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[摘 要]安全阀是工业蒸汽锅炉中的一个重要安全附件，具有自动保护的作用。全启式安全阀的工艺水平直接影响着工业生产的安全，当前全启式安全阀已经广泛的应用在了电力、化工、石油等各个行业中。但由于很多原因，全启式安全阀在工作时会出现失效的现象，严重影响了工业生产过程的安全，本文主要对工业锅炉中全启式安全阀的失效以及处理方法进行了分析。
[关键词]全启式安全阀；失效；处理
中图分类号：TH134 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）13-0052-01
本文首先对全启式安全阀的结构特点和工作原理进行了分析，然后对全启式安全阀工作过程中的失效现象进行了研究，提出了针对性的处理策略，以不断提高工业生产的安全水平。
1、全启式安全阀的定义
安全阀有多种分类方法，不同种类的安全阀其使用场所及条件各不相同。其中，根据安全阀阀杆的开启高度将安全阀分为全启式和微启式安全阀。全启式安全阀因其排量大，被广泛应用于承压类特种设备中。TSG G0001—2012《锅炉安全技术监察规程》对安全阀的选用作了明确规定：蒸汽锅炉的安全阀应当采用全启式弹簧安全阀[1]。TSG ZF001—2006《安全阀安全技术监察规程》B5.1 规定：全启式安全阀运用于排放气体、蒸汽或者液体介质，微启式安全阀一般运用于排放液介质。[2]全启式弹簧安全阀属于弹簧直接载荷式安全阀，GB/T 12243—2005《弹簧直接载荷式安全阀》[3]及DL/T 959—2005《电站锅炉安全阀应用导则》根据开启高度将安全阀分为全启式和微启式安全阀，具体规定为：安全阀的开启高度大于或等于流道直径 1/4 的定义为全启式安全阀；开启高度为流道直径1/40— 1/20 的定义为微启式安全阀。以上说明：1）全启式安全阀的定义是根据安全阀的开启高度判定的；2）全启式安全阀的使用场所是有明确规定的。因此，判定全启式安全阀的技术指标：阀杆的开启高度大于或等于流道直径的 1/4 的规定显得尤为重要。
2、全启式安全阀的结构和工作原理分析
2.1 结构特点
全启式弹簧安全阀具有结构简单、密封性能好、开启压力准确、排放能力大、回座压差小、调整方便等特点。全启式弹簧安全阀的阀瓣密封面设计为热弹性结构，利用其在介质压力下微小的变形和在高温下的热变形实现密封，且阀瓣与阀座之间形成的密封副保持一定的硬度差，克服了安全阀在介质压力临近整定压力时的前泄现象。阀瓣密封面采用先进的激光淬火技术，提高了阀瓣密封面的硬度、耐磨性以及抗沖蚀性。
2.2 工作原理
全启式弹簧安全阀的主要工作原理是，利用弹簧的压力进行加压，不断调节弹簧压力从而使安全阀的开启压力转变。如果系统中的介质压力高于允许范围，阀瓣就会自动开启然后排压，当介质中的压力降低到允许范围时，阀瓣就会自动关闭，这个过程可以使系统压力保持平衡，从而保证系统的正常运行。
3、全启式安全阀失效原因
石化企业生产装置蒸汽系统中应用最多的就是全启式弹簧安全阀。这种弹簧阀瓣结构式安全阀结构简单、开启变形小，且具有较好的自密封作用，因而使用广泛。全启式弹簧直接荷载安全阀在低温低压蒸汽系统中表现出了较高的可靠性，而在中高温、中高压蒸汽系统中故障率相对较高。最常见的故障就是安全阀内漏，而且蒸汽压力越高，阀瓣漏汽故障率亦越高，是导致弹簧式蒸汽安全阀失效的主要形式。全启式安全阀出现内漏主要由于蒸汽介质对阀瓣、阀瓣座、阀瓣芯、导向套、阀杆和阀杆组件的腐蚀氧化并产生结垢引起。
3.1 安全阀起跳后出现内漏的情况
尽管安全阀的主要功能是保护承压设备不超压，事实上，由于目前装置蒸汽系统的安全控制采用多重超压保护，系统超压发生安全阀起跳是发生概率极低的事件，由于起跳造成安全阀泄漏的情况仅占很小的比例。
