锅炉安全阀特性与故障分析

2020-03-02

技术与市场 2020年3期

(广州特种承压设备检测研究院，广东广州510000)

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近年来，随着社会对于锅炉使用安全性重视程度的不断提升，对锅炉安全阀应用场合的关注度也在不断提升。锅炉安全阀作为一种保护高压容器的安全装置，发挥着维护设备正常运转的重要效果和积极价值，并在多个行业领域得到广泛应用。以锅炉安全阀为基础的设备性能探索，主要是从其设备特性以及存在的故障入手，结合多种因素最大程度地发挥锅炉安全阀的安全价值，不断保障行业生产的安全效果。以下对锅炉安全阀的特性以及常见的故障进行详细的分析。

1 锅炉安全阀的特性

在现有的针对锅炉安全阀的特性分析过程中，主要是从锅炉安全阀的基础应用和性质出发，结合锅炉安全阀的应用环境以及运行原理等分析其特性；并由此结合锅炉安全阀应用的实际情况探索常见的故障类型以及解决方法。下面针对锅炉安全阀的特性进行分析，为实现对其常见故障的分析奠定基础。

1.1 基础应用

一般而言，锅炉安全阀的应用大多数是集中在石油化工领域、火力和核能发电领域的压力容器中。通过一种自动化的控制技术管控压力容器内部介质的存储，进而来提高其压力设备运行的安全性。而且，在锅炉安全阀的基础应用中，不同类型的锅炉安全阀具有不同的应用环境以及应用场合，可以较为具体地针对不同的利用环境而发挥作用。其中，安全阀常见于压力容器内部为气体或者蒸汽类介质的情况下，可以利用静压力驱动的方式来完成对于压力容器的自动泄压，保障压力平衡。

1.2 结构分类

据实际应用显示，锅炉安全阀的结构分类可以总结为重锤杠杆式安全阀和弹簧安全阀。不同的结构应用有不同效果和特性。其中，重锤式的杠杆安全阀主要是通过发挥重锤以及杠杆的作用来维持安全阀管控上的平衡效果。而且，由于杠杆所具有的特性使得其可以用较小质量的重锤发挥较大的作用效果，并通过重锤位置变换的方式来精准地控制锅炉安全阀的开关程度。这种重锤杠杆式安全阀的优点为：开关掌握更稳定、精确性高、结构简单、抗干扰性强以及适应性较强等；但由于重锤的存在也使其利用较为笨重，很容易在震动的作用下发生泄漏的后果。

此外，在弹簧式安全阀应用中，也是侧重于通过弹簧结构来调整安全阀瓣的力量，以其压缩量为实际情况来控制安全阀开启的程度。这种弹簧式安全阀的应用，具有体积小、应用范围广、开关便捷的特点，但是受到弹簧自身的限制也会导致其环境的限制性较大，并且要配合一定的散热设备一起发挥效果，才能避免弹簧发热所产生的不良后果

1.3 应用原理

在锅炉安全阀的应用中，主要的运行原理是与其组成结构密不可分的。一般而言，锅炉安全阀主要是分为安全阀弹簧、阀杆、阀瓣3个部分。其中，安全阀弹簧是一种提供预紧力的部件，产生的预紧力通过阀杆的作用最终达到阀瓣的上部位置，并通过调整弹簧的预紧力来调整安全阀的整定压力，同时也可以通过安全阀反冲盘来控制安全阀的开启高度。在这种密封环境下，系统内部的介质主要是在阀瓣下方位置发生压力作用，并通过向下的预紧力和向上力的作用，在双方达成平衡时，控制阀门起跳，完成安全的起座工作，进行压力容器的内部排压。当系统内部介质压力大于弹簧预紧力时安全阀开启对系统压力进行排放，当系统压力低于弹簧预紧力时阀瓣在弹簧作用力下回座并保证密封。

2 锅炉安全阀的常见故障类型

在初步研究了锅炉安全阀的特性之后，针对锅炉安全阀的常见故障类型进行探索。从锅炉安全阀的基础应用、结构分析以及应用原理等角度出发，结合实际的工作环境，分析锅炉安全阀中常见的故障类型，而不断探索防止锅炉安全阀应用出现故障的方法。

2.1 安全阀泄漏

一般而言，在锅炉安全阀的应用过程中出现安全阀泄漏的情况主要是由于安全阀自身的结构特点以及密封性等性质而造成的。在分析锅炉安全阀的应用原理时发现：只有当阀瓣与阀座能够顺利实现密封的前提下，才能进行后续的排压操作，进而完成容器内的压力排放。但是，在实践中由于存在一些脏物等其他物质会藏在密封面的空间内，使得密封面接触的密封效果大打折扣。而且，密封面长期处于这种环境下还会导致出现密封面损伤的后果，最终也将使得密封效果受到不良影响。但在解决时，只有与锅炉维修工作一同开展，将密封面的妨碍物质除去，才能避免锅炉安全阀的泄露。

