安全閥密封面在維修校驗過程中應注意的幾個問題

安全閥是保證鍋爐、壓力容器、壓力管道安全運行的重要部件,是承壓設備上安裝的一種超壓保護裝置。它是一種自動閥門,不借助任何外力而又利用介質(zhì)本身的力來排出一額定數(shù)量的流體,以防止系統(tǒng)內(nèi)壓力超過預定的安全值。當系統(tǒng)壓力恢復正常后,再自行關閉并阻止介質(zhì)繼續(xù)流出的一種閥。

　　安全閥使用廣泛,它可以防止設備超壓產(chǎn)生爆炸危險的發(fā)生,確保設備的安全運行。如:酒鋼動力廠的大型壓力容器、球罐、天然氣儲罐;煉鐵高爐煤氣罐;煉鋼轉(zhuǎn)爐汽包及蓄熱器;中板廠高壓水除鱗系統(tǒng);動力介質(zhì)的壓力管道等,這些都是安全閥發(fā)揮重要作用的場所。

　　安全閥的性能要求能夠準確地開啟,適時地全開,穩(wěn)定地排放,良好的回座和可靠的密封;動作必須平穩(wěn),無頻跳、顫振、卡阻等現(xiàn)象?？煽康拿芊馐前踩y工作時重要環(huán)節(jié)之一,安全閥的質(zhì)量和使用壽命取決于密封面的工作期限,也是安全閥zui薄弱的環(huán)節(jié)。

　　安全閥密封性能的好壞,直接影響到承壓設備的安全運行及效率。密封性能差,安全閥處于長漏狀態(tài),使承壓設備內(nèi)的系統(tǒng)壓力達不到要求,滿足不了工作需要,降低了生產(chǎn)效率,嚴重時會造成停產(chǎn)事故;對有毒、有害、易燃、易爆、窒息性等介質(zhì)使用的安全閥,密封面泄漏嚴重時會造成人身傷害事故。

    2安全閥校驗工作原理

    2.1安全閥工作原理

    安全閥主要由三部分組成:閥座、閥瓣和加載機構。閥座和座體有的是一個整體,有的組裝在一起,與容器連通。閥瓣通常連帶有閥桿,緊扣在閥座上,閥瓣上面是加載機構,用來調(diào)節(jié)載荷的大小。當容器內(nèi)的壓力在規(guī)定的工作壓力范圍之內(nèi)時,器內(nèi)介質(zhì)作用于閥瓣上的壓力小于加載機構施加在它上面的力,兩者之差構成閥瓣與閥座之間的密封力,使閥瓣緊壓著閥座,容器內(nèi)介質(zhì)氣體無法排出;當器內(nèi)壓力超過規(guī)定的工作壓力并達到安全閥的開啟壓力時,介質(zhì)作用于閥瓣的力大于加載機構加在它上面的力,于是閥瓣離開閥座,安全閥開啟,容器內(nèi)氣體通過閥座排出。如果容器的安全泄放量小于安全閥的排量,器內(nèi)壓力逐漸下降,很快降回到正常工作壓力,此時介質(zhì)作用于閥瓣上的力又小于加載機構施加在它上面的力,閥瓣又壓緊閥座,氣體停止排出,容器保持正常的工作壓力繼續(xù)工作。安全閥通過作用在閥瓣上的兩個力的不平衡作用,使其啟閉,以達到自動控制壓力容器超壓的目的。

　　以通常使用的全啟式安全閥為例,彈簧產(chǎn)生的壓力:

　　F=-Kx           ⑴

　　式中:K為彈性系數(shù); x為位移距離。

　　介質(zhì)在閥瓣作用下的壓強:

　　P=F /S⑵

　　式中:F為壓力; S為接觸面積。

　　利用外接氣源壓力大小控制安全閥的主動起跳(開啟壓力),安全閥根據(jù)閥瓣開啟高度的不同,安全閥分為微啟式和全啟式。以全啟式安全閥為例,如圖1所示,安全閥開啟時閥瓣開啟高度h≥d0/4(d0為流道zui小直徑)。閥瓣開啟高度已經(jīng)使其簾面積(閥瓣升起時,在其密封面之間形成的圓柱形或圓錐形通道面積)大于或等于流道直徑(閥進口端到密封面間流道的zui小截面積)。為增加閥瓣的開啟高度,裝設上、下調(diào)節(jié)圈。裝在閥瓣外面圍成一個很窄的縫隙,當開啟高度不大時,氣流兩次沖擊閥瓣,使它繼續(xù)升高,開啟高度增大后,上調(diào)節(jié)圈又迫使氣流方向彎轉(zhuǎn)向下,反作用力使閥瓣進一步開啟。這種形式的安全閥靈敏度較高,調(diào)節(jié)圈位置很難調(diào)節(jié)適當,近年來制造的全啟式安全閥普遍采用反沖盤的結構,與閥瓣活動連接。