原因有：（1）安全阀长期在线运行后，由于炉水中的盐类注剂结晶物、水中或管壁上的铁锈等固体杂质排放后滞留、垫在安全阀阀瓣和阀座的密封面上，造成内漏；（2）长时间运行后，由于阀杆、导向套、阀瓣等提升部件和静止部件之间有锈蚀或外部固体杂质等的阻碍，造成局部装配间隙过大或过小，配合不灵活，使得阀瓣在回座时偏离了起跳位置，造成安全阀内漏；（3）安全阀回座压力设定偏低，阀瓣回座时冲击力过大，造成阀瓣或阀座密封面损伤如出现裂纹、缺口等而发生泄漏。如果安全阀起跳后发生泄漏，可适度提拉阀杆提升扳手，对密封副进行冲刷，使动静配合部件尽量回到原位，消除内漏； 若如此反复多次，仍不能消漏，安全阀下次检修定压时就需仔细检查动静配合间隙和密封副的表面状况，若存在裂纹或剥蚀，就需调整上下调节圈，适度提高回座压力，降低阀瓣回座的冲击力。
3.2 安全阀长时间运行后产生泄漏
蒸汽安全阀根据使用条件不同，定压校验周期一到三年不等。蒸汽系统管网开车过程中升温升压过快、停车过程中降温降压过快时，会产生水击现象使管路剧烈震动，容易引起安全阀内漏； 或是在长周期运行过程中，压力大于正常值波动时，容易引起安全阀内漏。蒸汽安全阀阀瓣和阀座一般都选用耐热性能较好的合金钢如铬镍钢或铬镍钒钢堆焊硬质合金制造，结构尺寸较小，其腐蚀、强度和变形量的变化很小。长期使用（十年以上） 的安全阀，在高温、腐蚀或老化的共同作用下，弹簧常常出现明显锈蚀、弹簧钢丝间距不均匀的现象，使得弹簧性能变差，剪切模量降低，引起整定压力下降而泄漏。安全阀长时间运行后产生泄漏，一般需尽快检修，检查、清洗、研磨阀瓣、阀座，必要时更换老化弹簧，消除疑点，重新定压。
3.3 检修对安全阀泄漏的影响
弹簧式蒸汽安全阀阀盖多为全开式或半开式结构，受工况和环境影响较大。高温高压、腐蚀、尘垢、冲击是导致安全阀失效的主要原因。在安全阀修复的过程中，除了清洗、测量、检查、鉴定之外，最主要工作就是阀瓣和阀座密封副的研磨。密封副的研磨多是人工研磨，精度受到个人技术水平的影响很大。
4、处理对策
4.1 完全根据工作压力来确定弹簧式安全阀的整定压力并不十分全面，工作介质及其温度也对密封比压产生影响。中高温、中高压的蒸汽对密封副的密封比压的要求要高一些，安全阀的整定压力需考虑压力、温度和蒸汽本身的影响，适当提高。
4.2 按照《锅规》要求以 1.05 —1.08 倍的工作压力确定的整定压力，对阀瓣和阀座研磨精度要求高，难以达到介质密封的要求，高温、高压情况下，安全阀的泄漏难以避免。建议《锅炉安全技术监察规程》适当修正，在整定压力不超设计压力的情况下，适度提高安全阀的整定压力，减少泄漏[4]。
4.3 全启式弹簧安全阀的密封比压与弹簧弹力以及阀座密封副的面积密切相关。受到整定压力的制约，密封比压难以大幅提高。建议在较高温度、压力蒸汽系统可以选用可靠的先导式安全阀来代替全启式弹簧安全阀，以提高密封比压，减少泄漏。
4.4 建议高温高压蒸汽系统安全阀选用全开式或带散热片式结构的安全阀，尽量减少系统温度的热传导造成弹簧的温度升高，剪切弹性模量降低，从而使实际整定压力下降，发生泄漏。
4.5 建议提升弹簧安全阀阀瓣、阀座的研磨维修专业化、自动化水平，提高研磨的精度和效率。对使用超过 10 年以上的弹簧可使用性进行检验、鉴定，必要时予以更换。
5、结语
全启式安全阀工业设备的一道重要的安全防线，我们要对其结构特点和工作原理进行充分掌握，对其工作时出现的故障进行分析，并制动出有效的处理措施，才能避免出现安全问题，进而提高工业生产的安全性，确保设备可以正常运行。
参考文献
[1] 唐春华，董建国，唐秋兰，白瑞莹. 带爆破片外置全启式安全阀设计[J]. 阀门，2014，（04）：13-14.
