蒸汽鍋爐安全閥銹蝕成因分析

  蒸汽鍋爐安全閥銹蝕成因分析

上海申弘閥門有限公司 

摘 要：蒸汽鍋爐在用安全閥銹蝕，不僅會引起密封性能不穩定，更

嚴重的是給鍋爐的運行形成極大的安全隱患。根據安全閥銹蝕技術特征，

對安全閥銹蝕原因進行深入分析，說明了安全閥日常維護和保養，對保證

其安全性能起著至關重要的作用。

關鍵詞：蒸汽鍋爐安全閥  銹蝕技術特征  成因分析

Abstract: steam boiler safety valve used in rust, not only will cause unstable sealing performance, the more important is the formation of the great hidden danger to the boiler operation. According to the safety valve corrosion characteristics, in-depth analysis of the safety valve corrosion, explains the safety valve of daily maintenance and maintenance, to ensure the safety of the performance plays a vital role in.

Keywords: analysis of steam boiler safety valve corrosion technology features and causes

0 前言

2012年年初，某木材加工廠一臺LSH0.5-0.4-AII型蒸汽鍋爐發生爆炸。該鍋爐于2011年4月投入使用，2012年1月3日發生爆炸，鍋爐的使用期限僅8個月左右。事故發生后， 事故調查組對事故鍋爐進行解體取樣檢測，對給水水質進行取樣檢測，對安全閥進行開啟壓力檢測和解體檢測。 經對鍋爐進行全面技術鑒定，認定事故發生的直接原因是鍋爐安全閥閥瓣銹死，失去正常保護作用，導致鍋爐超壓運行，鍋爐結構遭到破壞發生爆炸。 

1 安全閥基本結構與工作原理 

本案涉及的全啟式彈簧安全閥，由閥體、閥座、閥瓣、反沖盤、導向套、彈簧及座、調整及固定螺母、調整螺桿、扳把、閥軸、防護罩等，共19個零部件組成。 彈簧式安全閥正常情況及工作狀態下，彈簧力通過反沖盤將閥瓣壓向閥座，使密封面貼合對介質（蒸汽）密封；當介質壓力升高到開啟壓力（即整定壓力值），彈簧受力壓縮，閥瓣離開閥座，介質從安全閥中排出，系統壓力降低；當介質壓力下降到規定值（即回座壓力）以下時，彈簧力又將閥瓣推向閥座，密封面重新貼合，回到正常的密封狀態。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。其安全性能：主要體現在鍋爐正常運行時通過閥瓣與閥座開合間隙的自動啟閉，完成蒸汽介質自動泄放、壓力有效調節來實現對鍋爐安全保護。  

2  安全閥閥瓣與閥座、導向套粘住、卡澀的技術特征與成因：

從全啟式彈簧安全閥結構上分析：閥瓣和閥座密封面的貼合力，來源于上部彈簧 的頂壓力，正是這種彈簧壓力（稱為整定力），使得和閥瓣下部的蒸汽壓力相對定壓平衡或不平衡，當蒸汽壓力大于彈簧壓力時，閥瓣受力向上運動安全閥開啟，蒸汽從安全閥內排出；當蒸汽壓力小于上部的整定壓力時，閥瓣受力向下運動與閥座貼合，形成對下部蒸汽的密封，保證鍋爐在額定工作壓力下正常工作。

蒸汽鍋爐在高溫工作狀態下，安全閥閥瓣與閥座緊密貼合，形成對蒸汽的密封，這是保證安全閥密封性能結構性的技術要求。而正是這種緊密貼合力，使密封界面（簡稱：“密封面"）的結合部位金屬材料的分子形成劇烈的熱運動，在外界壓力下其密封面分子的間距變小。現代微觀物理學和科學技術表面：物質分子之間引力的大小與物質的質量成正比，與距離的平方成反比。該平方反比率，適用于物體之間萬有引力現象的解釋，適用于微觀分子運動作用力的解釋，適用于宏觀工件配合應力現象的解釋。譬如兩個金屬工件通過加熱進行鍛打可以結合在一起的實例那樣。現代物理學還表明：世界上沒有真正剛體，任何物體在外力作用下，都必會引起物體的相對變形，其變形量分為微觀級別和宏觀級別。宏觀級別的變形量可以用量具或儀器測量進行數據顯示，而微觀級別的變形量用宏觀檢測的手段難以實現，只有用高精尖的1×10 -8  cm分子尺度測量儀器進行測量。物體的變形說明物質是由分子構成的，在外力的作用下通過形狀的改變，來實現物體內部的應力平衡。正是這種應力的平衡作用，安全閥閥瓣和閥座密封界面金屬分子之間作用力發生了重大變化，其引力作用逐漸加大，即金屬分子之間的相互作用力（即所謂的分子粘合力），這種情況的粘合力與密封面承受的壓強、溫度和貼合時間有正比例關系。

