安全阀阀座密封面失效分析及在线研磨装置设计.pdf

作者简介:黄世龙()男福建南平人助理工程师从事安全阀校验及修复技术文章编号:()安全阀阀座密封面失效分析及在线研磨装置设计黄世龙(福建省锅炉与压力容器检验研究院南平分院福建 南平)摘要 安全阀作为承压类特种设备上重要的安全元件其可靠运行决定了承压类特种设备的正常工作 本文通过分析安全阀密封面失效引起的安全阀故障并结合安全阀在线校验工作构思并设计出一款能够在线对安全阀阀座密封面进行自动研磨的装置为安全阀密封面的修复提供更加简便、快捷的方式关键词 安全阀密封面在线校验在线研磨中图分类号:文献标志码:():.:概述安全阀主要应用于锅炉、压力管道、压力容器等承压类特种设备上主要功能是当设备系统中介质压力超过安全阀标定值时通过开启处于常闭状态下的启闭件向承压设备系统外释放压力介质当设备压力下降至正常工作压力后阀门自动关闭 保证系统压力能够控制在规定范围内进而保证人身安全及设备正常运行市场上安全阀的种类较多主要的分类方式有:按传动方式进行分类、按安装形式进行分类、按介质排放方式进行分类 本文主要根据传动方式进行分类将安全阀分为:弹簧式、杠杆式以及先导式安全阀 同时在现有的锅炉与压力容器之上多采用弹簧式安全阀此类安全阀也是本文重点研究的安全阀类型 弹簧式安全阀的常见失效形式弹簧式安全阀又称为直接载荷式弹簧安全阀有相关数据统计在目前使用的安全阀中此类安全阀占到比重的 此类安全阀也是我院安全阀校验工作的主要对象 通过对直接载荷式弹簧安全阀日常校验工作以及对安全阀日常维修的统计本文大致将此类安全阀的失效形式分为以下四大类:安全阀出现阀门频跳现象安全阀达到释放压力条件后动作不灵活安全阀动作性能指标无法达到设计或使用需求安全阀使用过程中出现泄露 安全阀阀门频跳现象安全阀的频跳主要指的是安全阀在使用过程中阀瓣因各种原因出现非正常的沿开启方向快速、反复短暂开启后闭合造成阀瓣与阀座之间出现 年第 期阀 门来回碰撞的情况 运行过程中出现频跳现象直接影响到了压力设备系统的可靠运行 频跳的主要原因包括:安全阀通径选择不当、弹簧刚度过大、进出口管道阻力大、节圈位置不良等 安全阀动作不灵活安全阀达到释放压力条件后动作不灵活通俗称为安全阀“卡死”造成“卡死”的原因很多主要包括:粉尘“卡死”铁锈诱发安全阀“卡死”水垢诱发安全阀“卡死”冰冻“卡死”弹簧选择不当造成“卡死”上述原因中除了弹簧选择不当造成开启压力大于整定压力从而导致动作不灵活 其他问题均是使用过程中清理维护不当造成想要上述问题能够得到妥善解决必须定期对安全阀进行清理防止铁锈、粉尘等外部原因造成动作不灵活 安全阀动作性能指标安全阀动作性能指标无法达到设计或使用需求此类问题多发生于设计选用阶段由于现有市场上安全阀型号规格繁多复杂同时产品整定压力范围大设计难度增加进而造成所选用的安全阀动作性能无法满足要求 安全阀泄露安全阀在使用过程中出现泄露是安全阀失效形式中最常见的一类当此类失效发生时承压设备压力值持续降低继而导致设备系统运行状态发生变化 在安全阀泄露失效的原因中由于温度和安装不当造成的故障外主要泄露原因均集中在阀座与阀瓣之间形成的密封面出现损伤 此类损伤也是本设计主要研究及解决的部分 安全阀密封面损伤分析安全阀密封面出现损伤的原因多种多样包括在制造过程中的发生的结构设计不合理、制作精度不足等 同样在安全阀的正常使用过程中也会出现不同程度的磨损主要为压力介质对密封面不可避免的腐蚀和冲蚀等造成的损坏 本文主要针对使用过程中的机械磨损、介质活动时产生的冲蚀、腐蚀以及由电位差产生的电化学腐蚀进行分析 