[关键词]全启式安全阀；失效；处理
中图分类号：TH134 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）13-0052-01
本文首先对全启式安全阀的结构特点和工作原理进行了分析，然后对全启式安全阀工作过程中的失效现象进行了研究，提出了针对性的处理策略，以不断提高工业生产的安全水平。
1、全启式安全阀的定义
安全阀有多种分类方法，不同种类的安全阀其使用场所及条件各不相同。其中，根据安全阀阀杆的开启高度将安全阀分为全启式和微启式安全阀。全启式安全阀因其排量大，被广泛应用于承压类特种设备中。TSG G0001—2012《锅炉安全技术监察规程》对安全阀的选用作了明确规定：蒸汽锅炉的安全阀应当采用全启式弹簧安全阀[1]。TSG ZF001—2006《安全阀安全技术监察规程》B5.1 规定：全启式安全阀运用于排放气体、蒸汽或者液体介质，微启式安全阀一般运用于排放液介质。[2]全启式弹簧安全阀属于弹簧直接载荷式安全阀，GB/T 12243—2005《弹簧直接载荷式安全阀》[3]及DL/T 959—2005《电站锅炉安全阀应用导则》根据开启高度将安全阀分为全启式和微启式安全阀，具体规定为：安全阀的开启高度大于或等于流道直径 1/4 的定义为全启式安全阀；开启高度为流道直径1/40— 1/20 的定义为微启式安全阀。以上说明：1）全启式安全阀的定义是根据安全阀的开启高度判定的；2）全启式安全阀的使用场所是有明确规定的。因此，判定全启式安全阀的技术指标：阀杆的开启高度大于或等于流道直径的 1/4 的规定显得尤为重要。
2、全启式安全阀的结构和工作原理分析
2.1 结构特点
全启式弹簧安全阀具有结构简单、密封性能好、开启压力准确、排放能力大、回座压差小、调整方便等特点。全启式弹簧安全阀的阀瓣密封面设计为热弹性结构，利用其在介质压力下微小的变形和在高温下的热变形实现密封，且阀瓣与阀座之间形成的密封副保持一定的硬度差，克服了安全阀在介质压力临近整定压力时的前泄现象。阀瓣密封面采用先进的激光淬火技术，提高了阀瓣密封面的硬度、耐磨性以及抗沖蚀性。
2.2 工作原理
全启式弹簧安全阀的主要工作原理是，利用弹簧的压力进行加压，不断调节弹簧压力从而使安全阀的开启压力转变。如果系统中的介质压力高于允许范围，阀瓣就会自动开启然后排压，当介质中的压力降低到允许范围时，阀瓣就会自动关闭，这个过程可以使系统压力保持平衡，从而保证系统的正常运行。
3、全启式安全阀失效原因
石化企业生产装置蒸汽系统中应用最多的就是全启式弹簧安全阀。这种弹簧阀瓣结构式安全阀结构简单、开启变形小，且具有较好的自密封作用，因而使用广泛。全启式弹簧直接荷载安全阀在低温低压蒸汽系统中表现出了较高的可靠性，而在中高温、中高压蒸汽系统中故障率相对较高。最常见的故障就是安全阀内漏，而且蒸汽压力越高，阀瓣漏汽故障率亦越高，是导致弹簧式蒸汽安全阀失效的主要形式。全启式安全阀出现内漏主要由于蒸汽介质对阀瓣、阀瓣座、阀瓣芯、导向套、阀杆和阀杆组件的腐蚀氧化并产生结垢引起。
3.1 安全阀起跳后出现内漏的情况
尽管安全阀的主要功能是保护承压设备不超压，事实上，由于目前装置蒸汽系统的安全控制采用多重超压保护，系统超压发生安全阀起跳是发生概率极低的事件，由于起跳造成安全阀泄漏的情况仅占很小的比例。
