張佳炎

（福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院泉州分院，福建 泉州 362000）

0 引言

安全閥是一種專門用來控制壓力、減壓的設(shè)備，如鍋爐、壓力容器、壓力管道等。安全閥一般都是在專用的裝置上直接安裝的。安全閥的設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、檢驗(yàn)均應(yīng)遵守有關(guān)特殊設(shè)備的有關(guān)規(guī)定，其可靠性、有效性與設(shè)備及人員的人身安全有關(guān)，與節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)緊密相連。

1 安全閥的概述

安全減壓閥是閥門系統(tǒng)中的一種，它不像其他閥門那樣僅起到開關(guān)作用，但其主要作用是保證裝置的安全。當(dāng)系統(tǒng)壓力超出規(guī)定時(shí)，安全閥開啟，將系統(tǒng)內(nèi)的一部分氣體排入大氣，從而保證系統(tǒng)的壓力不會(huì)超出容許范圍。這樣可以保證系統(tǒng)在高壓下不會(huì)發(fā)生事故，而安全閥則起到了預(yù)防超壓的作用。安全閥的使用范圍很廣。蒸汽鍋爐，液態(tài)銅質(zhì)泄壓閥，油輪或液化氣鐵路油輪，油井，蒸汽發(fā)電廠，高壓旁路，壓力管道，壓力容器等。

2 安全閥的工作原理介紹

從結(jié)構(gòu)的角度來看（如圖1、圖2），安全閥有彈性和杠桿兩種。安全閥是一種用于鍋爐、壓力容器、壓力管路的安全裝置，它能有效地防止壓力超出設(shè)計(jì)范圍，保護(hù)設(shè)備和操作人員安全。因?yàn)榘踩y不需要外部的電力供應(yīng)就能工作，所以一般都是作為壓力設(shè)備的最后防護(hù)。從這一點(diǎn)來看，其他的安全設(shè)備是無法替代的。如果由于某種原因?qū)е聣毫ρb置內(nèi)的介質(zhì)壓力不正常地升高，并且到達(dá)了預(yù)定的數(shù)值，那么安全閥就會(huì)自動(dòng)開啟，并將其排出，從而避免了進(jìn)一步的壓力升高。由于泄放閥的釋放，介質(zhì)的壓力下降，達(dá)到了預(yù)定的數(shù)值，閥又會(huì)自動(dòng)地關(guān)閉，從而阻止了介質(zhì)的進(jìn)一步釋放。在介質(zhì)的壓力達(dá)到正常工作壓力時(shí)，閥仍然是封閉的。

圖1 杠桿式安全閥基本結(jié)構(gòu)

圖2 彈簧式安全閥基本結(jié)構(gòu)

3 安全閥常見故障及解決措施

在安全閥的正常使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)一些錯(cuò)誤。失敗的主要原因是設(shè)計(jì)、制造、選擇或使用不正確的材料。如果不及時(shí)糾正，這些故障將影響閥門的效率和壽命，甚至可能與安全保護(hù)無關(guān)。常見的故障和糾正方法如下：

3.1 泄漏

一般造成閥門漏泄的原因主要有兩種情況。

1)在密封墊上粘有污物，使閥芯與閥座間產(chǎn)生空隙，從而使閥體發(fā)生滲漏。解決這個(gè)問題的辦法是把塵土和污物從密封面上除去。若要檢修，應(yīng)先對(duì)鍋爐進(jìn)行安全檢查，找出漏油部位，拆卸并檢修。如果在點(diǎn)火后進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)安全門有滲漏，則有可能是故障。待到冷卻20 分鐘后，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，將密封的封皮清洗干凈[1]。

2)損壞密封表面。密封表面的破壞是由三方面引起的。一是密封表面的材質(zhì)很差。要解決這個(gè)問題，最好的方法就是先把原來的密封面拆掉，再按照設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行焊接，這樣才能增加密封面的硬度。需要注意的是，在處理時(shí)，應(yīng)對(duì)工藝質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，例如：密封面的裂縫、結(jié)點(diǎn)和其他在修復(fù)后可以消除的缺陷。修理后的閥門和閥座應(yīng)與設(shè)計(jì)圖一致。二是維修不當(dāng)，對(duì)密封表面造成損壞。拆下安全閥后進(jìn)行組裝，會(huì)對(duì)密封表面的質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。閥瓣使用時(shí)間愈長，其表面磨損愈嚴(yán)重，若選用的導(dǎo)流間隙太大，則會(huì)導(dǎo)致閥瓣移動(dòng)時(shí)的密封面發(fā)生傾斜；若選擇的導(dǎo)流間隙太小，則會(huì)導(dǎo)致閥瓣的工作受阻，導(dǎo)致密封面不能正確地閉合，從而影響密封性能。三是裝配不當(dāng)或部件大小不合適。在組裝時(shí)，線圈、閥座的表面不能對(duì)齊，也可能是線圈和閥座的密封面過大而不能進(jìn)行密封。