安全閥閥瓣與閥座粘合力的形成，還有另外一個條件因素，也就是安全閥排出介質的純凈度問題。在安全閥排出的水蒸氣純凈度不高的情況下，特別是鍋爐的給水硬度值較大、鍋爐排污不及時，形成鍋水鈣、鎂、鋇等礦物質金屬離子的濃度較高，必然形成排出蒸汽中含有雜質，其雜質附著殘留在密封面上。當閥瓣閉合后，受高溫的影響水分揮發，其雜質必然失水濃縮而被結晶（俗稱“水銹"或“水垢"），在密封界面之間形成硬垢膜，硬垢膜薄而均勻時不影響安全閥的密封性能，硬垢膜厚度不均勻時會形成安全閥密封性能不良，形成漏氣現象。鍋爐運行過程中發現安全閥漏氣時，有經驗的司爐工通常用手動排氣的方法，重復幾次，多數情況下安全閥可以恢復其密封性能。其原因是;手動排氣通過外力控制安全閥閥瓣達到高的提升高度，手動力消失后彈簧的壓縮力被釋放，傳遞給閥瓣迅速回座，擊碎了硬垢膜高出的部分，增加了硬垢膜的均勻度，被擊碎分解的水銹雜質隨蒸汽排出安全閥。可以這樣定論：對于蒸汽品質純凈度較高的在用安全閥，其閥瓣和閥座的粘連大多是金屬分子熱運動近距離引力效應引起的，對于蒸汽品質純凈度不高的在用安全閥，閥瓣和閥座（包括導向套的卡澀）的粘連大多是水垢雜質硬垢膜粘合力引起的。  

由此可知：安全閥的銹蝕卡澀形成原因，不應簡單理解為金屬氧化銹蝕，其密封界面的“分子熱壓引力效應粘合力"和“水垢雜質硬膜粘合力"是決定性的因素。

3 保證在用安全閥安全性能的相關規定 

在鍋爐安裝時，使用單位必須委托有安裝資格的單位進行安裝，安裝前必須向當地的特種設備安全監察機構進行告知[1]，并提請當地的監督檢驗機構進行安裝質量的監督檢驗。鍋爐配套安全閥在安裝前必須經有資質的單位對安全閥進行校驗（根據工作壓力進行開啟壓力的整定、回座壓力的靈敏度和密封性能檢驗），安全閥的校驗單位，在進行安全閥校驗前，首先檢查安全閥的合格證、銘牌、實物與特種設備規范要求的符合性，根據鍋爐的使用壓力對安全閥進行啟閉壓差靈敏度的校驗，密封性能的校驗，進行開啟壓力整定，對實物進行鉛封，合格后出具校驗報告，方可進行安全閥的安裝[2]。

對安全閥的使用和日常檢修規定：“鍋爐運行中，安全閥需要定期進行手動排放試驗，鍋爐停止使用后又重新啟用時，安全閥也需要手動排氣試驗"。鍋爐運行安全閥定期排放試驗周期，工業蒸汽鍋爐一般10-15天，電站鍋爐排放試驗的間隔不大于一個小修間隔，其目的就是防止閥瓣與閥座銹死粘連、導向套與反沖盤卡澀現象產生[2].[3] [4]。

上述種種現象告訴我們：根據鍋爐工作壓力進行安全閥開啟壓力整定，有利于鍋爐在熱負荷適應狀態下的司爐調整和低負荷時壓力上升安全閥開啟自動保護。如果安全閥的整定開啟壓力整定過高，鍋爐長時間高負荷工作，其系統壓力一直達不到安全閥的開啟壓力，如果不定期對安全閥進行手動排放試驗，勢必形成所謂的銹蝕粘連安全閥失效，一旦鍋爐熱負荷降低，鍋爐就會超壓運行，極易引發難以想象的事故。

特種設備事故統計分析表明，近年來小型鍋爐、快開門式壓力容器、洗染行業用烘缸（筒）已成為易發事故特種設備。為了加強此類特種設備的使用安全，近期各地已經加強安全監察，開展專項檢查。……小型鍋爐（重點是立式鍋爐），檢查鍋爐是否辦理使用登記；是否在定期檢驗有效期內；是否存在私自安裝改造維修；安全附件、安全保護裝置和壓力表等裝置是否定期校驗和檢修，水位計是否定期沖洗、安全閥是否定期進行手動排放試驗、……；操作人員是否持有效特種設備作業人員證，是否會對超壓、缺水等緊急情況進行處置[5]。 

4 結束語

蒸汽鍋爐是一種特種設備，安全閥是鍋爐系統的重要組成部分，國家為了保證特種設備的安全，頒布實施了一系列的法律法規和技術規范，明確了特種設備生產 （含設計、制造、安裝、改造、維修）、使用、檢驗檢測及其監督檢查等各個重大實施環節的主體對象和相應的法律責任，規范了特種設備的各主體責任單位的行為準則，按其執行可以有效杜絕安全隱患、防止事故發生、對保證設備安全具有重大意義。 

參考文獻：

[1]  國務院第549號令《特種設備安全監察條例》第十七條）

[2]  勞部發【1996】276號《蒸汽鍋爐安全技術監察規程》第145、146、147條

[3]  TSG ZF001-2006《安全閥安全技術監察規程》第B5.2.(4)條 

[4]  TSG G0001-2012《鍋爐安全技術監察規程》第6.1.16（1）條

[5] （質檢辦特〔2013〕338號）《關于加強小型鍋爐、快開門式壓力容器和烘缸（筒）安全監察工作的通知》 與本文相關的論文有：益海嘉里糧油加工中減壓閥應用案例