锅炉安全阀的故障分析及处理

王丽娟

(湖南工学院机械工程系)

锅炉安全阀的故障分析及处理

王丽娟*

(湖南工学院机械工程系)

分析了安全阀在锅炉应用中出现阀门漏泄、阀体结合面渗漏、冲量安全阀动作后主安全阀不动作、冲量安全阀回座后冲量延迟回座时间过长以及安全阀的回座压力低、频跳和颤振等常见的故障原因，并针对故障原因提出了解决方法。

安全阀 锅炉 故障分析 压力容器

0 前言

安全阀是一种安全保护用阀，其作用是防止管路或装置中的介质压力超过规定数值，从而达到安全保护的目的。

锅炉安全阀属于自动阀，主要用于锅炉、压力容器和管道上，它的启闭件在外力作用下处于常闭状态，当设备或管道内的介质压力升高至超过规定值时自动开启，通过向系统外排放介质来控制管道或设备内介质压力不超过规定数值。当锅炉中介质压力超过允许压力时，安全阀自动开启，排汽降压，同时发出鸣叫声报警，以防止事故的发生；当介质压力回降到允许工作压力或略低于允许工作压力时又能自动 “回座”关闭，停止排放流体并保持密封。在锅炉正常运行中，安全阀必须能够保持密闭不漏。

安全阀按阀瓣开启高度来分，可分为微启式安全阀和全启式安全阀。微启式安全阀的开启行程高度为≤0.05d0(最小排放喉部口径)；全启式安全阀开启高度为≤0.25d0（最小排放喉部口径）。

安全阀按结构形式来分，可分为垂锤式、杠杆式、弹簧式和先导式 （脉冲式）。

安全阀按气体排放方式来分，可分为全封闭式、半封闭式和敞开式。封闭式安全阀即排除的介质不外泄，全部沿着出口排泄到指定地点，一般用于有毒和腐蚀性介质。对于空气和蒸汽用安全阀，多采用敞开式安全阀。

蒸汽锅炉安全阀，一般选用敞开全启式弹簧安全阀。在大容量锅炉上，通常采用脉冲式安全阀。

对于安全阀产品的选用，应按实际密封压力来确定。对于弹簧式安全阀，在一种公称压力 （PN）范围内，具有几种工作压力级的弹簧，订货时除注明安全阀型号、名称、介质和温度外，尚应注明阀体密封压力，否则按最大密封压力供货。

1 锅炉安全阀常见故障及产生原因

1.1 阀门密封面漏泄

阀门密封面漏泄是指在正常工作压力下，锅炉安全阀的阀瓣与阀座密封面处发生超过允许程度的渗漏。安全阀的泄漏不但会引起介质损失，还会使硬的密封材料遭到破坏。常用的安全阀其密封面都是金属材料对金属材料，尽管密封面的加工力求光洁平整，但是要做到在介质带压情况下绝对不漏还是非常困难的。因此，对于工作介质是蒸汽的安全阀，在规定压力值下，如果在出口端肉眼看不见也听不出有漏泄，就认为密封性能是合格的。

造成阀门漏泄的原因主要有以下三种情况：

（1）油垢、水垢或结晶物等脏物杂质落到密封面上，在密封面上粘住或腐蚀密封面，造成阀芯与阀座间有间隙，致使阀门密封面渗漏。

（2）密封面制造质量差。材质、加工精度及阀体各零件装配质量没有满足技术要求，热处理工艺不当，阀瓣与阀座材质不满足实际运行所需的高温、高压及防腐等要求。

（3）密封面检修质量差。在阀门检修过程中，阀芯阀座的研磨达不到质量标准要求；许多安全阀由于多年来的检修，阀芯与阀座密封面已经研磨得很薄，密封面的硬度也大大降低，从而造成密封性能下降。