此外，导致锅炉安全阀泄露的另外一个原因可以概括为锅炉安全阀内部设备长时间运行而导致的设备老化和部件使用期限到期等情况。由于锅炉安全阀的开关工作是长期处于运行的状态，就导致其原本的使用寿命就会大大受到影响；而且伴随着锅炉安全阀内部的杠杆部件、弹簧弯曲以及阀杆变形等情况，会使得这些设备元件失去弹性，进而丧失其原本的作用。在解决这种问题时，就必须要结合相应的设备使用期限以及日常化的维修和检修工作等保障设备处于正常的使用时间，才能够有效地发挥其内在的价值。

2.2 安全阀频跳

这里所提及到的频跳一般是指安全阀回座后，随着压力的升高，将会使安全阀开启，反复几次出现，即所谓的安全阀“频跳”现象。在整个动作过程中，要确保安全阀达到规定开启高度，严禁出现震颤、卡阻和频跳现象。在锅炉安全阀运行过程中，频跳现象一旦出现将会对安全阀的密封产生不利影响，极易诱发密封面泄漏问题。造成上述现象的主要原因是与安全阀回座压力太高有关，如果回座压力比较高时，将会降低容器内过剩的介质排放量，并促使安全阀回座。如果运行人员未按照要求对其进行调整时，将会导致容器内压力很快提升，诱发安全阀动作，此时可以通过开大节流阀的开度来给予解决。节流阀开大后，将会减少主安全阀活塞室内的汽源，降低推动活塞向下运动的力，避免主安全阀连续启动。

2.3 安全阀卡死

1)粉尘“卡死”。粉尘一般包括有机粉尘和无机粉尘，其中有机粉尘常见的有塑料粉尘、煤粉、植物淀粉和植物性细小纤维等。当有机粉尘落到阀门密封元件(阀瓣)与安全阀的导向套之间的间隙后，遇到高温时发生融化、干馏、干燥、结碳、焦化(膨化)现象，从而导致阀瓣与阀座、向套与阀瓣粘结形成整体，无法在原整定压力下动作，进而出现了“卡死”现象。无机粉尘常见的有尘土、炉尘、灰沙等，当这些粉尘与阀腔内的水蒸气或水进行混合时，并且在阀门受热后，将会导致无机粉尘与阀腔内的水混合后转化为黏度较强的混合物，在阀瓣与导向机构间的间隙间积聚，预冷后将会使阀瓣与导向套、阀瓣与阀粘结在一起，诱发“卡死”问题。

2)铁锈诱发安全阀“卡死”。铁锈通常是指阀罩、弹簧、阀体、管道等零件与水蒸气、水、空气、等物质发生化学反应，最终在弹簧室、阀腔和导向机构间隙沉淀，从而诱发锈垢“卡死”。

3)水垢诱发安全阀“卡死”。在对安全阀进行安装过程中，如果安装不合理将会导致安全阀阀腔内积水，进而诱发水垢。阀腔受热过程中，将会降低水中杂质的溶解度，即水中的钙(Ca)、鎂(Mg)离子等与其他杂质会在阀瓣与导向机构的间隙、阀门内部的密封元件表面及其他传动机构零件上粘附、沉积、结晶，从而出现“卡死”现象。

4)冰冻“卡死”。在以液化气体和低沸点物质为主的安全阀上，可能会因为在常压下液化气体迅速气化，当出现泄漏时，泄漏介质的流量、流速达到一定值时，将会吸收阀门的热量，导致空气中水蒸气在阀腔内的零件与零件间隙和零件表面迅速结霜、结露和结冰，诱发安全阀“卡死”。

要想使上述问题得到有效解决，就需要定期将安全阀拆下清洗，进行定压校验后才允许重新使用。在室外安装的安全阀，要做好防护措施，避免尘埃、雾、雨、锈污等赃物进入安全阀中。同时，还需要加强锅炉的定期维护保养工作，以确保炉墙、炉顶密封性能良好，且可以有效降低安全阀周围的粉尘浓度。

2.4 阀瓣震动故障

当出现阀瓣震动故障时，主要是由于弹簧的震动而导致锅炉安全阀出现阀瓣震动，进而影响到高压容器的锅炉安全阀阀门关闭的结果。一般而言，当出现安全阀阀瓣震动的情况下，需要从解决弹簧的刚度出发，选择合适的弹簧应用来调节锅炉安全阀的回座力。同时，还需要针对锅炉安全阀的排放管阻力进行分析，防止由于排放管产生的较大阻力导致阀瓣出现震动故障的结果。对于阀瓣震动故障的解决，重点是从弹簧的更换和调整入手，结合相应的技术判断措施，摒除其他导致出现阀瓣振动的故障因素，最终进行弹簧的弹性调整以及刚度整改。