2.2安全閥校驗工作介紹

　　安全閥校驗分在線校驗和離線校驗兩種方式,在線校驗只能對整定壓力進行測定、調(diào)整,無法測定密封壓力。因在調(diào)校過程中設備系統(tǒng)內(nèi)存在壓力,安全閥一旦發(fā)生故障,不能卸下檢修,保證不了設備的正常運行,嚴重時造成停產(chǎn)。

　　酒鋼特種設備檢測中心采用離線校驗方式,檢測設備為校驗臺,用酒鋼自產(chǎn)的瓶裝氮氣作為氣源,可調(diào)校整定壓力為0. 1~35MPa,適用介質(zhì)為蒸汽、空氣或其他氣體及液體,滿足了酒鋼在用安全閥校驗的需要。

　　工藝路線:在用安全閥冷態(tài)校驗→委托→接受委托→宏觀檢查→解體檢查→清洗、維修→整定壓力校驗→密封性能試驗→掛牌鉛封→出具報告→審核、蓋章→存檔(發(fā)放用戶)→上報統(tǒng)計。

　　在校驗過程中,整定壓力和密封性試驗為安全閥的主要性能指標,具體見圖2。

    2.3安全閥密封面損壞過程及原因分析

　　安全閥要求使用的介質(zhì)為清潔、無顆粒、低黏度的流體。而實際上很多情況下,在用安全閥的使用過程中大部分密封面損壞都是介質(zhì)中含有顆粒狀雜質(zhì),在安全閥啟跳后粘在密封面上,當閥芯回座時將雜質(zhì)壓在密封面之間而損壞密封面;有時系統(tǒng)壓力過高,導致安全閥頻繁啟跳,造成密封面之間產(chǎn)生沖擊、碰撞,砸傷密封面;有的介質(zhì)(如煤氣)腐蝕性較強,密封面長期處在腐蝕性介質(zhì)中而產(chǎn)生麻點、凹坑,損傷密封面。

　　泄漏的出現(xiàn)對密封面造成侵蝕,介質(zhì)通過侵蝕面繼續(xù)引起金屬的化學腐蝕,造成密封面損壞;當遇到高溫時密封面產(chǎn)生翹曲、變形等。在關閉狀態(tài)下密封面早期泄漏有以下原因:密封面的機械損傷,閥芯和閥座工作時的歪斜,周圍介質(zhì)溫度的變化而引起密封面變形,密封面受到工作介質(zhì)中雜質(zhì)的污染,設備的振動,運輸、安裝的震動,高溫介質(zhì)下彈簧失效,閥桿歪斜,導向套偏心,調(diào)節(jié)圈位置過高而導致的虛假密封等。

    3安全閥密封性試驗后采取的修復方法

    3.1密封性能試驗的壓力及方法

　　密封性能試驗在整定壓力調(diào)整好后進行,降低并調(diào)整安全閥進口壓力,使其在密封試驗壓力狀態(tài)下,保持一分鐘而進行密封性能試驗。具體見表1。

　　對于封閉式安全閥,在安全閥的排放出口側(cè)安裝一個集漏管,內(nèi)徑6 mm,管子出口端面和軸線垂直并且保持光滑,放置在敞開式水箱中,管端面插入水下12. 5 mm,并且和水面平行,同外界處于*密閉狀態(tài)(閥帽、排泄孔、出口等都應封閉)。在密封試驗壓力狀態(tài)下,檢查每分鐘泄漏的氣泡數(shù)來表示泄漏率。對于金屬密封面的閥門,應不超過GB/T12243—2005表12所列的數(shù)值;對于非金屬彈性材料密封面的閥門,應無泄漏現(xiàn)象(每分鐘0氣泡)。

　　對于非封閉式安全閥,在密封試驗壓力狀態(tài)下用目視觀察壓力表指針下降情況或聽音檢查氣體的泄漏聲,在一分鐘內(nèi)沒發(fā)現(xiàn)泄漏現(xiàn)象,則認為密封合格。

　　安全閥的密封性能試驗不少于三次,每次試驗的結果都必須符合要求。

　　根據(jù)《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定,設計壓力≥整定壓力>密封試驗壓力>zui高工作壓力,安全閥的整定壓力為zui高工作壓力的1. 05~1. 1倍[2]。特檢中心鑒于以上規(guī)定,對安全閥的密封試驗壓力進行提高,見表2。

