安全閥技術問題探討

安全閥是壓力系統廣泛使用的安全裝置。當壓力系統內的介質壓力超過規定值時, 安全閥自動開啟。當介質壓力降低到一定值時, 安全閥回座并自動關閉。直接作用式安全閥基本上分彈簧式和重錘式兩種類型。目前應用最為廣泛的是彈簧式安全閥, 工作狀態時, 它通過彈簧提供密封力, 保證設備正常運行。當壓力升高時, 介質壓力克服彈簧力使閥門開啟, 系統壓力下降, 當壓力下降到一定值時, 閥門在彈簧力的作用下回座。在試車臺氫氧系統中, 由于氫氧均為低溫介質, 為了減少介質的損失更好的絕熱保冷, 采用了全啟式安全閥(其中包括先導式安全閥) , 降低開口尺寸, 減少漏熱。

安全閥設計關鍵就是彈簧設計和密封面設計。彈簧不僅影響密封, 更主要的還有閥門的靈敏性,而密封面結構形式和材料的設計將直接影響到閥門的密封。彈簧是在較高應力情況下工作的元件, 材料表面受力最大, 彈簧綜合力學性能及材料表面質量對彈簧影響較大。彈簧材料用量較多的是彈簧鋼, 其次是鎳合金、高彈性合金和不銹鋼等, 在試車臺試驗系統中由于大都涉及低溫工況, 所以彈簧材料大多選用了50CrVA、60Si2MnA、1Cr18Ni9Ti 、0Cr18Ni9 和QBe2 等。其中1Cr18Ni9Ti (材料標準號DGB09 - 1989) 高強度不銹鋼絲和50CrVA 應 用最為廣泛。安全閥工作性能與彈簧剛度選擇有關。據此即可確定彈簧的各數據, 從而得到彈簧的實際剛度λ′, λ′≤λ為合格, 兩者之間差值在實際使用中可以根據經驗確 定, 一般實際剛度比計算剛度小5 %～30 %是可用。當彈簧與安全閥不相適應時, 閥門就不可能正常地工作。因為如果彈簧過硬, 則閥門開啟時系統壓力就升得太高, 使設備不能夠安全運行。如果彈簧過軟, 則閥門的回座壓力將大大降低, 使得設備浪費大量的介質。在工業生產中, 為了得到要求的排放和回座壓力, 一般采取設計上、下調節圈的方法, 但是在氫氧試車系統中的閥門不能采取這種辦法, 因為這類介質的危險性決定其排放應在規定地點進行, 而調節圈的存在使得閥門在排放時向大氣泄漏。

安全閥關閉件的材料應具有抗侵蝕性、耐腐蝕性、抗壓性、良好的機械加工性和良好的彈性變形能力, 其中抗侵蝕性是選材時應首先考慮的, 侵蝕是介質對金屬表面的機械磨損和腐蝕共同作用的結果。在試車臺系統中材料的耐低溫性質也是一個主要應考慮的問題, 所以采用不銹鋼(0Cr18Ni9) 作為閥門的主要材料。密封副材料主要有不銹鋼(0Cr18Ni9) - 黃銅、不銹鋼( 0Cr18Ni9) - 鋁、不銹鋼( 0Cr18Ni9 ) - 聚四氟乙烯、不銹鋼(0Cr18Ni9 ) - 增強聚四氟乙烯和不銹鋼(0Cr18Ni9) - 聚酰亞胺等。閥門設計時, 提高密封面上的比壓是經常采取的方法。但是, 根據國家標準的要求, 安全閥的開啟壓力ps = (1105～111) p , 該要求使得作用在密封面上的力為一個定值, 密封面上的比壓在密封面寬度選定時, 其值也成為了一個定值, 而且通常情況下不能使密封機構保持可靠的密封。因此安全閥的密封性在很大程度上取決于閥門的結構以及制造和裝配的精度。工作狀態安全閥的泄漏除了和密封面上的比壓低有關之外, 還與密封面是否受到機械損傷、閥瓣受力的對中性、周圍介質溫度的變化引起密封面變形以及密封面受到介質中雜質的污染等因素有關。為了降低閥門的泄漏需要在結構、制造和裝配上提高要求, 尤其要注意密封面的表面質量及形位公差要求。合理選擇密封面的寬度和結構型式, 盡量使得計算比壓值與最小密封比壓相近,以保證閥門密封性能。

安全閥零部件加工后, 根據試車臺系統介質的性質,對所有零件進行清洗之后組裝, 組裝過程中應保護好各配合表面和密封面。為了達到一定的密封要求, 密封面不允許有劃傷。閥門組裝完成后需進行各類試驗。對于閥門中承受壓力的零部件應進行耐壓試驗, 試驗壓力為115 倍的公稱壓力。試驗過程應符合國家相關標準, 試驗持續時間、試驗介質等要求符合GB/ T 12241 - 2005 的規定, 試驗中不允許有泄漏、異常響聲和材料表面“冒汗”等現象。

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