張興旺

（北京市密云區(qū)特種設(shè)備檢測所，北京 101500）

1 理論

1.1 密封性

（1）密封機(jī)理。閥瓣和閥座密封面的密封機(jī)理是靠外力使兩個(gè)密封副緊密貼合，使兩密封面壓緊后產(chǎn)生彈性或塑性變形，以達(dá)到密封的目的。在顯微鏡下，看似光潔的金屬密封面，實(shí)際上像波紋、鋸齒一樣凹凸不平，這是金屬表面的粗糙度。在剛開始加載密封力時(shí)，兩個(gè)接觸表面之間的一些凸起開始碰撞、擠壓，一些凸體嵌入凹體之內(nèi)。但由于數(shù)量少，擠壓變形小，兩個(gè)接觸面之間的凹凸結(jié)合形成的空隙較大。在繼續(xù)加載的過程中，兩個(gè)接觸面之間的凸凹體開始大面積接觸，擠壓變形加大，有一部分開始貼合，介質(zhì)向外泄漏的間隙減少、減小，接合面的帖合力加大，介質(zhì)向外的泄漏率進(jìn)一步減小。加載到最大值，接觸面已完全貼合，凸體被擠壓成塑性變形，介質(zhì)流通的通道被徹底堵死，密封面達(dá)到不泄漏或少量泄漏。軟密封的密封過程與硬密封類似。

（2）密封公式。密封力公式：

最小密封力公式：

金屬對金屬的密封比壓公式：

閥瓣鑲有氟塑料軟墊，閥座為平面的最小密封比壓公式：

（3）影響安全閥密封的因素。影響安全閥密封性的因素很多，本文只介紹與文章主旨有關(guān)的因素。

①密封面材質(zhì)。由式（1）～（4）可以看出，密封力與密封副的材質(zhì)有關(guān)。在同等條件下，硬密封所需密封力大，軟密封所需的密封力小。軟密封的最小密封力比硬密封小。在系統(tǒng)壓力接近整定壓力時(shí)，硬密封在密封力小于等于最小密封力時(shí)就會(huì)出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。所以硬密封不能保證不泄漏。而軟密封最小密封力要小得多，又有遲滯現(xiàn)象，所以能保證不泄漏，在壓力升高至整定壓力的瞬間也不會(huì)發(fā)生泄漏。

②工作壓力與整定壓力的差值。在工作壓力與整定壓力小得多時(shí)，密封壓力比最小密封力大得多，安全閥不泄漏或泄漏的很少。當(dāng)工作壓力與整定壓力接近時(shí)，密封力比最小密封力大一點(diǎn)或小于等于密封力，硬密封安全閥泄漏而軟密封安全閥可以保證不泄漏。

1.2 撞擊摩擦性

安全閥密封副閥瓣回座的過程中，會(huì)產(chǎn)生撞擊力、接觸摩擦力、滑動(dòng)摩擦力。金屬—金屬密封副會(huì)產(chǎn)生火花，金屬—非金屬密封副不會(huì)產(chǎn)生火花。根據(jù)《防爆電梯概論》的定義的啟示，兩個(gè)密封副金屬微觀上碰撞或摩擦掉的顆粒，在撞擊能和摩擦能的作用下會(huì)產(chǎn)生燃燒的現(xiàn)象。

（1）撞擊性機(jī)理。當(dāng)密封面接觸撞擊時(shí)，會(huì)產(chǎn)生撞擊力和接觸面微觀之間的接觸摩擦力。撞擊時(shí)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能、光能、聲能等能量。硬密封撞擊時(shí)掉落的碎屑、顆粒等在能熱的作用下在空氣中和氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而產(chǎn)生火花。軟密封由于一個(gè)密封副帶有氟塑料，氟塑料是非火花性材料，因而不會(huì)產(chǎn)生火花。

