安全閥閥座密封面失效分析

本文聚焦于安全閥的應(yīng)用、失效形式分析，特別是彈簧式安全閥的常見失效如頻跳、動作不靈活、性能指標(biāo)不達(dá)標(biāo)及泄漏問題，深入探討了安全閥密封面損傷的原因及現(xiàn)有碾磨方式的不足，旨在提出改進(jìn)方案以滿足安全閥的高效維修與校驗(yàn)需求。

1?概述?●

安全閥，主要應(yīng)用于鍋爐、壓力管道、壓力容器等承壓類特種設(shè)備上，主要功能是當(dāng)設(shè)備系統(tǒng)中介質(zhì)壓力高于安全閥標(biāo)定值時(shí)，通過開啟處于常閉狀態(tài)下的啟閉件，向承壓設(shè)備系統(tǒng)外釋放壓力介質(zhì)。當(dāng)設(shè)備壓力下降至正常運(yùn)轉(zhuǎn)壓力后，閥門自動關(guān)閉。保證系統(tǒng)壓力可以控制在規(guī)定范圍內(nèi)，進(jìn)而保證人身安全及設(shè)備正常運(yùn)行。市場上，安全閥的種類較多，主要的分類方式有：按傳動方式進(jìn)行分類、按安裝形式進(jìn)行分類、按介質(zhì)排放方式進(jìn)行分類。

2?彈簧式安全閥的常見失效形式?●

彈簧式安全閥又稱為直接載荷式彈簧安全閥，有相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在目前使用的安全閥中，此類安全閥占到比重的97%。此類安全閥也是我院安全閥校驗(yàn)工作的主要對象。通過對直接載荷式彈簧安全閥日常校驗(yàn)工作以及對安全閥日常維修的統(tǒng)計(jì)，本文大概將此類安全閥的失效形式分為以下四大類：①安全閥出現(xiàn)閥門頻跳現(xiàn)象；②安全閥達(dá)到釋放壓力條件后動作不靈活；③安全閥動作性能指標(biāo)無法達(dá)到設(shè)計(jì)或使用需求；④安全閥使用過程當(dāng)中出現(xiàn)泄漏。

2.1? 安全閥閥門頻跳現(xiàn)象

安全閥的頻跳，主要指的是安全閥在使用過程當(dāng)中，閥瓣因各種原因出現(xiàn)非正常的，沿開啟方向快速、反復(fù)短暫開啟后閉合，造成閥瓣與閥座之間出現(xiàn)來回碰撞的情況。運(yùn)行過程當(dāng)中出現(xiàn)頻跳現(xiàn)象，直接影響到了壓力設(shè)備系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。頻跳的主要原因包括：安全閥通徑挑選不當(dāng)、彈簧剛度過大、進(jìn)出口管道阻力大、節(jié)圈位置不良等。

2.2? 安全閥動作不靈活

安全閥達(dá)到釋放壓力條件后動作不靈活，通俗稱為安全閥“卡死”，造成“卡死”的原因很多，主要包括：①粉塵“卡死”；②鐵銹誘發(fā)安全閥“卡死”；③水垢誘發(fā)安全閥“卡死”；④冰凍“卡死”；⑤彈簧挑選不當(dāng)，造成“卡死”。上述原因中，除了彈簧挑選不當(dāng)，造成開啟壓力大于整定壓力，從而造成動作不靈活。其他問題均是使用過程當(dāng)中清理維護(hù)不當(dāng)造成，想要上述問題可以得到妥善解決，必須定期對安全閥進(jìn)行清理，避免鐵銹、粉塵等外部原因造成動作不靈活。

2.3? 安全閥動作性能指標(biāo)

安全閥動作性能指標(biāo)無法達(dá)到設(shè)計(jì)或使用需求，此類問題多發(fā)生于設(shè)計(jì)選用階段，由于現(xiàn)有市場上安全閥型號規(guī)格繁多復(fù)雜，同時(shí)產(chǎn)品整定壓力范圍大，設(shè)計(jì)難度增加，進(jìn)而造成所選用的安全閥動作性能無法滿足要求。

2.4? 安全閥泄漏

安全閥在使用過程當(dāng)中出現(xiàn)泄漏，是安全閥失效形式中最普遍的一類，當(dāng)此類失效發(fā)生時(shí)，承壓設(shè)備壓力值持續(xù)下降，繼而造成設(shè)備系統(tǒng)工作狀態(tài)發(fā)生變化。在安全閥泄漏失效的原因中，由于溫度和安裝不當(dāng)造成的故障外，主要泄漏原因均集中在閥座與閥瓣之間形成的密封面出現(xiàn)損傷。此類損傷也是本設(shè)計(jì)主要研究及解決的部分。

