蒸汽鍋爐主安全閥常見故障及處理方法

2013-05-25 曹松棣海軍駐哈爾濱地區(qū)艦船配套軍事代表室

1、概述

　　主安全閥是蒸汽鍋爐重要的安全附件之一。當(dāng)鍋爐系統(tǒng)中的壓力超過規(guī)定值時(shí)，主安全閥自動(dòng)開啟，排出過剩的蒸汽，降低系統(tǒng)壓力，保證鍋爐安全運(yùn)行。當(dāng)壓力降到工作壓力以下時(shí)，主安全閥自動(dòng)關(guān)閉，防止蒸汽過分流失，保證鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。另外，安全閥泄放時(shí)發(fā)出較大的響聲，可以起到自動(dòng)報(bào)警的作用。本文旨在討論蒸汽鍋爐主安全閥常見的故障及其原因和解決方法，為設(shè)備的安全有效運(yùn)行提供意見。

2、泄漏故障處理

　　安全閥使用過程中出現(xiàn)泄漏會(huì)造成鍋爐系統(tǒng)蒸汽損失，降低運(yùn)行效率，增加運(yùn)行成本。如果長時(shí)間泄漏，還可能會(huì)造成安全閥內(nèi)部密封界面破損，引發(fā)安全事故。按照泄漏位置可分為閥體泄漏、法蘭面泄漏和密封面泄漏。

2.1、閥體泄漏

　　安全閥的閥體一般采用鑄造工藝生產(chǎn)，內(nèi)部鑄造質(zhì)量不易控制。受閥體鑄造形狀和檢驗(yàn)技術(shù)的限制，無法完全檢驗(yàn)閥體內(nèi)部質(zhì)量，因此閥體可能存在砂眼或裂紋等缺陷。閥體長期處于高低溫交替的環(huán)境中，產(chǎn)生熱疲勞損傷和蠕變，容易導(dǎo)致閥體泄漏，甚至引發(fā)安全事故。如果引起閥體泄漏的缺陷較小，可以對(duì)閥體的砂眼和裂紋處采用清除后補(bǔ)焊處理，處理過程中要保證缺陷清理的干凈，補(bǔ)焊部位探傷合格。如果引起閥體泄漏的缺陷較大，處理方式是更換閥體，或選用鑄造質(zhì)量好的閥體，采用嚴(yán)格的檢驗(yàn)方式，避免存在鑄造缺陷的閥體投入使用。

2.2、法蘭面泄漏

　　為了便于維修和更換，多數(shù)安全閥與鍋爐之間(以及閥體與閥蓋間) 采用螺栓緊固連接。引起法蘭密封面處泄漏的原因很多。

　　(1) 法蘭密封面的螺栓擰緊力不夠或緊偏。閥門長期處于高低溫交替環(huán)境，排汽時(shí)閥門震動(dòng)，防松墊片失效等原因，造成螺栓不同程度的松弛。處理方法是調(diào)整螺栓擰緊力，更換防松墊片，按對(duì)角擰緊的方式緊固螺栓，邊擰緊邊測量法蘭面間隙，使法蘭各處間隙一致。

　　(2) 法蘭密封面的齒形密封墊圈不符合標(biāo)準(zhǔn)或者損壞。齒形密封墊圈與法蘭密封面型號(hào)尺寸不匹配、材質(zhì)硬度不合適、齒形過尖、過平、不均勻或存在徑向溝痕等，均會(huì)造成泄漏。另外，齒形墊圈屬于損耗件，墊片容易因銹蝕損壞，致使密封性能失效。處理方法是按照標(biāo)準(zhǔn)合理選擇匹配的墊片，避免不合格墊片裝配使用。注重日常檢查，做好防腐防銹工作，及時(shí)更換失效的墊片。

　　(3) 法蘭密封面粘附了硬質(zhì)異物。在閥門安裝過程中因環(huán)境污濁等原因，硬質(zhì)異物粘在法蘭面上，導(dǎo)致結(jié)合面出現(xiàn)缺陷，引起泄漏。處理方法是拆下閥門，清理雜質(zhì)，并研磨結(jié)合面直至符合要求，在較清潔的環(huán)境中安裝閥門，避免雜質(zhì)落入。

