后開啟隔離閥完成熱調(diào)工作。

人工現(xiàn)場熱調(diào)安全閥存在著一定弊端：首先，主安全閥跑陀為高壓蒸汽實(shí)跑，易沖刷閥口，造成主閥關(guān)閉不嚴(yán)的情況；其次，關(guān)閉隔離閥和調(diào)整調(diào)節(jié)螺母操作人員相關(guān)工作有一定延遲，存在的誤差一般較大；最后，實(shí)際跑陀因彈簧受熱影響只能操作一次，數(shù)值多少即多少，無法進(jìn)行修訂。

4.3 具體原因分析

（1）施工人員經(jīng)驗(yàn)不足，未及時固定好鎖緊螺母。在安全閥校驗(yàn)過程中，對鎖緊螺母備帽實(shí)施預(yù)緊力不夠，導(dǎo)致鎖緊螺母松動。

（2）爐本體運(yùn)行中存在振動情況，致使鎖緊螺母備帽松動。對鍋爐本體振動，會造成安全閥鎖緊螺母備帽松動的情況預(yù)判不足。

（3）閥門鎖緊螺母沒有定位卡鐵或防松頂絲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致備帽松動后鎖緊螺母發(fā)生位移。

5 改進(jìn)措施

鑒于主安全閥經(jīng)常啟跳會造成密封面沖刷，使安全閥不嚴(yán)。長時間操作會產(chǎn)生嚴(yán)重泄漏情況，且由于人工熱調(diào)必須配合鍋爐點(diǎn)爐時，升滿壓力放空進(jìn)行，平時操作不具備實(shí)施條件。而在生產(chǎn)過程中，一旦出現(xiàn)安全閥突跳，在沒有在線檢測技術(shù)的情況下，無法確定其整定壓力是否發(fā)生變化。為了不影響生產(chǎn)，只能將突跳安全閥鎖死，使之無法開啟，或關(guān)閉隔離閥解列安全閥。直至下一個檢修周期后的啟爐時間段，才能重新進(jìn)行校驗(yàn)投運(yùn)。這期間安全閥也就失去了安全作用，使鍋爐帶隱患運(yùn)行，因此必須對其進(jìn)行技術(shù)調(diào)優(yōu)。

經(jīng)過分析，認(rèn)為避免安全閥異常啟跳，必須采取以下2個措施。

5.1 從結(jié)構(gòu)上提高閥門自身安全性能

最理想的方法是將原安全閥更換為全量型安全閥。從結(jié)構(gòu)形式上看，采用全量型安全閥的方法效果較好，結(jié)構(gòu)簡單，能避免脈沖安全閥的信號延遲，減少啟跳環(huán)節(jié)，而且更加準(zhǔn)確可靠直接。但是由于全量型安全閥采購價格較高，而且安裝時相關(guān)管道及附件需要改動較多，耗費(fèi)的人力、物力也較大，因此還是從脈沖閥的結(jié)構(gòu)上著手。

考慮到固定安全閥調(diào)整螺母備帽，避免松動導(dǎo)致彈簧緊力發(fā)生變化。經(jīng)過詳細(xì)研究，在安全閥帽頭內(nèi)安裝卡鐵，用以固定調(diào)整螺母備帽，使之即便發(fā)生松動情況，螺帽受卡鐵限制也不會發(fā)生位移，引發(fā)彈簧預(yù)緊力的變化，徹底解決了該問題發(fā)生的可能。

5.2 更改熱調(diào)方法提高安全閥整定壓力準(zhǔn)確性

鑒于人工熱調(diào)存在諸多缺點(diǎn)，改用在線調(diào)試方法進(jìn)行調(diào)試，其系統(tǒng)由機(jī)械連接部件、液壓控制系統(tǒng)、電腦測量系統(tǒng)3部分組成。通過現(xiàn)場鍋爐的基礎(chǔ)壓力值、安全閥有效密封面面積，計(jì)算調(diào)整安全閥開啟時的附加外力，就可以得出安全閥的開啟壓力值。啟爐時將壓力升至爐本體70%左右負(fù)荷后即可實(shí)施檢測，通過安裝儀器改變彈簧預(yù)緊壓縮量來對整定壓力進(jìn)行調(diào)整。

由于可以進(jìn)行連續(xù)多次調(diào)整測量，可滿足所測出的數(shù)值偏差不超過整定壓力1%的安全技術(shù)規(guī)范的規(guī)定，保證調(diào)整結(jié)果安全有效。而且因主閥閥門開啟時間僅為s，因此不影響工藝的正常點(diǎn)爐，安全性極強(qiáng)，對主安全閥密封面的傷害也可以降至最低。

6 后續(xù)改進(jìn)工作

2017年初，對1#爐2臺安全閥實(shí)施在線熱調(diào)，經(jīng)過一個周期運(yùn)行，狀況良好未發(fā)生異常起跳情況。2018年，又對2#爐2臺安全閥實(shí)施在線熱調(diào)。目前，2臺鍋爐安全閥，再無發(fā)生異常起跳情況，徹底杜絕了同類事件發(fā)生。