使用过程中的机械磨损安全阀在正常使用过程中由于泄压造成的阀座和阀瓣开闭阀座与阀瓣密封面在开闭过程中产生碰撞和相对位移进而产生摩擦损伤、撞击损伤等情况 同时部分安全阀由于工作压力较高安全阀开启释压后闭合在弹簧作用下密封面出现局部挤压产生压痕 此外由于安全阀工作于高温高压环境密封面之间易出现粘连现象粘连严重时将导致安全阀开启后出现密封面点蚀 介质活动时产生的冲蚀、腐蚀由于安全阀所采用的压力介质不同部分介质对安全阀密封面存在化学腐蚀作用 现有安全阀密封面采用涂层技术利用堆焊、氧乙炔焰喷焊、双层辉光离子渗金属、热喷涂、激光熔覆等方式在密封面表层形成防腐蚀涂层 但由于高温高压介质在正常释压过程中仍旧会对密封面涂层造成冲蚀损伤最终形成冲蚀、腐蚀凹坑影响密封面性能造成泄露现象 由电位差产生的电化学腐蚀此类问题多出现在阀座和阀瓣之间由于压力介质在密封面之间存在有浓度差或由于暴露在室外或排压管空腔内的安全阀密封面和阀体之间存在氧浓度差等原因都可能产生电位差造成密封面两侧出现电化学腐蚀由于安全阀阀座、阀瓣为金属结构由电位差造成的电化学腐蚀多出现在阳极侧 常见研磨方式的不足之处分析在上述各类密封面磨损情况发生后安全阀实际使用性能收到影响严重时安全阀出现压力介质大量泄露情况承压设备系统压力不足导致故障等风险因此一旦出现上述密封面损伤情况若损伤严重不具备修复的可能性则应立即更换安全阀 但在多数情况下从经济及生产需求上看安全阀密封面的损伤均可采用研磨、切削方式进行修复 现有研磨方式主要分为以下三类:手工研磨半自动机械研磨机全自动机械研磨机手工研磨对研磨装置的需求最低仅依靠研磨杵和对应目数研磨材料即可 但手工研磨耗时耗力并且研磨质量取决于研磨工人熟练程度易出现密封面研磨偏斜等情况直接导致安全阀报废 并且在电站锅炉等重要场所使用的安全阀其密封面研磨是生产过程和检修期间的重要项目手工研磨难度大、质量要求高、研磨时间长半自动机械研磨机和全自动机械研磨机原理类似半自动机械研磨机需人工控制研磨杵而全自动机械研磨机无需人工控制研磨杵 但两类研磨机都需将安全阀阀体进行分解将阀体固定在研磨台上进行研磨大大降低了研磨效率 同时由于阀体拆卸造成承压设备暂停使用不利于承压设备使用单阀 门 年第 期位生产需求经上述分析无论是采用手工或是机械研磨方式都无法在满足便捷研磨的同时保证研磨精度、质量 为解决上述问题本文拟设计出一款能够满足安全阀在线研磨并能够提供较高的研磨质量的仪器为安全阀日常使用、维修及在线校验工作提供支持 密封面在线自动研磨装置设计为实现安全阀在线自动研磨功能本设计分析了上述现有研磨装置优缺点后构思并设计出一款能够满足安全阀阀座在线研磨功能的仪器设备 具体研究设计过程如下 设计目标为解决上述研磨方式缺点本设计目标如下:研磨过程为自动研磨避免人工操作熟练度不同造成研磨效果不佳具有一定通用性能够适配多种型号规格的安全阀装置简便易携带针对无法从压力容器上拆卸的安全阀可以将该装置携带至现场进行自动研磨整体安装过程简便降低安全阀密封面研磨时间 设计思路针对上述目标及安全阀自身结构特点本研究设计总体思路如下:由于安全阀阀座上表面和密封面是平行的只要确保研磨杆件和固定模块之间呈垂直设置就能够保证研磨头均匀的在研磨面受力采用直流电机带动研磨杆通过杆件和整体装置自身重力的作用下研磨杆紧密压合在密封面上通过旋转并且更换不同型号砂纸实现自动研磨避免人工熟练度不足造成的磨损整体结构采用铝合金杆件结构强、重量轻方便携带采用整体架设的方式安装简便研磨效率高通过 电源盒供电适配市电及蓄电池对现场环境要求低研磨过程启动后完全自动化无需人员操作一人可兼顾多个设备同时进行研磨 设计图样及实物根据上述设计目标及设计思路形成设计图样及实物如图 所示 