3安全閥密封面損傷分析?●

安全閥密封面出現(xiàn)損傷的原因多種多樣，包括在制造過程當(dāng)中的發(fā)生的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、制作精度不足等。同樣，在安全閥的正常使用過程當(dāng)中，也會出現(xiàn)不同程度的磨損，主要為壓力介質(zhì)對密封面不可避免的腐蝕和沖蝕等造成的損壞。本文主要針對使用過程當(dāng)中的機(jī)械磨損、介質(zhì)活動時(shí)產(chǎn)生的沖蝕、腐蝕以及由電位差產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕進(jìn)行分析。

3.1? 使用過程當(dāng)中的機(jī)械磨損

安全閥在正常使用過程當(dāng)中，由于泄壓造成的閥座和閥瓣開閉，閥座與閥瓣密封面在開閉過程當(dāng)中產(chǎn)生碰撞和相對位移，進(jìn)而產(chǎn)生摩擦損傷、撞擊損傷等情況。同時(shí)，部分安全閥由于工作壓力較高，安全閥開啟釋壓后閉合，在彈簧作用下密封面出現(xiàn)局部擠壓，產(chǎn)生壓痕。此外，由于安全閥工作于高溫高壓環(huán)境，密封面之間易出現(xiàn)粘連現(xiàn)象，粘連嚴(yán)重時(shí)將造成安全閥開啟后出現(xiàn)密封面點(diǎn)蝕。

3.2? 介質(zhì)活動時(shí)產(chǎn)生的沖蝕、腐蝕

由于安全閥所采用的壓力介質(zhì)不同，部分介質(zhì)對安全閥密封面存在化學(xué)腐蝕作用?，F(xiàn)有安全閥密封面采用涂層技術(shù)，利用堆焊、氧乙炔焰噴焊、雙層輝光離子滲金屬、熱噴涂、激光熔覆等方式，在密封面表層形成防腐蝕涂層。但由于高溫高壓介質(zhì)在正常釋壓過程當(dāng)中，仍舊會對密封面涂層造成沖蝕損傷，最終形成沖蝕、腐蝕凹坑，影響密封面性能，造成泄漏現(xiàn)象。

3.3? 由電位差產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕

此類問題多出現(xiàn)在閥座和閥瓣之間，由于壓力介質(zhì)在密封面之間存在有濃度差，或由于暴露在室外或排壓管空腔內(nèi)的安全閥密封面和閥體之間存在氧濃度差等原因，都可能產(chǎn)生電位差，造成密封面兩側(cè)出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕，由于安全閥閥座、閥瓣為金屬結(jié)構(gòu)，由電位差造成的電化學(xué)腐蝕多出現(xiàn)在陽極側(cè)。

4?常見碾磨方式的不足之處分析?●

在上述各類密封面磨損情況發(fā)生后，安全閥實(shí)際使用性能收到影響，嚴(yán)重時(shí)，安全閥出現(xiàn)壓力介質(zhì)大量泄漏情況，承壓設(shè)備系統(tǒng)壓力不足，造成故障等風(fēng)險(xiǎn)。

因此，一旦出現(xiàn)上述密封面損傷情況，若損傷嚴(yán)重不具備修復(fù)的可能性，則應(yīng)立即更換安全閥。但在多數(shù)情況下，從經(jīng)濟(jì)及生產(chǎn)需求上看，安全閥密封面的損傷均可采用碾磨、切削方式進(jìn)行修復(fù)?，F(xiàn)有碾磨方式，主要分為以下三類：①手工碾磨；②半自動機(jī)械碾磨機(jī)；③全自動機(jī)械碾磨機(jī)。

手工碾磨對碾磨裝置的需求最低，僅依靠碾磨杵和對應(yīng)目數(shù)碾磨材料即可。但手工碾磨耗時(shí)耗力，并且碾磨質(zhì)量取決于碾磨工人熟練程度，易出現(xiàn)密封面碾磨偏斜等情況，直接造成安全閥報(bào)廢。并且，在電站鍋爐等重要場所使用的安全閥，其密封面碾磨是生產(chǎn)過程和檢修期間的重要項(xiàng)目，手工碾磨難度大、質(zhì)量要求高、碾磨時(shí)間長。

半自動機(jī)械碾磨機(jī)和全自動機(jī)械碾磨機(jī)原理類似，半自動機(jī)械碾磨機(jī)需人工控制碾磨杵，而全自動機(jī)械碾磨機(jī)無需人工控制碾磨杵。但兩類碾磨機(jī)都需將安全閥閥體進(jìn)行分解，將閥體固定在碾磨臺上進(jìn)行碾磨，大大下降了碾磨效率。同時(shí)由于閥體拆卸，造成承壓設(shè)備暫停使用，不利于承壓設(shè)備使用單位生產(chǎn)需求。

經(jīng)上述分析，無論是采用手工或是機(jī)械碾磨方式，都無法在滿足便捷碾磨的同時(shí)保證碾磨精度、質(zhì)量。為解決上述問題，需要一款可以滿足安全閥在線碾磨，并可以提供較高的碾磨質(zhì)量的儀器，為安全閥日常使用、維修及在線校驗(yàn)工作提供支持。