鍋爐安全閥閥門常見故障分析

簡介： 分析了鍋爐安全閥閥門漏泄、閥體結合面滲漏、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。
        前言
1、安全閥是一種非常重要的保護用閥門，廣泛地用在各種壓力容器和管道系統上，當受壓系統中的壓力超過規定值時，它能自動打開，把過剩的介質排放到大氣中去，以保證壓力容器和管道系統安全運行，防止事故的發生，而當系統內壓力回降到工作壓力或略低于工作壓力時又能自動關閉。安全閥工作的可靠與否直接關系到設備及人身的安全，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
        在設備正常工作壓力下，閥瓣與閥座密封面處發生超過允許程度的滲漏，安全閥的泄漏不但會引起介質損失。另外，介質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，但是要在介質帶壓情況下做到不漏也是非常困難的。因此，對于工作介質是蒸汽的安全閥，在規定壓力值下，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，一般在鍋爐準備停爐大小修時，首先做安全門跑砣試驗，如果發現漏泄停爐后都進行解體檢修，如果是點爐后進行跑砣試驗時發現安全門漏泄，估計是這種情況造成的，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：
        一是密封面材質不良。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，消除這種現象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量，如密封面出現裂紋、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。
        二是檢修質量差，閥芯閥座研磨的達不到質量標準要求，消除這種故障的方法是根據損傷程度采用研磨或車削后研磨的方法修復密封面。
造成安全閥漏泄的另一個原因是由于裝配不當或有關零件尺寸不合適。在裝配過程中閥芯閥座未*對正或結合面有透光現象，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*孔與密封面同正度，檢查各部間隙不允許抬起閥芯；根據圖紙要求適當減小密封面的寬度實現有效密封。
2.2、閥體結合面滲漏
        指上下閥體間結合面處的滲漏現象，造成這種漏泄的主要原因有以下幾個方面：一是結合面的螺栓緊力不夠或緊偏，造成結合面密封不好。消除方法是調整螺栓緊力，在緊螺栓時一定要按對角把緊的方式進行，是邊緊邊測量各處間隙，將螺栓緊到緊不動為止，并使結合面各處間隙一致。二是閥體結合面的齒形密封墊不符合標準。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。從而使閥體結合面滲漏。在檢修時把好備件質量關，采用合乎標準的齒形密封墊就可以避免這種現象的發生。三是閥體結合面的平面度太差或被硬的雜質墊住造成密封失效。對由于閥體結合面的平面度太差而引起閥體結合面滲漏的，消除的方法是將閥門解體重新研磨結合面直至符合質量標準。由于雜質墊住而造成密封失效的，在閥門組裝時認真清理結合面避免雜質落入。
2.3、沖量安全閥動作后主安全閥不動作
        這種現象通常被稱為主安全門的拒動。主安全門拒動對運行中的鍋爐來說危害是非常大的，是重大的設備隱患，嚴重影響設備的安全運行，一旦運行中的壓力容器及管路中的介質壓力超過額定值時，主安全門不動作，使設備超壓運行極易造成設備損壞及重大事故。
        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，當承壓容器內的壓力升至沖量安全閥的整壓力時，沖量安全閥動作，介質從容器內通過管路沖向主安全閥活塞室內，在活塞室內將有一個微小的擴容降壓，假如此時活塞室內的壓強為P1，活塞節流面積為Shs，此時作用在活塞上的f1為：
        f1=P1×Shs……………………1
        假如此時承壓容器內的介質的壓強為P2，閥芯的面積為Sfx，則此時介質對閥芯一個向上的作用力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＞SfxP1≈P2
        假如將彈簧通過閥桿對閥芯向上的拉力設為f3及將運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，即：f1＞f2+f3+fm時主安全門才能啟動。
        通過實踐，主安全門拒動主要與以下三方面因素有關：
        一是閥門運動部件有卡阻現象。這可能是由于裝配不當，臟物及雜質混入或零件腐蝕；活塞室表面光潔度差，表面損傷，有溝痕硬點等缺陷造成的。這樣就使運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時，發生了主安全門拒動。檢修時解體檢查發現，活塞室內有大量的銹垢及雜質，活塞在活塞室內無法運動，從而造成了主安全門拒動。檢修時對活塞，脹圈及活塞室進行了除銹處理，對活塞室溝痕等缺陷進行了研磨，裝配前將活塞室內壁均勻地涂上鉛粉，并嚴格按次序對閥門進行組裝。在鍋爐水壓試驗時，對脈沖管進行沖洗，然后將主安全門與沖量安全閥連接，大修后點爐時再次進行安全閥跑砣試驗一切正常。
        二是主安全門活塞室漏氣量大。當閥門活塞室漏氣量大時，式（1中的f1一項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不符合尺寸要求或活塞環磨損過大達不到密封要求有關系。
