蒸汽锅炉主安全阀常见故障及处理方法

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)海军驻哈尔滨地区舰船配套军事代表室 作者:曹松棣

1、概述

  主安全阀是蒸汽锅炉重要的安全附件之一。当锅炉系统中的压力超过规定值时,主安全阀自动开启,排出过剩的蒸汽,降低系统压力,保证锅炉安全运行。当压力降到工作压力以下时,主安全阀自动关闭,防止蒸汽过分流失,保证锅炉运行的经济性。另外,安全阀泄放时发出较大的响声,可以起到自动报警的作用。本文旨在讨论蒸汽锅炉主安全阀常见的故障及其原因和解决方法,为设备的安全有效运行提供意见。

2、泄漏故障处理

  安全阀使用过程中出现泄漏会造成锅炉系统蒸汽损失,降低运行效率,增加运行成本。如果长时间泄漏,还可能会造成安全阀内部密封界面破损,引发安全事故。按照泄漏位置可分为阀体泄漏、法兰面泄漏和密封面泄漏。

2.1、阀体泄漏

  安全阀的阀体一般采用铸造工艺生产,内部铸造质量不易控制。受阀体铸造形状和检验技术的限制,无法完全检验阀体内部质量,因此阀体可能存在砂眼或裂纹等缺陷。阀体长期处于高低温交替的环境中,产生热疲劳损伤和蠕变,容易导致阀体泄漏,甚至引发安全事故。如果引起阀体泄漏的缺陷较小,可以对阀体的砂眼和裂纹处采用清除后补焊处理,处理过程中要保证缺陷清理的干净,补焊部位探伤合格。如果引起阀体泄漏的缺陷较大,处理方式是更换阀体,或选用铸造质量好的阀体,采用严格的检验方式,避免存在铸造缺陷的阀体投入使用。

2.2、法兰面泄漏

  为了便于维修和更换,多数安全阀与锅炉之间(以及阀体与阀盖间) 采用螺栓紧固连接。引起法兰密封面处泄漏的原因很多。

  (1) 法兰密封面的螺栓拧紧力不够或紧偏。阀门长期处于高低温交替环境,排汽时阀门震动,防松垫片失效等原因,造成螺栓不同程度的松弛。处理方法是调整螺栓拧紧力,更换防松垫片,按对角拧紧的方式紧固螺栓,边拧紧边测量法兰面间隙,使法兰各处间隙一致。

  (2) 法兰密封面的齿形密封垫圈不符合标准或者损坏。齿形密封垫圈与法兰密封面型号尺寸不匹配、材质硬度不合适、齿形过尖、过平、不均匀或存在径向沟痕等,均会造成泄漏。另外,齿形垫圈属于损耗件,垫片容易因锈蚀损坏,致使密封性能失效。处理方法是按照标准合理选择匹配的垫片,避免不合格垫片装配使用。注重日常检查,做好防腐防锈工作,及时更换失效的垫片。

  (3) 法兰密封面粘附了硬质异物。在阀门安装过程中因环境污浊等原因,硬质异物粘在法兰面上,导致结合面出现缺陷,引起泄漏。处理方法是拆下阀门,清理杂质,并研磨结合面直至符合要求,在较清洁的环境中安装阀门,避免杂质落入。

2.3、阀门密封面泄漏

  安全阀密封面一般由金属材料制成,即使经过精密的加工,阀门很难做到绝对的密封。引起阀门密封面泄漏的情况很复杂。

  (1) 密封面进入异物。杂质和脏物等落到密封面上,造成阀瓣与阀座间存在间隙,导致泄漏。处理方法是清除密封面上的异物,重新研磨密封面。

  (2) 密封面损伤。造成密封面损伤的主要原因一是密封面材质不良,在长期恶劣环境中发生锈蚀。二是在多次起跳或长时间工作后,密封面出现磨损。三是密封面在堆焊工序存在缺陷,在使用过程中暴露。处理方法是根据损伤程度和原因,直接研磨、车削后研磨或者重新加工密封面。

  (3) 密封面宽度大。弹簧压力一定的情况下,密封面宽度大,则密封压强小,若该压强低于锅炉系统工作压强,将造成泄漏。处理办法是重新加工密封面至合理尺寸,并研磨后使用。

  (4) 零件卡阻。阀杆、衬套或阀瓣等零件存在卡阻,致使阀瓣回坐后不能完全密封。处理方法是拆解阀门,消除卡阻。

  (5) 装配不当。由于阀门密封面采用金属材质,阀瓣和阀座的平面度以及同轴度对密封性能有根本影响。阀杆、弹簧、衬套、阀瓣等零件装配精度,尤其是同轴度直接影响阀门密封性能。阀瓣和阀座未完全对正、弹簧与阀杆间隙太大及阀杆中心线不正等均可能造成阀门泄漏。处理方法是重新拆装,装配时保证阀瓣周围配合间隙的大小及均匀性,保证阀杆、弹簧和阀瓣的同轴度等配合尺寸精度。

  (6) 弹簧失效或者压紧力不足。在弹簧直接载荷式安全阀中,弹簧质量对阀门的性能影响很大。长时间使用后弹簧可能出现永久性变形失效、刚度减小或接触面不平行等问题,造成阀门泄漏。处理方法是更换弹簧或对弹簧进行修磨,并调整压紧力。

