安全閥技術(shù)問題探討

安全閥是壓力系統(tǒng)廣泛使用的安全裝置。當(dāng)壓力系統(tǒng)內(nèi)的介質(zhì)壓力超過規(guī)定值時, 安全閥自動開啟。當(dāng)介質(zhì)壓力降低到一定值時, 安全閥回座并自動關(guān)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(yīng)用最為廣泛的是彈簧式安全閥, 工作狀態(tài)時, 它通過彈簧提供密封力, 保證設(shè)備正常運行。當(dāng)壓力升高時, 介質(zhì)壓力克服彈簧力使閥門開啟, 系統(tǒng)壓力下降, 當(dāng)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(tǒng)中, 由于氫氧均為低溫介質(zhì), 為了減少介質(zhì)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(dǎo)式安全閥) , 降低開口尺寸, 減少漏熱。

安全閥設(shè)計關(guān)鍵就是彈簧設(shè)計和密封面設(shè)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(jié)構(gòu)形式和材料的設(shè)計將直接影響到閥門的密封。彈簧是在較高應(yīng)力情況下工作的元件, 材料表面受力最大, 彈簧綜合力學(xué)性能及材料表面質(zhì)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(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)號DGB09 - 1989) 高強(qiáng)度不銹鋼絲和50CrVA 應(yīng) 用最為廣泛。安全閥工作性能與彈簧剛度選擇有關(guān)。據(jù)此即可確定彈簧的各數(shù)據(jù), 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(jù)經(jīng)驗確 定, 一般實際剛度比計算剛度小5 %～30 %是可用。當(dāng)彈簧與安全閥不相適應(yīng)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(tǒng)壓力就升得太高, 使設(shè)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(shè)備浪費大量的介質(zhì)。在工業(yè)生產(chǎn)中, 為了得到要求的排放和回座壓力, 一般采取設(shè)計上、下調(diào)節(jié)圈的方法, 但是在氫氧試車系統(tǒng)中的閥門不能采取這種辦法, 因為這類介質(zhì)的危險性決定其排放應(yīng)在規(guī)定地點進(jìn)行, 而調(diào)節(jié)圈的存在使得閥門在排放時向大氣泄漏。

安全閥關(guān)閉件的材料應(yīng)具有抗侵蝕性、耐腐蝕性、抗壓性、良好的機(jī)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(yīng)首先考慮的, 侵蝕是介質(zhì)對金屬表面的機(jī)械磨損和腐蝕共同作用的結(jié)果。在試車臺系統(tǒng)中材料的耐低溫性質(zhì)也是一個主要應(yīng)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(qiáng)聚四氟乙烯和不銹鋼(0Cr18Ni9) - 聚酰亞胺等。閥門設(shè)計時, 提高密封面上的比壓是經(jīng)常采取的方法。但是, 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)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(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)以及制造和裝配的精度。工作狀態(tài)安全閥的泄漏除了和密封面上的比壓低有關(guān)之外, 還與密封面是否受到機(jī)械損傷、閥瓣受力的對中性、周圍介質(zhì)溫度的變化引起密封面變形以及密封面受到介質(zhì)中雜質(zhì)的污染等因素有關(guān)。為了降低閥門的泄漏需要在結(jié)構(gòu)、制造和裝配上提高要求, 尤其要注意密封面的表面質(zhì)量及形位公差要求。合理選擇密封面的寬度和結(jié)構(gòu)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(jù)試車臺系統(tǒng)介質(zhì)的性質(zhì),對所有零件進(jìn)行清洗之后組裝, 組裝過程中應(yīng)保護(hù)好各配合表面和密封面。為了達(dá)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(jìn)行各類試驗。對于閥門中承受壓力的零部件應(yīng)進(jìn)行耐壓試驗, 試驗壓力為115 倍的公稱壓力。試驗過程應(yīng)符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn), 試驗持續(xù)時間、試驗介質(zhì)等要求符合GB/ T 12241 - 2005 的規(guī)定, 試驗中不允許有泄漏、異常響聲和材料表面“冒汗”等現(xiàn)象。

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