1.2 阀体结合面渗漏

阀体结合面渗漏是指上下阀体间结合面处的渗漏现象，造成这种渗漏的主要原因有：

（1）结合面的螺栓预紧力不够，造成结合面密封不好。

（2）阀体结合面的齿形密封垫不符合标准。例如，齿形密封垫径向有轻微沟痕，平行度差，齿形角过大或过小等缺陷，都会造成密封失效，从而使阀体结合面渗漏。

（3）阀体结合面的平面度太差或被硬的杂质垫住造成密封失效。

1.3 冲量安全阀动作后主安全阀不动作

脉冲式安全阀的主安全阀不动作对运行中的锅炉危害是非常大的。若运行中的压力容器及压力管道其介质压力超过额定值而主安全阀不动作，就会使设备超压运行，极易造成设备损坏及重大事故。

主安全阀的动作原理：当承压容器内的压力升至冲量安全阀（也叫副阀）的调整压力时，冲量安全阀动作，介质从容器内通过管路冲向主安全阀活塞室内，在活塞室内将有一个微小的扩容降压。假如此时活塞室内的压力为P1，活塞节流面积为Shs，此时作用在活塞上的力f1为：

假如此时承压容器内的介质压力为P2，阀芯的面积为Sfx，则此时介质对阀芯向上的作用力f2为：通常安全阀的活塞直径较阀芯直径大，所以有Shs＞Sfx。 此外，P1≈P2。

假如将弹簧通过阀杆对阀芯向上的拉力设为f3，将运动部件与固定部件间的摩擦力 （主要是活塞与活塞室间的摩擦力）设为fm，则主安全阀动作的先决条件是f1＞f2+f3+fm。即只有作用在活塞上的作用力f1略大于作用在阀芯上使其向上的作用力f2、弹簧通过阀杆对阀芯向上的拉力f3及运动部件与固定部件间的摩擦力fm之和时，主安全阀才能启动。

主安全阀不动作主要与以下三方面因素有关：

（1）阀门运动部件有卡阻现象。产生原因：装配不当，脏物及杂质混入，零件腐蚀，活塞室表面光洁度差，表面损伤，表面有沟痕、硬点等缺陷，所有这些因素都可能造成运动部件与固定部件间摩擦力fm增大，在其他条件不变的情况下，f1＜f2+f3+fm，以致主安全阀不动作。

（2）主安全阀活塞室漏气量大。当阀门活塞室漏气量大时，作用在活塞上的作用力f1偏小，在其他条件不变的情况下，f1＜f2+f3+fm，所以主安全阀不动作。引起活塞室漏气量大的主要原因是阀门本身的气密性差、活塞环尺寸不符合要求或活塞环磨损过大达不到密封要求。

（3）主安全阀与冲量安全阀匹配不当，冲量安全阀的蒸汽流量太小。冲量安全阀的公称通径太小，致使流入主安全阀活塞室的蒸汽量不足，推动活塞向下运动的作用力f1不够，即f1＜f2+f3+fm，致使主安全阀阀芯不动。这种现象多发生于主安全阀和冲量安全阀两者中有一个更换时，由于考虑不周而造成匹配不当所致。

1.4 冲量安全阀回座后主安全阀延迟回座时间过长

（1）主安全阀活塞室的漏汽量大，虽然冲量安全阀回座了，但存在于管路中和活塞室中的蒸汽的压力仍很高，推动活塞向下的力仍很大，所以造成主安全阀回座迟缓。这种故障多发生于A42Y-P5413.7VDg100型安全阀上，因为这种型号的安全阀活塞室气封性良好。

消除这种故障的方法主要是开大节流阀的开度和加大节流孔径。节流阀开度的增大与节流孔径的增加都使留在脉冲管内的蒸汽迅速排放掉，从而降低活塞室内的压力，使其作用在活塞上向下的推力迅速减小，这样阀芯在集汽联箱内蒸汽介质向上的推力和主安全阀自身弹簧向上的拉力作用下迅速回座。

（2）主安全阀的运动部件与固定部件之间的摩擦力过大也会造成主安全阀回座迟缓。解决这种问题的方法就是将主安全阀运动部件与固定部件的配合间隙控制在标准范围内。1.5 安全阀的回座压力低

安全阀回座压力过低将造成大量的介质超时排放，造成不必要的能量损失。这种故障多发生在200 MW机组所使用的A49H型弹簧脉冲安全阀上，主要是由以下几个因素造成的：