3、启闭故障处理

  锅炉系统压力超过安全压力,而安全阀不能开启或者起跳高度不够,可能引发严重事故,而回座延迟时间过长或回座压力太低,会造成蒸汽大量损失,降低运行经济性。

3.1、起跳压力下不开启

  安全阀在起跳压力下不能正常开启与阀门零件卡阻、密封面磨损等情况有关。

  (1) 零件卡阻。导向套、衬套、阀杆等零件因间隙太小或表面不光滑,导致阀瓣不能起跳。处理方法是拆解阀门,消除卡阻后重新装配。

  (2) 密封面受损。阀门密封面因长期泄漏腐蚀,受压面积减小,致使系统压强达到后,作用在阀瓣上的压力不足,安全阀不能在预定的压力下开启。处理方法是更换或维修阀门密封面。

  (3) 弹簧预紧力太大。处理方法是重新整定试验,调整弹簧预紧力。

  (4) 手动机构对阀门动作造成阻碍。处理方法是调整手动机构,消除阻碍。

  (5) 控制安全阀不匹配。如果控制安全阀的蒸汽排泄量太小,则不足以提供开启主安全阀的压力。解决办法是更换匹配的控制安全阀。

3.2、起跳高度不够

  GB /T 12243 - 2005 规定,安全阀的开启高度,全起式为大于或等于流道直径的1 /4,微启式为流道直径的1 /40 ~ 1 /20,中启式为流道直径的1 /20 ~1 /4,蒸汽锅炉必须使用全启式安全阀。阀门起跳高度不够,可能是弹簧刚度过大或者零件存在卡阻。这种情况必须对阀门进行拆检,检测弹簧性能,复查零件加工精度及表面光洁度,保证装配质量。

3.3、延迟回座时间过长

  安全阀发生延迟回座时间过长故障的主要原因与零件摩擦、主安全阀活塞室的漏汽量太小和控制安全阀蒸汽排放量太大等有关。

  (1) 零件摩擦。安全阀运动零件与固定零件之间的摩擦力过大,造成主阀瓣回座迟缓。处理方法是将安全阀运动部件与固定部件的配合间隙控制在标准范围内。

  (2) 主安全阀活塞室的漏汽量太小。此情况下,即使控制安全阀回座了,存在于管路和主安全阀活塞室中的蒸汽仍然具有很高压力,推动主安全阀活塞向下的力仍很大,造成主安全阀回座迟缓。处理方法主要是开大主安全阀节流阀的开度或增大节流孔孔径。

  (3) 控制安全阀蒸汽排放量太大。此种情况也会造成主安全阀活塞室保持较高压力,造成回座迟缓。处理方式是调整控制安全阀,减少蒸汽来量。

3.4、回座压力过低

  安全阀回座压力过低主要与阀门规格不匹配、阀门零件摩擦力大和控制安全阀蒸汽排泄量太大等原因有关。

  (1) 阀门规格不匹配。主安全阀公称直径超标,排泄量相对锅炉蒸发量太大,导致锅炉内压力过低。处理方式是选择规格匹配的主安全阀。

  (2) 阀门零件摩擦力大。零件间存在较大摩擦力,将会延缓阀瓣回座速度。解决方法就是认真检查各运动零件,严格按标准对各零件进行检修,将各部件的配合间隙调整至标准范围内。

  (3) 控制安全阀蒸汽排泄量太大。控制安全阀开启后,蒸汽不断排出,推动主安全阀动作。由于蒸汽是经由控制安全阀的阀瓣与导向套之间的间隙流向主安全阀活塞室的,当蒸汽冲出控制安全阀的密封面时,在其周围形成动能压力区,将阀瓣抬高,使控制安全阀继续排放。蒸汽排放量越大,阀瓣部位动能压力区的压强越大,作用在阀瓣上的向上的推力就越大,控制安全阀就越不容易回座,主安全阀自然回座延迟。消除这种故障的方法就是将控制安全阀的调节阀关小,增大背压,减少控制安全阀蒸汽流量,降低动能压力区内的压力,促使控制安全阀回座,主安全阀随即回座。

4、机械特性故障处理

  GB /T 12243 - 2005 规定,安全阀动作必须稳定,应无频跳、颤振及卡阻等现象。

4.1、频跳

  安全阀回座后,待压力稍一升高,安全阀又开启,并且启闭动作反复几次出现,这种现象称为安全阀的频跳。频跳主要与安全阀回座压力过高有关。如果回座压力较高,安全阀起跳时只能排出少量过剩的蒸汽。锅炉蒸发量较大时,系统内压力又会很快上升,造成阀门再次起跳。避免频跳常用的处理方法是开大节流阀的开度,减小背压。

4.2、颤振

  安全阀在排放过程中出现的抖动现象,称其为安全阀的颤振。颤振容易导致金属疲劳,降低阀门机械性能,造成设备损坏,引发安全事故。安全阀发生颤振主要与阀门使用不当或排放管道阻力过大等原因有关。

  (1) 阀门使用不当。选用阀门的排放能力太大(相对于必须排放量而言) ,消除的方法是选用额定排量尽可能接近设备排放量的阀门。

  (2) 排放管道阻力过大。排放管道阻力过大会造成排泄时阀门背压过高,引起阀门颤振。处理方法是降低排放管道的阻力,如增大管径或减少弯头数量。

5、结语

  主安全阀对锅炉运行的安全性和经济性有重要影响,因此安全阀安装后必须经过整定压力、机械特性等试验项目检验合格后,方可投入使用。

参考文献

  〔1〕保国良. 浅谈工业阀门故障和预防措施〔J〕. 特钢技术,2008,(4) .

  〔2〕周辰冬. 浅析锅炉安全阀〔J〕. 锅炉制造,2008(3) .

  〔3〕刘进. 阀门常见故障原因及处理方法〔J〕. 科技创新导报,2011,21.

  〔4〕张梁. 锅炉安全阀常见的几种故障分析〔J〕. 甘肃科技,2008,(5) .

  〔5〕GB /T 12243 - 2005,弹簧直接载荷式安全阀〔S〕

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