        例如，3～9號爐主安全閥對活塞環的質量要求是活塞環的棱角應圓滑，自由狀態開口間隙不大于14，組裝后開口間隙△=1～1.25，活塞與活塞室間隙B=0.12～0.18，活塞環與活塞室間隙為S=0.08～0.12，活塞環與活塞室接觸良好，透光應不大于周長的1／6。對活塞室內要求是，活塞室內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，應光潔無擦傷，但解體檢修時檢查發現每臺爐主安全門的活塞環、活塞及活塞室都不符合檢修規程要求，目前一般活塞環與活塞室的間隙都在S≥0.20，且活塞室表面的缺陷更為嚴重，嚴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：對活塞室內表面進行處理，更換合格的活塞及活塞環，在有節流閥的沖量安全裝置系統中關小節流閥開度，增大進入主安全門活塞室的進汽量，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入主安全門活塞室內的進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，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。這種現象多發生于主安全閥式沖量安全閥有一個更換時，由于考慮不周而造成的。
        例如2002年5號爐大修時，將兩臺重錘式沖量安全閥換成兩臺哈爾濱閥門廠生產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，進行跑砣試驗時造成主安全閥拒動。后來我們將沖量安全閥解體，將其導向套與閥芯配合部分的間隙擴大，以增加其通流面積，再次跑砣試驗一次成功。所以說沖量安全閥與主安全閥匹配不當，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間過長
        發生這種故障的主要原因有以下兩個方面：
        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，這種故障多發生于A42Y-P5413.7VDg100型安全閥上，因為這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流閥的開度和加大節流孔徑加以解決，節流閥的開度開大與節流孔徑的增加都使留在脈沖管內的蒸汽迅速排放掉，從而降低了活塞內的壓力，使其作用在活塞上向下運動的推力迅速減小，閥芯在集汽聯箱內蒸汽介質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動部件與固定部件的配合間隙控制臺標準范圍內。
2.5、安全閥的回座壓力低
安全閥回座壓力低對鍋爐的經濟運行有很大危害，回座壓力過低將造成大量的介質超時排放，造成不必要的能量損失。這種故障多發生在200MW機組所使用的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排出量不夠而繼續升高，所以脈沖管內的蒸汽沿汽包或集氣聯箱繼續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流通是經由閥芯與導向套之間的間隙流向主安全閥活塞室的，介質沖出沖量安全閥的密封面，在其周圍形成動能壓力區，將閥芯抬高，于是達到沖量安全閥繼續排放，蒸汽排放量越大，閥芯部位動能壓力區的壓強越大，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，此時消除這種故障的方法就是將節流閥關小，使流出沖量安全閥的介質流量減少，降低動能壓力區內的壓力，從而使沖量安全閥回座。
造成回座壓力低的第二因素是：閥芯與導向套的配合間隙不適當，配合間隙偏小，在沖量安全閥啟座后，在此部位瞬間節流形成較高的動能壓力區，將閥芯抬高，延遲回座時間，當容器內降到較低時，動能壓力區的壓力減小，沖量閥回座。
        消除這種故障的方法是認真檢查閥芯及導向套各部分尺寸，配合間隙過小時，減小閥瓣密封面直往式閥瓣阻汽帽直徑或增加閥瓣與導向套之間徑向間隙，來增加該部位的通流面積，使蒸汽流經時不至于過分節流，而使局部壓力升高形成很高的動能壓力區。
造成回座壓力低的另一個原因就是各運動零件磨擦力大，有些部位有卡澀，解決方法就是認真檢查各運動部件，嚴格按檢修標準對各部件進行檢修，將各部件的配合間隙調整至標準范圍內，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，反復幾次出現，這種現象稱為安全閥的“頻跳”。安全閥機械特性要求安全閥在整動作過程中達到規定的開啟高度時，不允許出現卡阻、震顫和頻跳現象。發生頻跳現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高有關，回座壓力較高時，容器內過剩的介質排放量較少，安全閥已經回座了，當運行人員調整不當，容器內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流閥的開度的方法予以消除。節流閥開大后，通往主安全閥活塞室內的汽源減少，推動活塞向下運動的力較小，主安全閥動作的機率較小，從而避免了主安全閥連續啟動。
2.7、安全閥的顫振
        安全閥在排放過程中出現的抖動現象，稱其為安全閥的顫振，顫振現象的發生極易造成金屬的疲勞，使安全閥的機械性能下降，造成嚴重的設備隱患，發生顫振的原因主要有以下幾個方面：
        一方面是閥門的使用不當，選用閥門的排放能力太大（相對于必須排放量而言），消除的方法是應當使選用閥門的額定排量盡可能接近設備的必需排放量。
        另一方面是由于進口管道的口徑太小，小于閥門的進口通徑，或進口管阻力太大，消除的方法是在閥門安裝時，使進口管內徑不小于閥門進口通徑或者減少進口管道的阻力。排放管道阻力過大，造成排放時過大的北壓也是造成閥門顫振的一個因素，可以通過降低排放管道的阻力加以解決。
3、結束語 對鍋爐安全閥的常見故障原因進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，并采用機械和熱工控制雙重保護，有些故障不易發生，但只有充分掌握安全閥的常見故障原因和消除方法，在故障發生時處理起來才能得心應手，對保證設備的安全運行有著重要的意義。