鍋爐安全閥特性與故障分析

(廣州特種承壓設(shè)備檢測(cè)研究院，廣東 廣州510000)

0 引言

近年來，隨著社會(huì)對(duì)于鍋爐使用安全性重視程度的不斷提升，對(duì)鍋爐安全閥應(yīng)用場(chǎng)合的關(guān)注度也在不斷提升。鍋爐安全閥作為一種保護(hù)高壓容器的安全裝置，發(fā)揮著維護(hù)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要效果和積極價(jià)值，并在多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。以鍋爐安全閥為基礎(chǔ)的設(shè)備性能探索，主要是從其設(shè)備特性以及存在的故障入手，結(jié)合多種因素最大程度地發(fā)揮鍋爐安全閥的安全價(jià)值，不斷保障行業(yè)生產(chǎn)的安全效果。以下對(duì)鍋爐安全閥的特性以及常見的故障進(jìn)行詳細(xì)的分析。

1 鍋爐安全閥的特性

在現(xiàn)有的針對(duì)鍋爐安全閥的特性分析過程中，主要是從鍋爐安全閥的基礎(chǔ)應(yīng)用和性質(zhì)出發(fā)，結(jié)合鍋爐安全閥的應(yīng)用環(huán)境以及運(yùn)行原理等分析其特性；并由此結(jié)合鍋爐安全閥應(yīng)用的實(shí)際情況探索常見的故障類型以及解決方法。下面針對(duì)鍋爐安全閥的特性進(jìn)行分析，為實(shí)現(xiàn)對(duì)其常見故障的分析奠定基礎(chǔ)。

1.1 基礎(chǔ)應(yīng)用

一般而言，鍋爐安全閥的應(yīng)用大多數(shù)是集中在石油化工領(lǐng)域、火力和核能發(fā)電領(lǐng)域的壓力容器中。通過一種自動(dòng)化的控制技術(shù)管控壓力容器內(nèi)部介質(zhì)的存儲(chǔ)，進(jìn)而來提高其壓力設(shè)備運(yùn)行的安全性。而且，在鍋爐安全閥的基礎(chǔ)應(yīng)用中，不同類型的鍋爐安全閥具有不同的應(yīng)用環(huán)境以及應(yīng)用場(chǎng)合，可以較為具體地針對(duì)不同的利用環(huán)境而發(fā)揮作用。其中，安全閥常見于壓力容器內(nèi)部為氣體或者蒸汽類介質(zhì)的情況下，可以利用靜壓力驅(qū)動(dòng)的方式來完成對(duì)于壓力容器的自動(dòng)泄壓，保障壓力平衡。

1.2 結(jié)構(gòu)分類

據(jù)實(shí)際應(yīng)用顯示，鍋爐安全閥的結(jié)構(gòu)分類可以總結(jié)為重錘杠桿式安全閥和彈簧安全閥。不同的結(jié)構(gòu)應(yīng)用有不同效果和特性。其中，重錘式的杠桿安全閥主要是通過發(fā)揮重錘以及杠桿的作用來維持安全閥管控上的平衡效果。而且，由于杠桿所具有的特性使得其可以用較小質(zhì)量的重錘發(fā)揮較大的作用效果，并通過重錘位置變換的方式來精準(zhǔn)地控制鍋爐安全閥的開關(guān)程度。這種重錘杠桿式安全閥的優(yōu)點(diǎn)為：開關(guān)掌握更穩(wěn)定、精確性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾性強(qiáng)以及適應(yīng)性較強(qiáng)等；但由于重錘的存在也使其利用較為笨重，很容易在震動(dòng)的作用下發(fā)生泄漏的后果。

此外，在彈簧式安全閥應(yīng)用中，也是側(cè)重于通過彈簧結(jié)構(gòu)來調(diào)整安全閥瓣的力量，以其壓縮量為實(shí)際情況來控制安全閥開啟的程度。這種彈簧式安全閥的應(yīng)用，具有體積小、應(yīng)用范圍廣、開關(guān)便捷的特點(diǎn)，但是受到彈簧自身的限制也會(huì)導(dǎo)致其環(huán)境的限制性較大，并且要配合一定的散熱設(shè)備一起發(fā)揮效果，才能避免彈簧發(fā)熱所產(chǎn)生的不良后果