2.3、閥門密封面泄漏

　　安全閥密封面一般由金屬材料制成，即使經(jīng)過精密的加工，閥門很難做到絕對(duì)的密封。引起閥門密封面泄漏的情況很復(fù)雜。

　　(1) 密封面進(jìn)入異物。雜質(zhì)和臟物等落到密封面上，造成閥瓣與閥座間存在間隙，導(dǎo)致泄漏。處理方法是清除密封面上的異物，重新研磨密封面。

　　(2) 密封面損傷。造成密封面損傷的主要原因一是密封面材質(zhì)不良，在長期惡劣環(huán)境中發(fā)生銹蝕。二是在多次起跳或長時(shí)間工作后，密封面出現(xiàn)磨損。三是密封面在堆焊工序存在缺陷，在使用過程中暴露。處理方法是根據(jù)損傷程度和原因，直接研磨、車削后研磨或者重新加工密封面。

　　(3) 密封面寬度大。彈簧壓力一定的情況下，密封面寬度大，則密封壓強(qiáng)小，若該壓強(qiáng)低于鍋爐系統(tǒng)工作壓強(qiáng)，將造成泄漏。處理辦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。閥桿、襯套或閥瓣等零件存在卡阻，致使閥瓣回坐后不能完全密封。處理方法是拆解閥門，消除卡阻。

　　(5) 裝配不當(dāng)。由于閥門密封面采用金屬材質(zhì)，閥瓣和閥座的平面度以及同軸度對(duì)密封性能有根本影響。閥桿、彈簧、襯套、閥瓣等零件裝配精度，尤其是同軸度直接影響閥門密封性能。閥瓣和閥座未完全對(duì)正、彈簧與閥桿間隙太大及閥桿中心線不正等均可能造成閥門泄漏。處理方法是重新拆裝，裝配時(shí)保證閥瓣周圍配合間隙的大小及均勻性，保證閥桿、彈簧和閥瓣的同軸度等配合尺寸精度。

　　(6) 彈簧失效或者壓緊力不足。在彈簧直接載荷式安全閥中，彈簧質(zhì)量對(duì)閥門的性能影響很大。長時(shí)間使用后彈簧可能出現(xiàn)永久性變形失效、剛度減小或接觸面不平行等問題，造成閥門泄漏。處理方法是更換彈簧或?qū)椈蛇M(jìn)行修磨，并調(diào)整壓緊力。

3、啟閉故障處理

　　鍋爐系統(tǒng)壓力超過安全壓力，而安全閥不能開啟或者起跳高度不夠，可能引發(fā)嚴(yán)重事故，而回座延遲時(shí)間過長或回座壓力太低，會(huì)造成蒸汽大量損失，降低運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

3.1、起跳壓力下不開啟

　　安全閥在起跳壓力下不能正常開啟與閥門零件卡阻、密封面磨損等情況有關(guān)。

　　(1) 零件卡阻。導(dǎo)向套、襯套、閥桿等零件因間隙太小或表面不光滑，導(dǎo)致閥瓣不能起跳。處理方法是拆解閥門，消除卡阻后重新裝配。

　　(2) 密封面受損。閥門密封面因長期泄漏腐蝕，受壓面積減小，致使系統(tǒng)壓強(qiáng)達(dá)到后，作用在閥瓣上的壓力不足，安全閥不能在預(yù)定的壓力下開啟。處理方法是更換或維修閥門密封面。

　　(3) 彈簧預(yù)緊力太大。處理方法是重新整定試驗(yàn)，調(diào)整彈簧預(yù)緊力。

　　(4) 手動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)閥門動(dòng)作造成阻礙。處理方法是調(diào)整手動(dòng)機(jī)構(gòu)，消除阻礙。