原因有：（1）安全阀长期在线运行后，由于炉水中的盐类注剂结晶物、水中或管壁上的铁锈等固体杂质排放后滞留、垫在安全阀阀瓣和阀座的密封面上，造成内漏；（2）长时间运行后，由于阀杆、导向套、阀瓣等提升部件和静止部件之间有锈蚀或外部固体杂质等的阻碍，造成局部装配间隙过大或过小，配合不灵活，使得阀瓣在回座时偏离了起跳位置，造成安全阀内漏；（3）安全阀回座压力设定偏低，阀瓣回座时冲击力过大，造成阀瓣或阀座密封面损伤如出现裂纹、缺口等而发生泄漏。如果安全阀起跳后发生泄漏，可适度提拉阀杆提升扳手，对密封副进行冲刷，使动静配合部件尽量回到原位，消除内漏； 若如此反复多次，仍不能消漏，安全阀下次检修定压时就需仔细检查动静配合间隙和密封副的表面状况，若存在裂纹或剥蚀，就需调整上下调节圈，适度提高回座压力，降低阀瓣回座的冲击力。
3.2 安全阀长时间运行后产生泄漏
蒸汽安全阀根据使用条件不同，定压校验周期一到三年不等。蒸汽系统管网开车过程中升温升压过快、停车过程中降温降压过快时，会产生水击现象使管路剧烈震动，容易引起安全阀内漏； 或是在长周期运行过程中，压力大于正常值波动时，容易引起安全阀内漏。蒸汽安全阀阀瓣和阀座一般都选用耐热性能较好的合金钢如铬镍钢或铬镍钒钢堆焊硬质合金制造，结构尺寸较小，其腐蚀、强度和变形量的变化很小。长期使用（十年以上） 的安全阀，在高温、腐蚀或老化的共同作用下，弹簧常常出现明显锈蚀、弹簧钢丝间距不均匀的现象，使得弹簧性能变差，剪切模量降低，引起整定压力下降而泄漏。安全阀长时间运行后产生泄漏，一般需尽快检修，检查、清洗、研磨阀瓣、阀座，必要时更换老化弹簧，消除疑点，重新定压。
3.3 检修对安全阀泄漏的影响
弹簧式蒸汽安全阀阀盖多为全开式或半开式结构，受工况和环境影响较大。高温高压、腐蚀、尘垢、冲击是导致安全阀失效的主要原因。在安全阀修复的过程中，除了清洗、测量、检查、鉴定之外，最主要工作就是阀瓣和阀座密封副的研磨。密封副的研磨多是人工研磨，精度受到个人技术水平的影响很大。
4、处理对策
4.1 完全根据工作压力来确定弹簧式安全阀的整定压力并不十分全面，工作介质及其温度也对密封比压产生影响。中高温、中高压的蒸汽对密封副的密封比压的要求要高一些，安全阀的整定压力需考虑压力、温度和蒸汽本身的影响，适当提高。
4.2 按照《锅规》要求以 1.05 —1.08 倍的工作压力确定的整定压力，对阀瓣和阀座研磨精度要求高，难以达到介质密封的要求，高温、高压情况下，安全阀的泄漏难以避免。建议《锅炉安全技术监察规程》适当修正，在整定压力不超设计压力的情况下，适度提高安全阀的整定压力，减少泄漏[4]。
4.3 全启式弹簧安全阀的密封比压与弹簧弹力以及阀座密封副的面积密切相关。受到整定压力的制约，密封比压难以大幅提高。建议在较高温度、压力蒸汽系统可以选用可靠的先导式安全阀来代替全启式弹簧安全阀，以提高密封比压，减少泄漏。
4.4 建议高温高压蒸汽系统安全阀选用全开式或带散热片式结构的安全阀，尽量减少系统温度的热传导造成弹簧的温度升高，剪切弹性模量降低，从而使实际整定压力下降，发生泄漏。
4.5 建议提升弹簧安全阀阀瓣、阀座的研磨维修专业化、自动化水平，提高研磨的精度和效率。对使用超过 10 年以上的弹簧可使用性进行检验、鉴定，必要时予以更换。
5、结语
全启式安全阀工业设备的一道重要的安全防线，我们要对其结构特点和工作原理进行充分掌握，对其工作时出现的故障进行分析，并制动出有效的处理措施，才能避免出现安全问题，进而提高工业生产的安全性，确保设备可以正常运行。
参考文献
[1] 唐春华，董建国，唐秋兰，白瑞莹. 带爆破片外置全启式安全阀设计[J]. 阀门，2014，（04）：13-14.