1.3 應(yīng)用原理

在鍋爐安全閥的應(yīng)用中，主要的運(yùn)行原理是與其組成結(jié)構(gòu)密不可分的。一般而言，鍋爐安全閥主要是分為安全閥彈簧、閥桿、閥瓣3個(gè)部分。其中，安全閥彈簧是一種提供預(yù)緊力的部件，產(chǎn)生的預(yù)緊力通過閥桿的作用最終達(dá)到閥瓣的上部位置，并通過調(diào)整彈簧的預(yù)緊力來調(diào)整安全閥的整定壓力，同時(shí)也可以通過安全閥反沖盤來控制安全閥的開啟高度。在這種密封環(huán)境下，系統(tǒng)內(nèi)部的介質(zhì)主要是在閥瓣下方位置發(fā)生壓力作用，并通過向下的預(yù)緊力和向上力的作用，在雙方達(dá)成平衡時(shí)，控制閥門起跳，完成安全的起座工作，進(jìn)行壓力容器的內(nèi)部排壓。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部介質(zhì)壓力大于彈簧預(yù)緊力時(shí)安全閥開啟對(duì)系統(tǒng)壓力進(jìn)行排放，當(dāng)系統(tǒng)壓力低于彈簧預(yù)緊力時(shí)閥瓣在彈簧作用力下回座并保證密封。

2 鍋爐安全閥的常見故障類型

在初步研究了鍋爐安全閥的特性之后，針對(duì)鍋爐安全閥的常見故障類型進(jìn)行探索。從鍋爐安全閥的基礎(chǔ)應(yīng)用、結(jié)構(gòu)分析以及應(yīng)用原理等角度出發(fā)，結(jié)合實(shí)際的工作環(huán)境，分析鍋爐安全閥中常見的故障類型，而不斷探索防止鍋爐安全閥應(yīng)用出現(xiàn)故障的方法。

2.1 安全閥泄漏

一般而言，在鍋爐安全閥的應(yīng)用過程中出現(xiàn)安全閥泄漏的情況主要是由于安全閥自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及密封性等性質(zhì)而造成的。在分析鍋爐安全閥的應(yīng)用原理時(shí)發(fā)現(xiàn)：只有當(dāng)閥瓣與閥座能夠順利實(shí)現(xiàn)密封的前提下，才能進(jìn)行后續(xù)的排壓操作，進(jìn)而完成容器內(nèi)的壓力排放。但是，在實(shí)踐中由于存在一些臟物等其他物質(zhì)會(huì)藏在密封面的空間內(nèi)，使得密封面接觸的密封效果大打折扣。而且，密封面長(zhǎng)期處于這種環(huán)境下還會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)密封面損傷的后果，最終也將使得密封效果受到不良影響。但在解決時(shí)，只有與鍋爐維修工作一同開展，將密封面的妨礙物質(zhì)除去，才能避免鍋爐安全閥的泄露。

此外，導(dǎo)致鍋爐安全閥泄露的另外一個(gè)原因可以概括為鍋爐安全閥內(nèi)部設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行而導(dǎo)致的設(shè)備老化和部件使用期限到期等情況。由于鍋爐安全閥的開關(guān)工作是長(zhǎng)期處于運(yùn)行的狀態(tài)，就導(dǎo)致其原本的使用壽命就會(huì)大大受到影響；而且伴隨著鍋爐安全閥內(nèi)部的杠桿部件、彈簧彎曲以及閥桿變形等情況，會(huì)使得這些設(shè)備元件失去彈性，進(jìn)而喪失其原本的作用。在解決這種問題時(shí)，就必須要結(jié)合相應(yīng)的設(shè)備使用期限以及日常化的維修和檢修工作等保障設(shè)備處于正常的使用時(shí)間，才能夠有效地發(fā)揮其內(nèi)在的價(jià)值。

2.2 安全閥頻跳

這里所提及到的頻跳一般是指安全閥回座后，隨著壓力的升高，將會(huì)使安全閥開啟，反復(fù)幾次出現(xiàn)，即所謂的安全閥“頻跳”現(xiàn)象。在整個(gè)動(dòng)作過程中，要確保安全閥達(dá)到規(guī)定開啟高度，嚴(yán)禁出現(xiàn)震顫、卡阻和頻跳現(xiàn)象。在鍋爐安全閥運(yùn)行過程中，頻跳現(xiàn)象一旦出現(xiàn)將會(huì)對(duì)安全閥的密封產(chǎn)生不利影響，極易誘發(fā)密封面泄漏問題。造成上述現(xiàn)象的主要原因是與安全閥回座壓力太高有關(guān)，如果回座壓力比較高時(shí)，將會(huì)降低容器內(nèi)過剩的介質(zhì)排放量，并促使安全閥回座。如果運(yùn)行人員未按照要求對(duì)其進(jìn)行調(diào)整時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致容器內(nèi)壓力很快提升，誘發(fā)安全閥動(dòng)作，此時(shí)可以通過開大節(jié)流閥的開度來給予解決。節(jié)流閥開大后，將會(huì)減少主安全閥活塞室內(nèi)的汽源，降低推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)的力，避免主安全閥連續(xù)啟動(dòng)。