3.2 安全閥校驗(yàn)條件與現(xiàn)場(chǎng)使用條件的不同

在使用參考資料時(shí)，工作人員經(jīng)常對(duì)安全閥進(jìn)行校準(zhǔn)，以保證安全閥在專用壓力裝置中的安全。安全閥的相對(duì)固定控制、校準(zhǔn)方法與環(huán)境，對(duì)安全閥的應(yīng)用有很大不同，需要注意這種差別會(huì)對(duì)安全閥的安全運(yùn)行造成的不利影響。

類似于蒸汽介質(zhì)的安全閥的使用，由于蒸汽溫度和蒸汽排放過程中發(fā)生相變的影響，這些安全閥與校準(zhǔn)過程中使用的安全閥不同。在日常校準(zhǔn)中，很難使用蒸汽介質(zhì)作為校準(zhǔn)介質(zhì)。目前，所有國家的安全閥校準(zhǔn)設(shè)施無一例外地使用空氣介質(zhì)，用蒸汽來校準(zhǔn)安全閥。因此，溫度對(duì)安全閥標(biāo)定壓力的影響沒有被充分考慮，這不可避免地導(dǎo)致了以下兩個(gè)不利影響：1）溫度對(duì)彈簧剛度的影響，使標(biāo)定壓力在冷態(tài)和暖態(tài)下有偏差；2）由于溫度的影響，閥體、閥口和彈簧的膨脹不同；閥體和閥口有線性膨脹，彈簧有螺旋狀膨脹；閥體和閥口實(shí)際膨脹較大，彈簧有螺旋狀膨脹。由于閥體和連接處的膨脹大于彈簧的膨脹，安全閥的彈簧處于放松狀態(tài)，安全閥的設(shè)定壓力降低。上述兩個(gè)原因意味著，當(dāng)使用蒸汽介質(zhì)的安全閥與空氣介質(zhì)的安全閥，并采用相同的方法來校準(zhǔn)安全閥時(shí)，實(shí)際設(shè)定的壓力要低于校準(zhǔn)的壓力。這意味著在實(shí)際應(yīng)用中，安全閥可能提前打開[2]。

對(duì)于帶有額外反壓的安全閥，其調(diào)節(jié)壓力的冷熱狀況和檢驗(yàn)方法存在的問題，可以從兩個(gè)方面加以解決。

1）針對(duì)此類安全閥及操作狀況，安全閥制造商可根據(jù)某些實(shí)驗(yàn)資料，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的校正，以確保其精度,另外，相關(guān)人員也提出了“冷壓測(cè)試壓力”的概念，但實(shí)際運(yùn)用并不充分。

2）嚴(yán)格按照相關(guān)法規(guī)的要求，在使用過程中強(qiáng)化安全閥的“實(shí)跳”檢查，在安全閥檢查完畢并安裝完畢后，對(duì)安全閥進(jìn)行“實(shí)跳”并進(jìn)行調(diào)整。

3.3 安全閥脈沖效應(yīng)

在安全減壓閥脈沖作用下，由于活塞與其摩擦面共同作用，會(huì)在閥中產(chǎn)生阻塞，并隨著使用時(shí)間窗的增多會(huì)造成內(nèi)腔表面結(jié)構(gòu)的損傷，從而損害安全閥的正常應(yīng)用，很可能造成閥門的滲漏引發(fā)突發(fā)事件。對(duì)此，采用嚴(yán)格的工程驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是解決工程質(zhì)量問題的普遍辦法。同時(shí)，根據(jù)自動(dòng)閥的運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)膱?bào)警裝置，一旦發(fā)現(xiàn)故障，可以及時(shí)關(guān)閉儲(chǔ)能箱，保證鍋爐內(nèi)部的壓力，避免超負(fù)荷運(yùn)行，避免事故，保障工業(yè)生產(chǎn)的安全。