（2）摩擦性機(jī)理。安全閥開啟回座時(shí)會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力。安全閥密封副裝配不當(dāng)時(shí)，密封面、閥桿、彈簧的同軸度不一致，在回座時(shí)閥瓣密封面與閥座密封面會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦。摩擦掉的顆粒會(huì)在空氣中產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)而形成火花。軟密封有非火花性材料，而且能量低，不會(huì)產(chǎn)生火花。再有就是軟密封副的氟塑料被金屬密封副壓出一個(gè)圓環(huán)形凹槽，圓環(huán)凹槽的出現(xiàn)進(jìn)一步限制了兩個(gè)密封面的相對摩擦，更保證了軟密封不會(huì)產(chǎn)生摩擦火花。閥瓣與導(dǎo)向套間有運(yùn)動(dòng)間隙。閥座固定不動(dòng)時(shí)，閥瓣起跳能產(chǎn)生密封面整體平行的摩擦；閥瓣轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度的摩擦；也可能平行摩擦與轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度的摩擦同時(shí)發(fā)生。

（3）撞擊性公式：

（4）摩擦性公式：

（5）撞擊性影響因素。由式（5）可知，閥瓣撞擊閥座時(shí)，與閥瓣的質(zhì)量和撞擊速度有關(guān)。質(zhì)量和速度越大，對硬密封安全閥密封面產(chǎn)生的火花就越多。軟密封安全閥則不會(huì)產(chǎn)生火花，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿取?/p>

（6）摩擦性影響因素。由式（6）、（7）可知，摩擦能量與摩擦力和距離有關(guān)。而摩擦力的大小又與閥瓣質(zhì)量和滑動(dòng)摩擦系數(shù)有關(guān)。硬密封閥瓣質(zhì)量越大，滑動(dòng)摩擦系數(shù)越大，摩擦距離越長，則其摩擦能量越大，產(chǎn)生火花越多。軟密封滑動(dòng)摩擦能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽划a(chǎn)生火花。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 密封性

實(shí)驗(yàn)器材：校驗(yàn)臺；校驗(yàn)工具；風(fēng)鏡；工作服；手套；新安全閥20臺（軟密封硬密封各10臺）；未校驗(yàn)安全閥20臺（軟密封硬密封各10臺）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：新硬密封安全閥有2臺泄漏，平均每臺泄漏氣泡數(shù)10個(gè)/分鐘；軟密封安全閥無泄漏。使用一個(gè)校驗(yàn)周期后的安全閥：硬密封安全閥8臺泄漏，平均每臺泄漏氣泡數(shù)67個(gè)/分鐘；軟密封安全閥無泄漏。

2.2 撞擊摩擦性

實(shí)驗(yàn)器材同上。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：新硬密封安全閥閥瓣全開啟10次，平均每臺產(chǎn)生火花5個(gè)；軟密封安全閥未產(chǎn)生火花。舊閥：硬密封安全閥閥瓣全開啟10次，平均每臺產(chǎn)生火花8個(gè)；軟密封安全閥未產(chǎn)生火花。

3 實(shí)踐

在實(shí)際校驗(yàn)安全閥和下鄉(xiāng)定期檢驗(yàn)設(shè)備的過程中，發(fā)現(xiàn)一些應(yīng)使用軟密封安全閥的設(shè)備，實(shí)際上使用的是硬密封，這給設(shè)備安全運(yùn)行帶來了隱患?！栋踩y安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對這些設(shè)備選用軟密封安全閥無專門、準(zhǔn)確的要求，這給要求企業(yè)更換成軟密封安全閥帶來了一定難度。

3.1 易燃易爆介質(zhì)設(shè)備

前幾年我所在驗(yàn)收某液化氣站的液化石油氣儲(chǔ)罐時(shí)，4臺儲(chǔ)罐上送檢的8臺DN80的硬密封安全閥。要求其更換時(shí)，安裝單位拿來設(shè)計(jì)圖紙，圖紙上確實(shí)標(biāo)明安全閥型號A48Y-25C，是硬密封安全閥。本人反復(fù)給安裝單位講其危險(xiǎn)性，并與設(shè)計(jì)人員和我所監(jiān)檢人員溝通，這才補(bǔ)了設(shè)計(jì)修改單，全部更換成了軟密封安全閥。

