鍋爐安全閥閥門常見故障分析
分析了鍋爐安全閥閥門漏泄、閥體結(jié)合面滲漏、沖量安全閥動作后主安全閥不動作、沖量安全閥回座后主安全閥延遲回座時(shí)間過長以及安全閥的回座壓力低、頻跳和顫振等常見的故障原因，并針對故障原因提出了解決方法由上海沃托閥門有限公司技術(shù)提供
概述
安全閥是一種非常重要的保護(hù)用閥門，廣泛地用在各種壓力容器和管道系統(tǒng)上，當(dāng)受壓系統(tǒng)中的壓力超過規(guī)定值時(shí)，它能自動打開，把過剩的介質(zhì)排放到大氣中去，以保證壓力容器和管道系統(tǒng)安全運(yùn)行，防止事故的發(fā)生，而當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)壓力回降到工作壓力或略低于工作壓力時(shí)又能自動關(guān)閉。安全閥工作的可靠與否直接關(guān)系到設(shè)備及人身的安全，所以必須給予重視。
2、安全閥常見故障原因分析及解決方法
2.1、閥門漏泄
在設(shè)備正常工作壓力下，閥瓣與閥座密封面處發(fā)生超過允許程度的滲漏，安全閥的泄漏不但會引起介質(zhì)損失。另外，介質(zhì)的不斷泄漏還會使硬的密封材料遭到破壞，但是，常用的安全閥的密封面都是金屬材料對金屬材料，雖然力求做得光潔平整，但是要在介質(zhì)帶壓情況下做到絕對不漏也是非常困難的。因此，對于工作介質(zhì)是蒸汽的安全閥，在規(guī)定壓力值下，如果在出口端肉眼看不見，也聽不出有漏泄，就認(rèn)為密封性能是合格的。一般造成閥門漏泄的原因主要有以下三種情況：
一種情況是，臟物雜質(zhì)落到密封面上，將密封面墊住，造成閥芯與閥座間有間隙，從而閥門滲漏。消除這種故障的方法就是清除掉落到密封面上的臟物及雜質(zhì)，一般在鍋爐準(zhǔn)備停爐大小修時(shí)，首先做安全門跑砣試驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)漏泄停爐后都進(jìn)行解體檢修，如果是點(diǎn)爐后進(jìn)行跑砣試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)安全門漏泄，估計(jì)是這種情況造成的，可在跑砣后冷卻20分鐘后再跑舵一次，對密封面進(jìn)行沖刷。
另一種情況是密封面損傷。造成密封面損傷的主要原因有以下幾點(diǎn)：一是密封面材質(zhì)不良。例如，在3～9號爐主安全門由于多年的檢修，主安全門閥芯與閥座密封面普遍已經(jīng)研得很低，使密封面的硬度也大大降低了，從而造成密封性能下降，消除這種現(xiàn)象最好的方法就是將原有密封面車削下去，然后按圖紙要求重新堆焊加工，提高密封面的表面硬度。注意在加工過程中一定保證加工質(zhì)量，如密封面出現(xiàn)裂紋、沙眼等缺陷一定要將其車削下去后重新加工。新加工的閥芯閥座一定要符合圖紙要求。目前使用YST103通用鋼焊條堆焊加工的閥芯密封面效果就比較好。二是檢修質(zhì)量差，閥芯閥座研磨的達(dá)不到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，消除這種故障的方法是根據(jù)損傷程度采用研磨或車削后研磨的方法修復(fù)密封面。
