安全閥泄漏原因分析及對(duì)策

侯文峰

（煙臺(tái)市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，山東 煙臺(tái) 265508）

安全閥作為鍋爐、壓力容器和壓力管道等承壓類特種設(shè)備最重要的安全附件，在保證承壓類特種設(shè)備使用安全方面起著至關(guān)重要的作用。使用安全閥最大的危險(xiǎn)點(diǎn)是設(shè)備超壓時(shí)安全閥失靈，也就是不起跳，以往承壓類特種設(shè)備事故許多都是因此而發(fā)生的，對(duì)此，使用者已給予了高度的重視，類似事故已非常少見。相對(duì)安全閥的失靈，安全閥泄漏卻非常多，總認(rèn)為不關(guān)緊要，沒有引起使用者的足夠注意，因?yàn)樾孤┐蠖嗖粫?huì)直接引起事故，但卻為事故的發(fā)生埋下了諸多隱患，發(fā)現(xiàn)、處理不及時(shí)可能直接影響設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至導(dǎo)致發(fā)生嚴(yán)重的事故，例如，河南能源化工集團(tuán)洛陽永龍能化有限公司安全閥泄漏中毒事故。

1 事故案例

2018年12月8日，河南能源化工集團(tuán)洛陽永龍能化有限公司發(fā)生一起中毒事故，造成3 人死亡、1 人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失約280 萬元。本次事故直接原因?yàn)椋阂叶紡S亞硝酸甲酯制備裝置安全閥、爆破片出現(xiàn)泄漏，有毒氣體亞硝酸甲酯泄漏后進(jìn)入正在作業(yè)人員的工作空間，導(dǎo)致中毒。間接原因?yàn)椋禾胤N設(shè)備（安全閥）校驗(yàn)機(jī)構(gòu)未盡責(zé)，在線校驗(yàn)時(shí)只對(duì)安全閥進(jìn)行了整定壓力校驗(yàn)，未能進(jìn)行密封性能試驗(yàn)，未能正確判斷安全閥是否泄漏。所以安全閥的泄漏不可忽視，下面主要以帶提升裝置的彈簧式安全閥為例討論安全閥常見泄漏原因和對(duì)策。

2 泄漏原因及對(duì)策

2.1 安全閥運(yùn)輸和存放

安全閥因運(yùn)輸和存放不當(dāng)，極易破壞密封面產(chǎn)生泄漏或?qū)σ院蟮氖褂寐裣码[患。

（1）新出廠的安全閥應(yīng)裝箱運(yùn)輸，并在箱內(nèi)固定牢固，搬運(yùn)時(shí)，要輕拿輕放，避免劇烈震動(dòng)，破壞密封面。

（2）對(duì)存入庫房的安全閥，入庫前要開箱檢查，重點(diǎn)檢查安全閥進(jìn)出口保護(hù)裝置是否脫落，如果脫落，應(yīng)仔細(xì)檢查是否有雜物進(jìn)入安全閥進(jìn)出口，確認(rèn)進(jìn)出口無雜物后重新將進(jìn)出口封嚴(yán)；因?yàn)殡s物可能導(dǎo)致密封面被擱置，造成泄漏。

（3）安全閥應(yīng)豎直存放在干燥的室內(nèi)，保證安全閥密封面免受外力沖擊。存放在庫內(nèi)的安全閥，應(yīng)調(diào)松壓緊彈簧的螺母，保護(hù)彈簧的彈性，使閥瓣處于卸載狀態(tài)，以保護(hù)安全閥密封面不受損傷。

2.2 安全閥離線校驗(yàn)

根據(jù)《特種設(shè)備安全法》要求，特種設(shè)備的安全附件應(yīng)進(jìn)行定期校驗(yàn)。安全閥校驗(yàn)執(zhí)行《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG ZF001-2006），為保證安全閥密封效果好，超壓能及時(shí)起跳，校驗(yàn)中各工序不得缺失，而且應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，以防對(duì)安全閥密封面造成損傷，產(chǎn)生泄漏。

（1）校驗(yàn)前，應(yīng)對(duì)安全閥解體，檢查各部件，在取出閥芯時(shí)一定要仔細(xì)，輕取輕放，當(dāng)閥芯和閥座之間、閥芯和反沖盤之間、閥瓣與導(dǎo)向套之間出現(xiàn)銹蝕黏連時(shí)，要用去銹劑浸泡，直到能夠分開為止，切不可強(qiáng)行分離，或用硬器擊打，以免造成對(duì)密封面的破壞。閥芯取出后，一定要用軟布將閥芯和閥座的密封面保護(hù)起來，放置穩(wěn)妥，以防外力對(duì)密封面造成損傷。