4 防止安全閥存在問題隱患的對(duì)策

4.1 安裝時(shí)的注意問題

1)新安裝的安全閥應(yīng)附產(chǎn)品合格證書，重新校準(zhǔn)，密封，并對(duì)安全閥進(jìn)行校準(zhǔn)。

2)安全閥應(yīng)豎向安裝，并與容器或管線的氣體相接。

3)安全閥出口應(yīng)沒有阻力，以免發(fā)生反壓，若安裝了出口管道，其內(nèi)徑應(yīng)比安全閥出口的直徑大；安全閥應(yīng)注意排空孔，以防結(jié)冰；裝載易燃、有毒介質(zhì)的容器，其出口管道應(yīng)與外部安全或適當(dāng)處置[3]。

4)在壓力容器為易燃、易爆、有毒的情況下，安全閥的出口應(yīng)設(shè)置安全保護(hù)和循環(huán)保護(hù)。當(dāng)使用杠桿式安全閥時(shí)，必須保證其垂直[2]。彈簧安全閥也應(yīng)該豎直安裝，否則會(huì)影響它的功能。在裝配過程中，也要注意部件的匹配和排列，并且要保證每顆螺釘都是均勻的。將安全閥與鍋爐壓力容器相連接的短管，其截面必須小于安全閥的流動(dòng)斷面。

安全閥安裝位置及要求如下：

1）安裝在具有一定空間的環(huán)境下，易于維修和調(diào)節(jié)。

2）壓力儲(chǔ)罐安全減壓閥，其安裝在儲(chǔ)液器主體之上，該壓力儲(chǔ)存器安全減壓閥可被安裝于該壓力儲(chǔ)存器導(dǎo)管的氣相空間的連接位置。

3）對(duì)裝有易燃、有毒、粘稠介質(zhì)的容器、設(shè)備，可在安全閥的上游設(shè)置一斷流閥，但該斷流閥的流速應(yīng)不低于安全閥的最小流速，并配有密封環(huán)，以確保斷流閥完全打開，使其在正常開啟。

4）為了減小氣門內(nèi)的自重效應(yīng)，防止應(yīng)力疲勞和振動(dòng)排放，安全減壓閥必須與截止閥反向設(shè)置。

5）如果泄放閥被物料阻塞或侵蝕，則在閥進(jìn)口的上游和安全閥和爆炸板之間設(shè)置一塊爆裂板，并設(shè)置一個(gè)檢查閥，并采取諸如吹掃、換熱或?qū)M(jìn)口管道進(jìn)行保溫等措施。

6)安全閥的安裝位置，不能承受過大的安全閥反壓，并應(yīng)在所允許的范圍之內(nèi)。

7)對(duì)于裝有極端危險(xiǎn)或易燃易爆介質(zhì)的容器，安全閥的出口必須放在安全位置，并正確處置。如果兩個(gè)以上的安全閥共用一個(gè)排出管道，則該排出管道的截面面積不能少于安全閥全部排泄孔的截面積總和。但是，氧氣、可燃?xì)怏w和其他兩種可能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的氣體，則不能共用一個(gè)排氣管道。

4.2 對(duì)安全閥進(jìn)行日常維護(hù)

加強(qiáng)定期的維修和保養(yǎng)，使其保持干凈，避免被油污和污垢侵蝕；定期檢查密封環(huán)，避免帶杠桿安全閥的自重移動(dòng)，或任意轉(zhuǎn)動(dòng)帶有彈簧安全閥的調(diào)整螺絲；為了防止閥座和閥座被卡住，開發(fā)出有規(guī)律的人工（或手工提升）噴射系統(tǒng)，以適應(yīng)壓力裝置的實(shí)際狀況。舉例來說，安全閥C1 至少一年要定期對(duì)其進(jìn)行一次檢查。這種檢驗(yàn)分為動(dòng)力檢驗(yàn)和拆裝檢驗(yàn)。動(dòng)力檢驗(yàn)分為裝配、加料（至工作壓力）、加壓（3 ～5 min 無泄漏）、加料動(dòng)作（壓力打開后立即動(dòng)作）、加壓回座、加壓（返回后3 分鐘內(nèi)無泄漏）。

5 小結(jié)

通常情況下，通過對(duì)安全閥的故障進(jìn)行分析，并采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，安全閥可以確保壓力設(shè)備的安全使用。此外，由于國內(nèi)市場(chǎng)上的安全安全閥品種日益增多，必須嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范選用相應(yīng)的安全閥，以改善其在實(shí)際應(yīng)用中的安全性與穩(wěn)定性。