　　(5) 控制安全閥不匹配。如果控制安全閥的蒸汽排泄量太小，則不足以提供開啟主安全閥的壓力。解決辦法是更換匹配的控制安全閥。

3.2、起跳高度不夠

　　GB /T 12243 - 2005 規(guī)定，安全閥的開啟高度，全起式為大于或等于流道直徑的1 /4，微啟式為流道直徑的1 /40 ～ 1 /20，中啟式為流道直徑的1 /20 ～1 /4，蒸汽鍋爐必須使用全啟式安全閥。閥門起跳高度不夠，可能是彈簧剛度過大或者零件存在卡阻。這種情況必須對(duì)閥門進(jìn)行拆檢，檢測彈簧性能，復(fù)查零件加工精度及表面光潔度，保證裝配質(zhì)量。

3.3、延遲回座時(shí)間過長

　　安全閥發(fā)生延遲回座時(shí)間過長故障的主要原因與零件摩擦、主安全閥活塞室的漏汽量太小和控制安全閥蒸汽排放量太大等有關(guān)。

　　(1) 零件摩擦。安全閥運(yùn)動(dòng)零件與固定零件之間的摩擦力過大，造成主閥瓣回座遲緩。處理方法是將安全閥運(yùn)動(dòng)部件與固定部件的配合間隙控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

　　(2) 主安全閥活塞室的漏汽量太小。此情況下，即使控制安全閥回座了，存在于管路和主安全閥活塞室中的蒸汽仍然具有很高壓力，推動(dòng)主安全閥活塞向下的力仍很大，造成主安全閥回座遲緩。處理方法主要是開大主安全閥節(jié)流閥的開度或增大節(jié)流孔孔徑。

　　(3) 控制安全閥蒸汽排放量太大。此種情況也會(huì)造成主安全閥活塞室保持較高壓力，造成回座遲緩。處理方式是調(diào)整控制安全閥，減少蒸汽來量。

3.4、回座壓力過低

　　安全閥回座壓力過低主要與閥門規(guī)格不匹配、閥門零件摩擦力大和控制安全閥蒸汽排泄量太大等原因有關(guān)。

　　(1) 閥門規(guī)格不匹配。主安全閥公稱直徑超標(biāo)，排泄量相對(duì)鍋爐蒸發(fā)量太大，導(dǎo)致鍋爐內(nèi)壓力過低。處理方式是選擇規(guī)格匹配的主安全閥。

　　(2) 閥門零件摩擦力大。零件間存在較大摩擦力，將會(huì)延緩閥瓣回座速度。解決方法就是認(rèn)真檢查各運(yùn)動(dòng)零件，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各零件進(jìn)行檢修，將各部件的配合間隙調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

　　(3) 控制安全閥蒸汽排泄量太大。控制安全閥開啟后，蒸汽不斷排出，推動(dòng)主安全閥動(dòng)作。由于蒸汽是經(jīng)由控制安全閥的閥瓣與導(dǎo)向套之間的間隙流向主安全閥活塞室的，當(dāng)蒸汽沖出控制安全閥的密封面時(shí)，在其周圍形成動(dòng)能壓力區(qū)，將閥瓣抬高，使控制安全閥繼續(xù)排放。蒸汽排放量越大，閥瓣部位動(dòng)能壓力區(qū)的壓強(qiáng)越大，作用在閥瓣上的向上的推力就越大，控制安全閥就越不容易回座，主安全閥自然回座延遲。消除這種故障的方法就是將控制安全閥的調(diào)節(jié)閥關(guān)小，增大背壓，減少控制安全閥蒸汽流量，降低動(dòng)能壓力區(qū)內(nèi)的壓力，促使控制安全閥回座，主安全閥隨即回座。

4、機(jī)械特性故障處理

　　GB /T 12243 - 2005 規(guī)定，安全閥動(dòng)作必須穩(wěn)定，應(yīng)無頻跳、顫振及卡阻等現(xiàn)象。

4.1、頻跳

　　安全閥回座后，待壓力稍一升高，安全閥又開啟，并且啟閉動(dòng)作反復(fù)幾次出現(xiàn)，這種現(xiàn)象稱為安全閥的頻跳。頻跳主要與安全閥回座壓力過高有關(guān)。如果回座壓力較高，安全閥起跳時(shí)只能排出少量過剩的蒸汽。鍋爐蒸發(fā)量較大時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)壓力又會(huì)很快上升，造成閥門再次起跳。避免頻跳常用的處理方法是開大節(jié)流閥的開度，減小背壓。