（2）當(dāng)安全閥內(nèi)零部件因銹蝕需要打磨時(shí)，必須注意打磨量，以清除浮銹，打磨平滑為好，因?yàn)殚y瓣和導(dǎo)向套之間間隙必須保持適當(dāng)，同時(shí)，要考慮到閥瓣外徑的大小和安全閥使用的環(huán)境溫度的不同，對(duì)間隙造成的影響；間隙過小，可能造成閥瓣和導(dǎo)向套之間移動(dòng)受限，產(chǎn)生卡阻；間隙過大，又可能造成閥芯回座時(shí)閥芯和閥座偏移，損傷密封面，對(duì)密封產(chǎn)生不利影響；當(dāng)閥桿的下部尖端發(fā)生銹蝕時(shí)，輕者可用細(xì)砂紙沾油輕輕磨光，重者應(yīng)用機(jī)械修正，保證閥桿和閥桿下部尖端的同心度，切忌手工在砂輪上磨尖；一旦閥桿和閥桿下部尖端失去同心度，閥桿和閥瓣的軸線不重合，便可能閥芯受力不均，閥芯和閥座密封面接觸不良，造成泄漏。

（3）安全閥拆解后，要對(duì)密封面進(jìn)行認(rèn)真的檢查，檢查的方法通常有目視檢測法、藍(lán)油或紅丹試驗(yàn)、光學(xué)檢查和密封試驗(yàn)法。目視法最簡單，也最常用，但需要一定的經(jīng)驗(yàn)積累，方能掌握，做到熟練使用。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)密封面平面度和粗糙度存在問題時(shí)，便應(yīng)該采取研磨的方法對(duì)密封面進(jìn)行修復(fù)。當(dāng)閥瓣或閥座密封面上有明顯壓痕，此時(shí)，不能簡單采取研磨處理，而應(yīng)該分析產(chǎn)生的原因：如果是密封比壓已經(jīng)超過該閥門密封面最大密封比壓，就說明此安全閥不適合其所安裝的設(shè)備，應(yīng)該進(jìn)行更換；密封比壓指密封面貼合面上的壓強(qiáng)，提高密封比壓有利于提高密封性，但應(yīng)該考慮密封面材料的強(qiáng)度極限。如果是因?yàn)榘踩y經(jīng)多次維修，密封面因研磨硬質(zhì)堆焊層金屬厚度減薄，強(qiáng)度降低而形成壓痕，則應(yīng)通過堆焊、研磨等方法修復(fù)密封面，如果不能修復(fù)，則更換同樣型號(hào)種類的安全閥。

研磨的方法分為手工研磨和機(jī)械研磨，具體采取哪一種方法，應(yīng)根據(jù)研磨設(shè)備、人員技能、磨削量等情況而定，但研磨前一定要清楚需要研磨的量，研磨中一定要勤檢查，以防研磨過量。閥芯和閥座密封面必須分別進(jìn)行研磨，嚴(yán)謹(jǐn)對(duì)磨，因?yàn)閷?duì)磨極易在密封面上形成溝槽；安全閥經(jīng)校驗(yàn)維修，閥芯和閥座保持良好的密封面，是保證安全閥不泄漏最基本的條件。

（4）安全閥的組裝，當(dāng)安全閥的全部零部件修復(fù)完畢、清洗干凈后，按拆解順序相反的順序，保持零部件間原有的相對(duì)位置組裝安全閥。組裝過程中，嚴(yán)禁零部件之間發(fā)生碰撞，特別應(yīng)注意不得損傷密封面；需要固定的部件，給力一定要均勻，防止產(chǎn)生不應(yīng)有的應(yīng)力導(dǎo)致密封面損傷，破壞密封造成泄漏。

（5）計(jì)算安全閥在非工作狀態(tài)下密封面的受力情況。舉例：以公稱通徑50m、流道直徑32mm、壓力等級(jí)為0.8 ～1.0MPa 的安全閥為例，計(jì)算當(dāng)整定壓力為0.9MPa，介質(zhì)壓力為常壓時(shí)，安全閥密封面所承受的壓力。經(jīng)實(shí)際測量，閥芯密封面面積小于閥座密封面面積，故以閥芯密封面面積進(jìn)行計(jì)算，測得閥芯圓形密封面內(nèi)徑為：33.9mm,外徑為39.1mm。