造成安全閥漏泄的另一個(gè)原因是由于裝配不當(dāng)或有關(guān)零件尺寸不合適。在裝配過程中閥芯閥座未完全對正或結(jié)合面有透光現(xiàn)象，或者是閥芯閥座密封面過寬不利于密封。消除方法是檢查閥芯周圍配合間隙的大小及均勻性，保證閥芯頂尖孔與密封面同正度，檢查各部間隙不允許抬起閥芯；根據(jù)圖紙要求適當(dāng)減小密封面的寬度實(shí)現(xiàn)有效密封。
2.2、閥體結(jié)合面滲漏
指上下閥體間結(jié)合面處的滲漏現(xiàn)象，造成這種漏泄的主要原因有以下幾個(gè)方面：一是結(jié)合面的螺栓緊力不夠或緊偏，造成結(jié)合面密封不好。消除方法是調(diào)整螺栓緊力，在緊螺栓時(shí)一定要按對角把緊的方式進(jìn)行，最好是邊緊邊測量各處間隙，將螺栓緊到緊不動為止，并使結(jié)合面各處間隙一致。二是閥體結(jié)合面的齒形密封墊不符合標(biāo)準(zhǔn)。例如，齒形密封墊徑向有輕微溝痕，平行度差，齒形過尖或過坡等缺陷都會造成密封失效。從而使閥體結(jié)合面滲漏。在檢修時(shí)把好備件質(zhì)量關(guān)，采用合乎標(biāo)準(zhǔn)的齒形密封墊就可以避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。三是閥體結(jié)合面的平面度太差或被硬的雜質(zhì)墊住造成密封失效。對由于閥體結(jié)合面的平面度太差而引起閥體結(jié)合面滲漏的，消除的方法是將閥門解體重新研磨結(jié)合面直至符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。由于雜質(zhì)墊住而造成密封失效的，在閥門組裝時(shí)認(rèn)真清理結(jié)合面避免雜質(zhì)落入。
2.3、沖量安全閥動作后主安全閥不動作
這種現(xiàn)象通常被稱為主安全門的拒動。主安全門拒動對運(yùn)行中的鍋爐來說危害是非常大的，是重大的設(shè)備隱患，嚴(yán)重影響設(shè)備的安全運(yùn)行，一旦運(yùn)行中的壓力容器及管路中的介質(zhì)壓力超過額定值時(shí)，主安全門不動作，使設(shè)備超壓運(yùn)行極易造成設(shè)備損壞及重大事故。
在分析主安全門拒動的原因之前，首先分析一下主安全門的動作原理。如圖1，當(dāng)承壓容器內(nèi)的壓力升至沖量安全閥的整壓力時(shí)，沖量安全閥動作，介質(zhì)從容器內(nèi)通過管路沖向主安全閥活塞室內(nèi)，在活塞室內(nèi)將有一個(gè)微小的擴(kuò)容降壓，假如此時(shí)活塞室內(nèi)的壓強(qiáng)為P1，活塞節(jié)流面積為Shs，此時(shí)作用在活塞上的f1為：
f1=P1×Shs……………………(1)
假如此時(shí)承壓容器內(nèi)的介質(zhì)的壓強(qiáng)為P2，閥芯的面積為Sfx，則此時(shí)介質(zhì)對閥芯一個(gè)向上的作用力f2為：
f2=P2×Shx..............(2)
通常安全閥的活塞直徑較閥芯直徑大，所以式(1)與式（2）中Shs＞SfxP1≈P2
假如將彈簧通過閥桿對閥芯向上的拉力設(shè)為f3及將運(yùn)動部件與固定部件間摩擦力（主要是活塞與活塞室間的摩擦力）設(shè)為fm，則主安全門的動作的先決條件：只有作用在活塞上的作用力f1略大于作用在閥芯上使其向上的作用力f2及彈簧通過閥桿對閥芯向上的拉力f3及運(yùn)動部件與固定部件間摩擦力（主要是活塞與活塞室間的摩擦力）fm之和時(shí)，即：f1＞f2+f3+fm時(shí)主安全門才能啟動。