（1）弹簧脉冲安全阀的蒸汽排泄量大，这种形式的冲量安全阀在开启后，介质不断排出，推动主安全阀动作。

一方面，冲量安全阀的压力因主安全阀的介质排出量不够而继续升高，造成脉冲管内的蒸汽沿汽包或集汽联箱继续流向冲量安全阀而使冲量安全阀持续动作。

另一方面，由于此种型式的冲量安全阀其介质流通是经由阀芯与导向套之间的间隙流向主安全阀活塞室的，介质冲出冲量安全阀的密封面，在其周围形成动能压力区，将阀芯抬高，使冲量安全阀持续排放。蒸汽排放量越大，阀芯部位动能压力区的压强越大，作用在阀芯上的向上推力就越大，冲量安全阀就越不容易回座。

（2）阀芯与导向套的配合间隙不适当，配合间隙偏小。在冲量安全阀启座后，此部位瞬间节流形成较高的动能压力区，将阀芯抬高，从而延迟回座时间。当容器内的压力降到较低时，动能压力区的压力减小，冲量安全阀才回座。

消除这种故障的方法是认真检查阀芯及导向套各部分尺寸，配合间隙过小时，减小阀瓣密封面直往式阀瓣阻汽帽直径或增加阀瓣与导向套之间径向间隙，以此来增加该部位的通流面积，使蒸汽流经时不至于过分节流，避免局部压力升高形成很高的动能压力区。

（3）各运动零件摩擦力大，有些部位出现卡涩。

1.6 安全阀频跳

安全阀频跳是指安全阀回座后，压力稍一升高，安全阀又将开启，反复多次出现。安全阀的机械特性要求其在整个动作过程中，在达到规定的开启高度时，不允许出现卡阻、颤振和频跳现象。发生频跳对安全阀的密封极为不利，极易造成密封面泄漏。安全阀频跳主要与安全阀回座压力过高有关。

1.7 安全阀的颤振

安全阀在排放过程中出现抖动现象，称为安全阀的颤振。颤振的发生极易造成金属疲劳，使安全阀的机械性能下降，造成严重的设备隐患。颤振的产生原因主要有：

（1）阀门的选用不当，选用的阀门排放能力太大（相对于必须排放量而言）。

（2）进口管道的口径太小，小于阀门的进口通径，或进口管阻力太大。排放管道阻力过大，造成排放时产生过大的背压，这也是造成阀门颤振的一个因素。

2 锅炉安全阀故障的预防及处理

综上所述锅炉安全阀的常见故障及产生的原因，提出针对性的预防及处理措施如下：

（1）为防止安全阀阀瓣与阀座被油垢、水垢等脏物粘住或弹簧等零部件被腐蚀，防止安全阀排放管被油垢、水垢等脏物或其他异物堵塞，要经常保持安全阀的清洁。消除油垢脏物的方法就是清除掉落到密封面上的脏物及杂质。一般在锅炉准备停炉大小修时，首先要做安全阀跑砣试验。如果在点炉后进行跑砣试验并发现安全阀漏泄，可在跑砣后先冷却20 min，然后再跑砣一次，对密封面进行冲刷。

（2）为防止由于装配不当或有关零件尺寸不合适而造成的安全阀漏泄现象，要保证阀芯顶尖孔与密封面同轴度。方法是检查阀芯周围配合间隙的大小及均匀性，保证阀芯顶尖孔与密封面同轴度，检查各部位间隙，不允许抬起阀芯；根据图纸要求适当减小密封面的宽度，实现有效密封。

（3）为防止由于密封面损伤而造成的安全阀漏泄现象，最好的方法就是将原有密封面车削下去，然后按图纸要求重新堆焊加工，以提高密封面的表面硬度。注意在加工过程中一定要保证加工质量，如密封面出现裂纹、沙眼等缺陷，一定要将其车削掉，然后重新加工。新加工的阀芯阀座一定要符合图纸要求。目前使用YST103通用钢焊条堆焊加工的阀芯密封面效果就比较好。