　　當密封試驗壓力低于zui高工作壓力時,選取密封試驗壓力必須高于zui高工作壓力,使其在密封試驗壓力狀態(tài)下,保持一分鐘進行密封性能試驗。

    3.2密封面的研磨修復

　　密封面要求要有較高的強度,承受較高的密封比壓;有一定的抗沖擊韌性,可承受閥芯快速起跳回座的沖擊;有較高的硬度,可承受介質(zhì)沖刷;不能生銹,否則很快泄漏;要耐高溫,適用蒸汽等介質(zhì),不致高溫變軟;要耐腐蝕,承受酸堿等侵蝕。密封面都在較高的壓力狀態(tài)下運行,需要很大的預緊力,必須用硬材料密封面,因此,大多采用金屬材料做密封面。密封面分為平面密封、錐型密封、球型密封,錐型密封、球型密封加工難度大,損壞后不易修復;平面密封加工、維修方便,應用zui廣,當密封面損壞不太嚴重或密封性能達不到規(guī)定的要求時,需研磨修復。

　　研磨是在其他金屬加工方法不能滿足工件精度和表面粗糙度要求時,采用的精密加工的方法,在量具、儀器制造和修理中應用廣泛,通常采用手工操作。研磨臺的材料組織細密均勻,嵌存磨料性能好,有良好的穩(wěn)定性和耐磨性,潤滑性好、效率高,成本低,易加工,做到經(jīng)常檢查維護,如幾何精度達不到要求時要及時修正,現(xiàn)采用灰鑄鐵。在研磨平臺上均勻涂上研磨劑(磨料和研磨液調(diào)和而成的混合劑),將閥座、閥芯放置平臺上,受壓要均勻,壓力大小應適中。壓力大,研磨切削量大,表面粗糙度大,會使磨料壓碎,劃傷表面,降低了研磨效率。

　　研磨分粗研、半精研、精研三個步驟,粗研時用1~2 kg/cm2,選用剛玉磨料W40~20微分,速度在每分鐘40~60次;半精研時用0. 5~1 kg/cm2,選用剛玉磨料W10微分,速度在每分鐘30~50次;精研時用0. 1~0. 5 kg/cm2,選用剛玉磨料W2. 5微分,速度在每分鐘20~40次。

4改進措施

    依據(jù)國家質(zhì)檢總局2006年頒布實施《安全閥技術監(jiān)察規(guī)程》的要求,增加了對安全閥的泄漏率進行測定[3]。根據(jù)酒鋼公司的現(xiàn)狀,對于有毒、有害、易燃、易爆、窒息性等介質(zhì)的使用情況,本特檢中心要求對安全閥的泄漏率為零泄漏,以防止安全事故的發(fā)生,因此對安全閥的密封要求很高,這樣安全閥密封面的維修有了較大的難度。按照以往的工作方式與方法,達不道零泄漏的要求。

    4.1改進措施

    4. 1. 1安全閥選用

　　根據(jù)現(xiàn)場使用經(jīng)驗,安全閥選型十分重要。由安全閥操作壓力決定安全閥的公稱壓力,由操作溫度決定安全閥的使用溫度范圍,由計算出的安全閥的定壓值決定彈簧或杠桿的定壓范圍,再根據(jù)使用介質(zhì)決定安全閥的材質(zhì)和結構型式,再根據(jù)安全閥泄放量計算出安全閥的喉徑。以下為安全閥選用的一般規(guī)則。