通過實(shí)踐，主安全門拒動主要與以下三方面因素有關(guān)：
一是閥門運(yùn)動部件有卡阻現(xiàn)象。這可能是由于裝配不當(dāng)，臟物及雜質(zhì)混入或零件腐蝕；活塞室表面光潔度差，表面損傷，有溝痕硬點(diǎn)等缺陷造成的。這樣就使運(yùn)動部件與固定部件間摩擦力fm增大，在其他條件不變的情況下f1＜f2+f3+fm所以主安全門拒動。
例如，在2001年3號爐大修前過熱主安全門跑砣試驗(yàn)時(shí)，發(fā)生了主安全門拒動。檢修時(shí)解體檢查發(fā)現(xiàn)，活塞室內(nèi)有大量的銹垢及雜質(zhì)，活塞在活塞室內(nèi)無法運(yùn)動，從而造成了主安全門拒動。檢修時(shí)對活塞，脹圈及活塞室進(jìn)行了除銹處理，對活塞室溝痕等缺陷進(jìn)行了研磨，裝配前將活塞室內(nèi)壁均勻地涂上鉛粉，并嚴(yán)格按次序?qū)﹂y門進(jìn)行組裝。在鍋爐水壓試驗(yàn)時(shí)，對脈沖管進(jìn)行沖洗，然后將主安全門與沖量安全閥連接，大修后點(diǎn)爐時(shí)再次進(jìn)行安全閥跑砣試驗(yàn)一切正常。
二是主安全門活塞室漏氣量大。當(dāng)閥門活塞室漏氣量大時(shí)，式（1)中的f1一項(xiàng)作用在活塞上的作用力偏小，在其他條件不變的情況下f1＜f2+f3+fm所以主安全門拒動。造成活塞室漏氣量大的主要原因與閥門本身的氣密性和活塞環(huán)不符合尺寸要求或活塞環(huán)磨損過大達(dá)不到密封要求有關(guān)系。
例如，3～9號爐主安全閥對活塞環(huán)的質(zhì)量要求是活塞環(huán)的棱角應(yīng)圓滑，自由狀態(tài)開口間隙不大于14，組裝后開口間隙△=1～1.25，活塞與活塞室間隙B=0.12～0.18，活塞環(huán)與活塞室間隙為S=0.08～0.12，活塞環(huán)與活塞室接觸良好，透光應(yīng)不大于周長的1／6。對活塞室內(nèi)要求是，活塞室內(nèi)的溝槽深度不得超過0.08～0.1mm，其橢圓度不超過0．1mm，圓錐度不超過0.1mm，應(yīng)光潔無擦傷，但解體檢修時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)每臺爐主安全門的活塞環(huán)、活塞及活塞室都不符合檢修規(guī)程要求，目前一般活塞環(huán)與活塞室的間隙都在S≥0.20，且活塞室表面的缺陷更為嚴(yán)重，嚴(yán)重地影響了活塞室的汽密性，造成活塞室漏汽量偏大。
消除這種缺陷的方法是：對活塞室內(nèi)表面進(jìn)行處理，更換合格的活塞及活塞環(huán)，在有節(jié)流閥的沖量安全裝置系統(tǒng)中關(guān)小節(jié)流閥開度，增大進(jìn)入主安全門活塞室的進(jìn)汽量，在條件允許的情況下也可以通過增加沖量安全閥的行程來增加進(jìn)入主安全門活塞室內(nèi)的進(jìn)汽量方法推動主安全閥動作。
三是主安全閥與沖量安全閥的匹配不當(dāng)，沖量安全閥的蒸汽流量太小。沖量安全閥的公稱通徑太小，致使流入主安全閥活塞室的蒸汽量不足，推動活塞向下運(yùn)動的作用力f1不夠，即f1＜f2+f3+fm致使主安全閥閥芯不動。這種現(xiàn)象多發(fā)生于主安全閥式?jīng)_量安全閥有一個(gè)更換時(shí)，由于考慮不周而造成的。