當(dāng)安全閥校驗(yàn)合格，介質(zhì)壓強(qiáng)為0.9 MPa時(shí)，密封面受力為0，此時(shí)，得彈簧力為：

當(dāng)安全閥非運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，P1=0，得：

非運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，由式（1）（2）得：

經(jīng)計(jì)算得：P2=2.7MPa

式中，F(xiàn) 為彈簧預(yù)緊力；P1為安全閥入口介質(zhì)壓強(qiáng)；S1為介質(zhì)壓力作用在閥芯上的面積；P2為密封面壓強(qiáng)；S2為密封面有效面積。

在非運(yùn)行、靜置狀態(tài)下，此安全閥密封面最大需承受約80kg 的壓力。

（6）安全閥離線校驗(yàn)，通常是在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的，氣源通常來源于空氣壓縮機(jī)、氣瓶組或其他固定氣源；《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG ZF001-2006）要求配備一定容積的儲(chǔ)氣罐，儲(chǔ)氣罐的容積應(yīng)當(dāng)與校驗(yàn)安全閥的用氣量相適應(yīng)，應(yīng)當(dāng)不小于1m3，校驗(yàn)臺(tái)要配有足夠容積的試驗(yàn)容器，以保證在校驗(yàn)安全閥時(shí)氣源穩(wěn)定、流量足夠，接近于實(shí)際情況。

現(xiàn)實(shí)中的試驗(yàn)臺(tái)往往缺少試驗(yàn)容器，氣源經(jīng)過或不經(jīng)過儲(chǔ)氣罐，通過一條管道直接連到被試驗(yàn)的安全閥入口，安全閥在一定的試驗(yàn)壓力開啟后，由于安全閥流道直徑大多要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣源管道直徑，受氣源管道直徑的限制，調(diào)試介質(zhì)流量不足，閥芯與閥座之間介質(zhì)壓力迅速減少，雖然安全閥在試驗(yàn)臺(tái)校驗(yàn)時(shí)，閥芯開啟高度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，只能是微啟，但由于彈簧壓力較大，特別是壓力等級(jí)較高的安全閥，當(dāng)安全閥起跳，閥芯離開閥座一定高度，在彈簧力作用下，回座時(shí)，閥芯與閥座密封面迅速接觸時(shí)，將產(chǎn)生巨大的沖擊，上述例中密封面會(huì)承受遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于80kg 的壓力，整定壓力更高就需要承受更大的沖擊力?！栋踩y安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG ZF001-2006）要求每只安全閥校驗(yàn)時(shí)，要進(jìn)行3 次試驗(yàn)，極易造成密封面損傷，造成泄漏。所以，校驗(yàn)臺(tái)一定要配置足夠容積的試驗(yàn)容器，氣源來自儲(chǔ)氣罐；在校驗(yàn)超過現(xiàn)有氣源壓力或壓力較高的安全閥時(shí)，可借助安全閥在線校驗(yàn)裝置對(duì)高壓安全閥進(jìn)行整定，有助于保護(hù)安全閥密封面，防止泄漏。

（7）安全閥校驗(yàn)過程中，當(dāng)需要旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺桿改變彈簧預(yù)緊壓縮量對(duì)整定壓力進(jìn)行調(diào)整時(shí)，必須是在介質(zhì)壓力小于整定壓力的90%以下時(shí)，才能進(jìn)行，防止在調(diào)整過程中，閥瓣跟隨閥桿旋轉(zhuǎn)，損傷密封面，造成泄漏。

2.3 安全閥選型

安全閥的選用一般是由設(shè)備或成套裝置設(shè)計(jì)時(shí)，配套選定的，問題不多，但當(dāng)設(shè)備或成套裝備改造或改變使用用途時(shí)，往往需要重新配置安全閥，極易出現(xiàn)選型錯(cuò)誤。

（1）安全閥的流通直徑是根據(jù)設(shè)備或成套裝置安全泄放量來確定的，當(dāng)選擇過大的排放量時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)頻跳，即安全閥閥瓣快速異常地來回運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中閥芯接觸閥座，極易造成對(duì)密封面的損傷，造成安全閥正常使用時(shí)泄漏。