3.2 設(shè)備的一部分為易燃易爆介質(zhì)

我區(qū)絕大部分鍋爐為燃油燃?xì)忮仩t，其爐膛、煙道等作為鍋爐的一部分，有爆炸、爆燃的危險(xiǎn)。而且供給燃燒器的油、氣管線有一部分在鍋爐房內(nèi)。萬一有泄漏，泄漏報(bào)警和換風(fēng)有問題，鍋爐房內(nèi)有達(dá)到爆炸或爆燃的氣體濃度的可能。硬密封安全閥一旦起跳，鍋爐房就有爆炸、爆燃的可能。如果用軟密封安全閥，這樣就會(huì)把鍋爐房內(nèi)安全閥密封面的點(diǎn)火源清除掉。

3.3 有毒有害介質(zhì)設(shè)備

某企業(yè)送檢安全閥時(shí)，10多臺安全閥中有2臺是硬密封安全閥。設(shè)備為氬氣儲(chǔ)罐、氬氣管道。氬氣在低濃度時(shí)無危險(xiǎn)，而在濃度高時(shí)有窒息危險(xiǎn)或引發(fā)人體的其它嚴(yán)重癥狀。而且氬氣設(shè)備所在車間無泄漏報(bào)警和換風(fēng)，安全閥側(cè)口沒有接泄放管，一旦泄漏可能發(fā)生危險(xiǎn)。前幾年新聞報(bào)道烏魯木齊機(jī)場加氣站施工時(shí)氬氣泄漏致5死5傷的案例,說明氬氣在一定條件下也有很大的危險(xiǎn)性。

3.4 既是易燃易爆又是有毒有害介質(zhì)設(shè)備

某制藥企業(yè)的一臺柜式滅菌器，介質(zhì)為環(huán)氧乙烷，其上的不銹鋼安全閥為硬密封。在送檢時(shí)要求其與設(shè)計(jì)單位溝通、咨詢后換成軟密封安全閥。環(huán)氧乙烷不僅有毒，還易燃易爆。滅菌柜有爆炸的可能，放置滅菌柜的房間有爆炸、中毒的可能。房間內(nèi)無泄漏報(bào)警和換風(fēng)。跟企業(yè)相關(guān)人員溝通許多次，三個(gè)多月時(shí)間才更換成軟密封安全閥。要是相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有規(guī)定，可以強(qiáng)制其更換，幾天之內(nèi)就能解決問題。

3.5 對壓力有精確要求的設(shè)備

某醫(yī)院的臺式滅菌器上的安全閥，整定壓力為0.23MPa,工作壓力為0.22MPa，時(shí)常開啟。其軟密封墊為軟橡膠，遇熱變形大而泄漏。換成氟塑料的軟密封安全閥就解決了這個(gè)問題。氟塑料能經(jīng)受住120℃左右的高溫蒸汽，變形小，密封好，能滿足對壓力有精確要求的設(shè)備。

4 結(jié)語

通過理論、實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐的綜合研究，得出了如下結(jié)論：硬密封安全閥不能保證不泄漏，軟密封安全閥可以保證零泄漏率；硬密封安全閥可產(chǎn)生撞擊摩擦火花，軟密封安全閥不會(huì)產(chǎn)生撞擊摩擦火花。本文提出了5種設(shè)備應(yīng)選用軟密封安全閥的建議。目前的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對這五種設(shè)備均無選用軟密封安全閥的要求。建議修改相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，明確提出這五種設(shè)備選用軟密封安全閥的要求，以確保特種設(shè)備的安全運(yùn)行。