（4）为防止由于密封面检修质量差而造成的安全阀漏泄现象，应根据密封面的损伤程度采用研磨或车削后研磨的方法修复密封面。

（5）为防止阀体结合面渗漏，必须调整螺栓紧力，在紧螺栓时一定要按对角拧紧的方式进行，最好是边紧边测量各处间隙，将螺栓紧到紧不动为止，并使结合面各处间隙一致。

（6）在检修时把好备件质量关，采用合乎标准的齿形密封垫，以避免上下阀体间结合面处发生渗漏。

（7）对由于阀体结合面的平面度太差而引起阀体结合面渗漏的，其解决方法是将阀门解体，重新研磨结合面，直至符合质量标准。对由于杂质垫住而造成密封失效的，应在阀门组装时认真清理结合面，避免杂质落入。

（8）为防止主安全阀不动作，检修时要对活塞、胀圈及活塞室进行除锈处理，对活塞室沟痕等缺陷进行研磨，装配前要将活塞室内壁均匀地涂上铅粉，并严格按次序对阀门进行组装。

对主安全阀活塞室漏气量大而产生的主安全阀不动作，其解决方法是对活塞室内表面进行处理，更换合格的活塞及活塞环，在有节流阀的冲量安全装置系统中关小节流阀开度，增大进入主安全阀活塞室的进汽量，在条件允许的情况下也可以通过增加冲量安全阀的行程来增加进入主安全阀活塞室内的进汽量方法来推动主安全阀动作。

（9）针对主安全阀延迟回座时间过长的故障，其解决方法：一是通过开大节流阀开度和加大节流孔径加以解决。节流阀的开度开大和节流孔径的增大都使留在脉冲管内的蒸汽迅速排放掉，从而降低活塞室内的压力，使其作用在活塞上的向下的推力迅速减小，阀芯在集汽联箱内蒸汽介质向上的推力和主安全阀自身弹簧向上的拉力作用下迅速回座。二是认真检查各运动部件，严格按检修标准对各部件进行检修，将主安全阀运动部件与固定部件的配合间隙控制在标准范围内，减少主安全阀的运动部件与固定部件之间的摩擦力，消除卡涩的可能性。

（10）针对安全阀回座压力低的故障，其解决方法：一是将节流阀关小，使流出冲量安全阀的介质流量减小，以降低动能压力区的压力，从而使冲量安全阀回座。二是认真检查阀芯及导向套各部分尺寸，配合间隙过小时，减小阀瓣密封面直往式阀瓣阻汽帽直径或增加阀瓣与导向套之间径向间隙，以增加该部位的通流面积，使蒸汽流经时不至于过分节流而使局部压力升高，形成很高的动能压力区。

（11）选用额定排量尽可能接近锅炉必需排放量的安全阀，使进口管内径不小于阀门进口通径，或者减小进口管道的阻力，这些方法都有利于消除安全阀的颤振。

（12）采用开大节流阀开度的方法亦可消除安全阀频跳。节流阀开大后，通往主安全阀活塞室内的汽源减少，推动活塞向下运动的力较小，主安全阀动作的机率就较小，从而可避免主安全阀连续启动。

3 结束语

安全阀是锅炉设备中的重要附件之一，对锅炉的安全正常运行具有非常重要的作用。虽然目前电站锅炉安全阀都是由主、辅阀配套组成的，并采用机械和热工控制双重保护，有些故障不易发生，但只有充分掌握安全阀的常见故障原因和消除方法，在故障发生时处理起来才能得心应手，确保设备的安全稳定运行。

[1]顾顺符,潘秉勤.管道工程安装手册 [M].北京:中国建筑工业出版社,1990.

[2]劳动人事部.蒸汽锅炉安全技术监察规程[S].北京:劳动人事出版社,1987.

[3]劳动人事部.压力容器安全技术监察规程 [S].北京:劳动人事出版社,1990.

Failure Analysis and Treatment for Boiler Safety Valve

Wang Lijuan

This paper analyzes common failures and causes in the application，such as valve leakage,the combination area of valve leakage,the no-acting of the main safety valve after the action of the pulse safety valve,pulse delay and long return time,the low pressure,frequent fluttering and vibration after safety valve returning,and other common causes of failure,and puts forward solutions to the problems.

Safety valve;Boiler;Failure analysis；Pressure vessel

KT 223

*王丽娟，女，1963年11月生，高级实验师。衡阳市，421002。

2011-02-22)