自动研磨装置研磨效果测试为保证研磨效果本设计在测试阶段采用现有研究中关于安全阀密封面研磨高效率和优质量的研磨参数具体参数如表 所示图 研磨装置设计图样及实物表 所采用的研磨工艺参数研磨压力()研磨转速()研磨时间()粗磨精磨 为测试仪器可靠性本设计按上述研磨工艺对首次校验不合格并在标定压力之前出现泄露的安全阀进行研磨研磨后重新在校验台上进行校验得到结果如表 所示表 研磨装置研磨校验效果标定压力()整定压力()是否发生泄露样品 否样品 否样品 否样品 否 同时针对样品阀座研磨前后效果如图 所示图 安全阀阀座研磨前后对比从研磨效果前后对比图及研磨后校验结果可以看出采用本文所设计的研磨装置研磨精度满足要求 并且由于本装置可进行在线研磨不需要将安全阀进行解体后搬运到研磨台上进行操作大大降低了研磨时间 结语安全阀的在线校验技术已经日趋成熟但安全阀密封面在线研磨技术中人工研磨仍处于主导地位这与企业生产效率及企业低碳环保工作的要求下转(第 页)年第 期阀 门 结语做好核级设备生产过程的质量监督工作对提高核级设备在核动力装置中安全可靠运行具有重要意义 本文分别从做好前期质量监督计划与准备工作加强影响生产过程质量要素的控制严格生产过程质量监督三方面介绍了做好核级设备质量监督的方法从事核级设备质量管理人员熟悉掌握对其开展质量监督的方法措施对于提高核级设备产品质量以及核安全性具有重要作用参 考 文 献 李晓涛.核级压力变送器设备鉴定样机的选型方法及实践.仪器仪表用户():.吴志刚张斌于钧.核级高温设备力学评定程序研究.东方电气评论():.彭建人祝捷陈黎明.核级阀门制造过程的质量检验.阀门():.吴志刚张斌于钧.核级高温设备力学评定程序研究.东方电气评论():.李生刘强.大型钠冷快堆设备鉴定特点及分析.中国核电():.柳琳琳李朋洲李琦等.核级设备鉴定计算分析与试验数据库的建立.核动力工程():.裴红伟龙威梁中起等.核级数字化仪控系统的设备鉴定技术研究与实施.自动化博览():.邱乙亩肖建.核级泵类设备不符合项管理浅述.水泵技术():.孔令杰.核级设备安全等级的划分与鉴定方法.企业技术开发():.陈文强.设备抗震鉴定要求与核级电缆桥架的抗震性能鉴定.硅谷():.郭满华赵月扬黄文有.核电站核级设备鉴定过程.电力设备():.康慧王伟.核电厂核级机械设备安全分级.电力勘测设计():.臧峰刚熊功渊李水安等.核电站核级承压设备设计分析专用程序系统研究.核动力工程():.张俊兵.核级产品测量过程控制.起重运输机械():.方愿捷费敏锐陈凯等.核电站仪控设备国产化研发进展.仪表技术():.(收稿日期:)上接(第 页)相违背 本设计中所研究的安全阀阀座在线研磨装置有效地解决人工研磨效果不一、精度不高的问题同时满足了自动化研磨省时省力的需求有助于推动安全阀在线校验、维修工作参 考 文 献张莹光.安全阀的校验与维修.设备管理与维修():.王福申.安全阀的工艺计算及选用.品牌与标准化():.张智超.弹簧载荷式安全阀泄漏原因分析与解决方法.化学工程与装备():.李程何建成.安全阀常见的失效故障及解决方式.广东化工():.张天明.锅炉安全阀特性与故障分析.技术与市场():.张雷雷周志有郭新帆等.安全阀载荷弹簧设计.阀门():.王福申.安全阀常见故障的分析与处理.品牌与标准化():.曹峰黄用科汤巍.安全阀密封面损伤的分析与修复.阀门():.赵彦文闫华张培磊.安全阀密封面涂层技术研究现状及展望.液压气动与密封():.杨波.安全阀密封面研磨方法探讨.内燃机与配件():.周长宝万广伟.电站安全阀密封面手工研磨技术研究.黑龙江科技信息():.邓俊秀.安全阀关闭件研磨修复技术研究.江南大学.(收稿日期:)阀 门 年第 期