　　⑴熱水鍋爐一般用不封閉帶扳手微啟式安全閥。

　?、普羝仩t或蒸汽管道一般用不封閉帶扳手全啟式安全閥。

　?、撬纫后w不可壓縮介質(zhì)一般用封閉微啟式安全閥,或用安全泄放閥。

　?、雀邏航o水一般用封閉全啟式安全閥,如高壓給水加熱器、換熱器等。

　?、蓺怏w等可壓縮性介質(zhì)一般用封閉全啟式安全閥,如儲氣罐、氣體管道等。

　?、蔈級蒸汽鍋爐一般用靜重式安全閥。

　?、舜罂趶?、大排量及高壓系統(tǒng)一般用脈沖式安全閥,如減溫減壓裝置、電站鍋爐等。

　　⑻運送液化氣的火車槽車、汽車槽車、貯罐等一般用內(nèi)裝式安全閥。

　?、陀凸揄敳恳话阌靡簤喊踩y,需與呼吸閥配合使用。

　　⑽井下排水或天然氣管道一般用先導式安全閥。

　?、弦夯蜌庹竟薇贸隹诘囊合嗷亓鞴艿郎弦话阌冒踩亓鏖y。

　　⑿負壓或操作過程中可能會產(chǎn)生負壓的系統(tǒng)一般用真空負壓安全閥。

　?、驯硥翰▌虞^大和有毒易燃的容器或管路系統(tǒng)一般用波紋管安全閥。

　?、医橘|(zhì)凝固點較低的系統(tǒng)一般選用保溫夾套式安全閥。

    4. 1. 2安全閥研磨方式

　　研磨液均選用煤油、動物油或植物油酸,在研磨臺上平面移動走“8”字型、仿“8”字型或螺旋形運動軌跡研磨。經(jīng)過研磨后能夠改進密封面的幾何形狀,達到良好的平面度,表面粗糙度的達到Ra0. 1。經(jīng)過多次實踐,采用多工作臺流水作業(yè),很好的提高研磨效率。

    4. 1. 3增加鏡面拋光工藝

　　由于國家標準對安全閥密封要求的嚴格性,要達到零泄露,就要提高密封面的精度等級,安全閥的密封性試驗是否合格關鍵在于密封面的平面度和光潔度(表面粗糙度)。只有重新制定安全閥校驗工藝要求,通過我們實踐,發(fā)現(xiàn)采用增加鏡面拋光工藝的方法可以解決這個問題。

　　因表面粗糙度是指零件的被加工表面上,所具有的較小間距和微小峰谷所組成微觀幾何的高低不平度,它直接影響其使用性能,如耐磨性、配合性質(zhì)、接觸剛度、疲勞強度和耐腐蝕性等。尤其在高速、高壓、高溫條件下工作的零件,其工作表面的粗糙度,往往決定機械的運轉(zhuǎn)性能和使用壽命。見此表面粗糙度的關鍵,在以往的精研磨工藝后增加了一道拋光工藝,選用硬質(zhì)合金材料的研磨臺,具有較高的平面度,粗糙度小,不易磨損,能夠獲得很高的表面光潔等級。拋光時不可施加外力,只是用閥座或閥瓣自身的重力在研磨臺上螺旋形運動,速度每分鐘不超過20次,用W1型金相拋光液對水稀釋,進行超精研磨或鏡面拋光,zui終表面粗糙度達到Ra0. 025以下。每道工序的研磨,均為研磨臺,不同粒度的磨料不可混淆使用,以防止損傷研磨臺或密封面。

　　拋光工藝沒實施以前,一臺安全閥研磨、校驗、反復數(shù)次,對于要害崗位的安全閥沒有備件時,甚能修復一星期,浪費了大量的人力、物力,修復不好的予以報廢,對公司造成了一定的損失。實施以后,一臺安全閥研磨只需一次,就能夠達到99%以上的成功率,節(jié)省了人力、物力,兩年以來沒出現(xiàn)過一起因密封面的密封性能達不到要求而報廢的安全閥。對比如表3。

    5結語

　　安全閥的維修、校驗是一個系統(tǒng)工程,通過在維修、校驗中注意每一個環(huán)節(jié)對安全閥的質(zhì)量的影響,按照國家標準做出相對應解決和改進措施。

通過對幾個措施的利用,安全閥的維修、校驗效率得到很大提高,提高功效3倍以上;提高修復安全閥率,從原來80%以下提高到98%以上,極大的節(jié)約了公司的設備備件采購成本;由于工藝的持續(xù)改進如對安全閥密封面進行超精研磨或鏡面拋光,保證了現(xiàn)場特種設備的安全運行。

上海翊霈工業(yè)控制設備有限公司自2001年成立以來，一直致力于各類進口閥門的技術研發(fā)，銷售，服務為一體的專業(yè)性閥門公司，積累的豐富的閥門技術服務經(jīng)驗。公司具備專業(yè)生產(chǎn)研發(fā)試壓臺，安全閥校驗臺，密封面研磨臺，增壓系統(tǒng)，裝夾臺，安全閥校驗設備配件等全套安全閥維修設備。并且吸收*的機械加工，表面處理技術，在堆焊，焊接，噴涂等方面與技術同步，并結合上海富肯十多年來的閥門維修經(jīng)驗，選擇*的維修再造方案，提供高質(zhì)量的售后服務，使得閥門在質(zhì)量和使用壽命上*達到甚超過新閥門的制造標準。