例如2002年5號爐大修時(shí)，將兩臺重錘式?jīng)_量安全閥換成兩臺哈爾濱閥門廠生產(chǎn)A49H-P54100VDg20脈沖式安全閥，此安全閥一般與A42H-P54100VDg125型彈簧式主安全匹配使用，將它與蘇產(chǎn)Dg150×90×250型老式主安全閥配套使用，此種主安全閥與A29H-P54100VDg125型彈簧式主安全閥本比不僅公稱通徑要大而且氣密性較差，在5號爐飽和安全閥定砣完畢，進(jìn)行跑砣試驗(yàn)時(shí)造成主安全閥拒動。后來我們將沖量安全閥解體，將其導(dǎo)向套與閥芯配合部分的間隙擴(kuò)大，以增加其通流面積，再次跑砣試驗(yàn)一次成功。所以說沖量安全閥與主安全閥匹配不當(dāng)，公稱通徑較小也會引起主安全閥拒動。
2.4、沖量安全閥回座后主安全閥延遲回座時(shí)間過長
發(fā)生這種故障的主要原因有以下兩個(gè)方面：
一方面是，主安全閥活塞室的漏汽量大小，雖然沖量安全閥回座了，但存在管路中與活塞室中的蒸汽的壓力仍很高，推動活塞向下的力仍很大，所以造成主安全閥回座遲緩，這種故障多發(fā)生于A42Y-P5413.7VDg100型安全閥上，因?yàn)檫@種型式的安全閥活塞室汽封性良好。消除這種故障的方法主要通過開大節(jié)流閥的開度和加大節(jié)流孔徑加以解決，節(jié)流閥的開度開大與節(jié)流孔徑的增加都使留在脈沖管內(nèi)的蒸汽迅速排放掉，從而降低了活塞內(nèi)的壓力，使其作用在活塞上向下運(yùn)動的推力迅速減小，閥芯在集汽聯(lián)箱內(nèi)蒸汽介質(zhì)向上的推力和主安全閥自身彈簧向上的拉力作用下迅速回座。
另一方面原因就是主安全閥的運(yùn)動部件與固定部件之間的磨擦力過大也會造成主安全閥回座遲緩，解決這種問題的方法就是將主安全閥運(yùn)動部件與固定部件的配合間隙控制臺標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。
2.5、安全閥的回座壓力低
安全閥回座壓力低對鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有很大危害，回座壓力過低將造成大量的介質(zhì)超時(shí)排放，造成不必要的能量損失。這種故障多發(fā)生在200MW機(jī)組所使用的A49H型彈簧脈沖安全閥上，分析其原因主要是由以下幾個(gè)因素造成的：
一是彈簧脈沖安全閥上蒸汽的排泄量大，這種形式的沖量安全閥在開啟后，介質(zhì)不斷排出，推動主安全閥動作。
一方面是沖量安全閥前壓力因主安全閥的介質(zhì)排出量不夠而繼續(xù)升高，所以脈沖管內(nèi)的蒸汽沿汽包或集氣聯(lián)箱繼續(xù)流向沖量安全閥維持沖量安全閥動作。
另一方面由于此種型式的沖量安全閥介質(zhì)流通是經(jīng)由閥芯與導(dǎo)向套之間的間隙流向主安全閥活塞室的，介質(zhì)沖出沖量安全閥的密封面，在其周圍形成動能壓力區(qū)，將閥芯抬高，于是達(dá)到?jīng)_量安全閥繼續(xù)排放，蒸汽排放量越大，閥芯部位動能壓力區(qū)的壓強(qiáng)越大，作用在閥芯上的向上的推力就越大，沖量安全閥就越不容易回座，此時(shí)消除這種故障的方法就是將節(jié)流閥關(guān)小，使流出沖量安全閥的介質(zhì)流量減少，降低動能壓力區(qū)內(nèi)的壓力，從而使沖量安全閥回座。