2.3 安全閥卡死

1)粉塵“卡死”。粉塵一般包括有機(jī)粉塵和無(wú)機(jī)粉塵，其中有機(jī)粉塵常見的有塑料粉塵、煤粉、植物淀粉和植物性細(xì)小纖維等。當(dāng)有機(jī)粉塵落到閥門密封元件(閥瓣)與安全閥的導(dǎo)向套之間的間隙后，遇到高溫時(shí)發(fā)生融化、干餾、干燥、結(jié)碳、焦化(膨化)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致閥瓣與閥座、向套與閥瓣粘結(jié)形成整體，無(wú)法在原整定壓力下動(dòng)作，進(jìn)而出現(xiàn)了“卡死”現(xiàn)象。無(wú)機(jī)粉塵常見的有塵土、爐塵、灰沙等，當(dāng)這些粉塵與閥腔內(nèi)的水蒸氣或水進(jìn)行混合時(shí)，并且在閥門受熱后，將會(huì)導(dǎo)致無(wú)機(jī)粉塵與閥腔內(nèi)的水混合后轉(zhuǎn)化為黏度較強(qiáng)的混合物，在閥瓣與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)間的間隙間積聚，預(yù)冷后將會(huì)使閥瓣與導(dǎo)向套、閥瓣與閥粘結(jié)在一起，誘發(fā)“卡死”問題。

2)鐵銹誘發(fā)安全閥“卡死”。鐵銹通常是指閥罩、彈簧、閥體、管道等零件與水蒸氣、水、空氣、等物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終在彈簧室、閥腔和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)間隙沉淀，從而誘發(fā)銹垢“卡死”。

3)水垢誘發(fā)安全閥“卡死”。在對(duì)安全閥進(jìn)行安裝過程中，如果安裝不合理將會(huì)導(dǎo)致安全閥閥腔內(nèi)積水，進(jìn)而誘發(fā)水垢。閥腔受熱過程中，將會(huì)降低水中雜質(zhì)的溶解度，即水中的鈣(Ca)、鎂(Mg)離子等與其他雜質(zhì)會(huì)在閥瓣與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的間隙、閥門內(nèi)部的密封元件表面及其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)零件上粘附、沉積、結(jié)晶，從而出現(xiàn)“卡死”現(xiàn)象。

4)冰凍“卡死”。在以液化氣體和低沸點(diǎn)物質(zhì)為主的安全閥上，可能會(huì)因?yàn)樵诔合乱夯瘹怏w迅速氣化，當(dāng)出現(xiàn)泄漏時(shí)，泄漏介質(zhì)的流量、流速達(dá)到一定值時(shí)，將會(huì)吸收閥門的熱量，導(dǎo)致空氣中水蒸氣在閥腔內(nèi)的零件與零件間隙和零件表面迅速結(jié)霜、結(jié)露和結(jié)冰，誘發(fā)安全閥“卡死”。

要想使上述問題得到有效解決，就需要定期將安全閥拆下清洗，進(jìn)行定壓校驗(yàn)后才允許重新使用。在室外安裝的安全閥，要做好防護(hù)措施，避免塵埃、霧、雨、銹污等贓物進(jìn)入安全閥中。同時(shí)，還需要加強(qiáng)鍋爐的定期維護(hù)保養(yǎng)工作，以確保爐墻、爐頂密封性能良好，且可以有效降低安全閥周圍的粉塵濃度。

2.4 閥瓣震動(dòng)故障

當(dāng)出現(xiàn)閥瓣震動(dòng)故障時(shí)，主要是由于彈簧的震動(dòng)而導(dǎo)致鍋爐安全閥出現(xiàn)閥瓣震動(dòng)，進(jìn)而影響到高壓容器的鍋爐安全閥閥門關(guān)閉的結(jié)果。一般而言，當(dāng)出現(xiàn)安全閥閥瓣震動(dòng)的情況下，需要從解決彈簧的剛度出發(fā)，選擇合適的彈簧應(yīng)用來調(diào)節(jié)鍋爐安全閥的回座力。同時(shí)，還需要針對(duì)鍋爐安全閥的排放管阻力進(jìn)行分析，防止由于排放管產(chǎn)生的較大阻力導(dǎo)致閥瓣出現(xiàn)震動(dòng)故障的結(jié)果。對(duì)于閥瓣震動(dòng)故障的解決，重點(diǎn)是從彈簧的更換和調(diào)整入手，結(jié)合相應(yīng)的技術(shù)判斷措施，摒除其他導(dǎo)致出現(xiàn)閥瓣振動(dòng)的故障因素，最終進(jìn)行彈簧的彈性調(diào)整以及剛度整改。

3 結(jié)語(yǔ)

分析鍋爐安全閥特性和故障，可以從鍋爐安全閥的基礎(chǔ)應(yīng)用、結(jié)構(gòu)分類和應(yīng)用原理等角度入手，并結(jié)合其實(shí)用情況總結(jié)鍋爐安全閥應(yīng)用中常見的故障類型，從而推動(dòng)故障解決技術(shù)的研究。