（2）安全閥工作壓力等級(jí)是根據(jù)彈簧而定的，當(dāng)選擇相對(duì)開啟壓力過大的安全閥等級(jí)時(shí)，有時(shí)雖然安全閥在調(diào)試時(shí)可以按要求調(diào)好，但當(dāng)正常使用時(shí)，由于壓力不在彈簧有效使用范圍內(nèi)，起跳壓力會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，極易出現(xiàn)頻跳現(xiàn)象。

（3）背壓對(duì)安全閥的選擇至關(guān)重要，當(dāng)排放背壓力＞10%整定壓力時(shí)，不能選擇常規(guī)的安全閥，應(yīng)選擇受背壓影響較小的安全閥，當(dāng)選擇不當(dāng)時(shí)，在過大背壓影響下，也極易出現(xiàn)頻跳現(xiàn)象。

2.4 安全閥安裝

（1）安全閥必須垂直安裝，并且最好直接安裝在容器或管道上，當(dāng)必須裝設(shè)進(jìn)口管時(shí)，進(jìn)口管內(nèi)徑應(yīng)不小于安全閥的進(jìn)口通徑，管長盡量縮短，入口管道壓力降不大于安全閥設(shè)定壓力（表壓）的3%，防止造成安全閥頻跳。

（2）對(duì)安裝有安全閥的設(shè)備，應(yīng)盡量減少震動(dòng)，使安全閥始終處于平穩(wěn)的狀態(tài)，減少安全閥的誤啟、頻跳。

（3）安全閥排放管上安裝消音器時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加大排放管口徑，避免安全閥排放背壓增大，造成安全閥頻跳。

（4）與安全閥鏈接的所有管道都應(yīng)避免對(duì)安全閥產(chǎn)生過大的應(yīng)力，防止造成安全閥變形，密封面錯(cuò)位，造成泄漏。

（5）安全閥出口排放管道的安裝應(yīng)牢固，不因外力或排放介質(zhì)產(chǎn)生的反作用力，對(duì)安全閥造成損傷；排放管出口端要低于安全閥出口，并保證管道內(nèi)不存水；當(dāng)排放管某處出現(xiàn)凹點(diǎn)時(shí)，在管道的下部應(yīng)加裝疏水管，確保安全閥排放管道內(nèi)不儲(chǔ)水，以免造成安全閥內(nèi)部泄放介質(zhì)中及外來的雜物堆積，腐蝕閥瓣和閥座，損傷密封面。

2.5 安全閥使用

（1）安全閥使用前要經(jīng)過校驗(yàn)，要通過信息確認(rèn)，明確安全閥所對(duì)應(yīng)的設(shè)備，避免安裝錯(cuò)誤。安全閥經(jīng)校驗(yàn)后首次使用，要驗(yàn)證安全閥起跳壓力、回座壓力是否符合要求，密封性是否良好。

（2）要經(jīng)常檢查安全閥使用是否出現(xiàn)異常，特別是是否發(fā)生泄漏，當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí)，應(yīng)對(duì)安全閥進(jìn)行沖洗，沖洗時(shí)，建議參照《鍋爐定期檢驗(yàn)規(guī)則》（TSG G7002-2015）要求，使安全閥保持在工作壓力的75%以上進(jìn)行，防止壓力過低，安全閥回座時(shí)，對(duì)密封面產(chǎn)生損傷。當(dāng)安全閥經(jīng)過反復(fù)沖洗仍泄漏時(shí)，應(yīng)擇機(jī)更換、維修，防止發(fā)生更嚴(yán)重的損壞。

（3）使用在可能導(dǎo)致閥瓣與閥座腐蝕、黏連的介質(zhì)中的安全閥，應(yīng)定期進(jìn)行手動(dòng)試驗(yàn)，手動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，使安全閥保持在安全閥開啟壓力的75%以上進(jìn)行。

（4）不得無故操作安全閥的提升裝置，特別是在安全閥非工作狀態(tài)下，嚴(yán)禁操作安全閥的提升裝置，造成閥瓣離開閥座，回座造成對(duì)密封面的損傷。

3 結(jié)語

安全閥的泄漏大多是可控的，只要正確選擇、精心校驗(yàn)、合理安裝、科學(xué)使用，就能減少安全閥的泄漏，避免因安全閥泄漏引起的事故。