造成回座壓力低的第二因素是：閥芯與導(dǎo)向套的配合間隙不適當(dāng)，配合間隙偏小，在沖量安全閥啟座后，在此部位瞬間節(jié)流形成較高的動能壓力區(qū)，將閥芯抬高，延遲回座時(shí)間，當(dāng)容器內(nèi)降到較低時(shí)，動能壓力區(qū)的壓力減小，沖量閥回座。
消除這種故障的方法是認(rèn)真檢查閥芯及導(dǎo)向套各部分尺寸，配合間隙過小時(shí)，減小閥瓣密封面直往式閥瓣阻汽帽直徑或增加閥瓣與導(dǎo)向套之間徑向間隙，來增加該部位的通流面積，使蒸汽流經(jīng)時(shí)不至于過分節(jié)流，而使局部壓力升高形成很高的動能壓力區(qū)。
造成回座壓力低的另一個(gè)原因就是各運(yùn)動零件磨擦力大，有些部位有卡澀，解決方法就是認(rèn)真檢查各運(yùn)動部件，嚴(yán)格按檢修標(biāo)準(zhǔn)對各部件進(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)，消除卡澀的可能性。
2.6、安全閥的頻跳
頻跳指的是安全閥回座后，待壓力稍一升高，安全閥又將開啟，反復(fù)幾次出現(xiàn)，這種現(xiàn)象稱為安全閥的“頻跳”。安全閥機(jī)械特性要求安全閥在整動作過程中達(dá)到規(guī)定的開啟高度時(shí)，不允許出現(xiàn)卡阻、震顫和頻跳現(xiàn)象。發(fā)生頻跳現(xiàn)象對安全閥的密封極為不利，極易造成密封面的泄漏。分析原因主要與安全閥回座壓力達(dá)高有關(guān)，回座壓力較高時(shí)，容器內(nèi)過剩的介質(zhì)排放量較少，安全閥已經(jīng)回座了，當(dāng)運(yùn)行人員調(diào)整不當(dāng)，容器內(nèi)壓力又會很快升起來，所以又造成安全閥動作，像這種情況可通過開大節(jié)流閥的開度的方法予以消除。節(jié)流閥開大后，通往主安全閥活塞室內(nèi)的汽源減少，推動活塞向下運(yùn)動的力較小，主安全閥動作的機(jī)率較小，從而避免了主安全閥連續(xù)啟動。
2.7、安全閥的顫振
安全閥在排放過程中出現(xiàn)的抖動現(xiàn)象，稱其為安全閥的顫振，顫振現(xiàn)象的發(fā)生極易造成金屬的疲勞，使安全閥的機(jī)械性能下降，造成嚴(yán)重的設(shè)備隱患，發(fā)生顫振的原因主要有以下幾個(gè)方面：
一方面是閥門的使用不當(dāng)，選用閥門的排放能力太大（相對于必須排放量而言），消除的方法是應(yīng)當(dāng)使選用閥門的額定排量盡可能接近設(shè)備的必需排放量。
另一方面是由于進(jìn)口管道的口徑太小，小于閥門的進(jìn)口通徑，或進(jìn)口管阻力太大，消除的方法是在閥門安裝時(shí)，使進(jìn)口管內(nèi)徑不小于閥門進(jìn)口通徑或者減少進(jìn)口管道的阻力。排放管道阻力過大，造成排放時(shí)過大的北壓也是造成閥門顫振的一個(gè)因素，可以通過降低排放管道的阻力加以解決。
3、結(jié)束語
對鍋爐安全閥的常見故障原因進(jìn)行了分析并提出了具體的解決方法，雖然目前電站鍋爐安全閥都是由主、輔閥配套組成的，并采用機(jī)械和熱工控制雙重保護(hù)，有些故障不易發(fā)生，但只有充分掌握安全閥的常見故障原因和消除方法，在故障發(fā)生時(shí)處理起來才能得心應(yīng)手，對保證設(shè)備的安全運(yùn)行有著重要的意義。
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