蒸汽锅炉安全阀锈蚀成因分析

  蒸汽锅炉安全阀锈蚀成因分析

上海申弘阀门有限公司 

摘 要：蒸汽锅炉在用安全阀锈蚀，不仅会引起密封性能不稳定，更

严重的是给锅炉的运行形成极大的安全隐患。根据安全阀锈蚀技术特征，

对安全阀锈蚀原因进行深入分析，说明了安全阀日常维护和保养，对保证

其安全性能起着至关重要的作用。

关键词：蒸汽锅炉安全阀  锈蚀技术特征  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，某木材加工厂一台LSH0.5-0.4-AII型蒸汽锅炉发生爆炸。该锅炉于2011年4月投入使用，2012年1月3日发生爆炸，锅炉的使用期限仅8个月左右。事故发生后， 事故调查组对事故锅炉进行解体取样检测，对给水水质进行取样检测，对安全阀进行开启压力检测和解体检测。 经对锅炉进行全面技术鉴定，认定事故发生的直接原因是锅炉安全阀阀瓣锈死，失去正常保护作用，导致锅炉超压运行，锅炉结构遭到破坏发生爆炸。 

1 安全阀基本结构与工作原理 

本案涉及的全启式弹簧安全阀，由阀体、阀座、阀瓣、反冲盘、导向套、弹簧及座、调整及固定螺母、调整螺杆、扳把、阀轴、防护罩等，共19个零部件组成。 弹簧式安全阀正常情况及工作状态下，弹簧力通过反冲盘将阀瓣压向阀座，使密封面贴合对介质（蒸汽）密封；当介质压力升高到开启压力（即整定压力值），弹簧受力压缩，阀瓣离开阀座，介质从安全阀中排出，系统压力降低；当介质压力下降到规定值（即回座压力）以下时，弹簧力又将阀瓣推向阀座，密封面重新贴合，回到正常的密封状态。上海申弘阀门有限公司主营阀门有：减压阀(气体减压阀,可调式减压阀,波纹管减压阀,活塞式减压阀,蒸汽减压阀,先导式减压阀,空气减压阀,氮气减压阀,水用减压阀,自力式减压阀,比例减压阀)、安全阀、保温阀、低温阀、球阀、截止阀、闸阀、止回阀、蝶阀、过滤器、放料阀、隔膜阀、旋塞阀、柱塞阀、平衡阀、调节阀、疏水阀、管夹阀、排污阀、排气阀、排泥阀、气动阀门、电动阀门、高压阀门、中压阀门、低压阀门、水力控制阀、真空阀门、衬胶阀门、衬氟阀门。其安全性能：主要体现在锅炉正常运行时通过阀瓣与阀座开合间隙的自动启闭，完成蒸汽介质自动泄放、压力有效调节来实现对锅炉安全保护。  

2  安全阀阀瓣与阀座、导向套粘住、卡涩的技术特征与成因：

从全启式弹簧安全阀结构上分析：阀瓣和阀座密封面的贴合力，来源于上部弹簧 的顶压力，正是这种弹簧压力（称为整定力），使得和阀瓣下部的蒸汽压力相对定压平衡或不平衡，当蒸汽压力大于弹簧压力时，阀瓣受力向上运动安全阀开启，蒸汽从安全阀内排出；当蒸汽压力小于上部的整定压力时，阀瓣受力向下运动与阀座贴合，形成对下部蒸汽的密封，保证锅炉在额定工作压力下正常工作。

蒸汽锅炉在高温工作状态下，安全阀阀瓣与阀座紧密贴合，形成对蒸汽的密封，这是保证安全阀密封性能结构性的技术要求。而正是这种紧密贴合力，使密封界面（简称：“密封面"）的结合部位金属材料的分子形成剧烈的热运动，在外界压力下其密封面分子的间距变小。现代微观物理学和科学技术表面：物质分子之间引力的大小与物质的质量成正比，与距离的平方成反比。该平方反比率，适用于物体之间万有引力现象的解释，适用于微观分子运动作用力的解释，适用于宏观工件配合应力现象的解释。譬如两个金属工件通过加热进行锻打可以结合在一起的实例那样。现代物理学还表明：世界上没有真正刚体，任何物体在外力作用下，都必会引起物体的相对变形，其变形量分为微观级别和宏观级别。宏观级别的变形量可以用量具或仪器测量进行数据显示，而微观级别的变形量用宏观检测的手段难以实现，只有用高精尖的1×10 -8  cm分子尺度测量仪器进行测量。物体的变形说明物质是由分子构成的，在外力的作用下通过形状的改变，来实现物体内部的应力平衡。正是这种应力的平衡作用，安全阀阀瓣和阀座密封界面金属分子之间作用力发生了重大变化，其引力作用逐渐加大，即金属分子之间的相互作用力（即所谓的分子粘合力），这种情况的粘合力与密封面承受的压强、温度和贴合时间有正比例关系。

安全阀阀瓣与阀座粘合力的形成，还有另外一个条件因素，也就是安全阀排出介质的纯净度问题。在安全阀排出的水蒸气纯净度不高的情况下，特别是锅炉的给水硬度值较大、锅炉排污不及时，形成锅水钙、镁、钡等矿物质金属离子的浓度较高，必然形成排出蒸汽中含有杂质，其杂质附着残留在密封面上。当阀瓣闭合后，受高温的影响水分挥发，其杂质必然失水浓缩而被结晶（俗称“水锈"或“水垢"），在密封界面之间形成硬垢膜，硬垢膜薄而均匀时不影响安全阀的密封性能，硬垢膜厚度不均匀时会形成安全阀密封性能不良，形成漏气现象。锅炉运行过程中发现安全阀漏气时，有经验的司炉工通常用手动排气的方法，重复几次，多数情况下安全阀可以恢复其密封性能。其原因是;手动排气通过外力控制安全阀阀瓣达到高的提升高度，手动力消失后弹簧的压缩力被释放，传递给阀瓣迅速回座，击碎了硬垢膜高出的部分，增加了硬垢膜的均匀度，被击碎分解的水锈杂质随蒸汽排出安全阀。可以这样定论：对于蒸汽品质纯净度较高的在用安全阀，其阀瓣和阀座的粘连大多是金属分子热运动近距离引力效应引起的，对于蒸汽品质纯净度不高的在用安全阀，阀瓣和阀座（包括导向套的卡涩）的粘连大多是水垢杂质硬垢膜粘合力引起的。  

由此可知：安全阀的锈蚀卡涩形成原因，不应简单理解为金属氧化锈蚀，其密封界面的“分子热压引力效应粘合力"和“水垢杂质硬膜粘合力"是决定性的因素。

3 保证在用安全阀安全性能的相关规定 

在锅炉安装时，使用单位必须委托有安装资格的单位进行安装，安装前必须向当地的特种设备安全监察机构进行告知[1]，并提请当地的监督检验机构进行安装质量的监督检验。锅炉配套安全阀在安装前必须经有资质的单位对安全阀进行校验（根据工作压力进行开启压力的整定、回座压力的灵敏度和密封性能检验），安全阀的校验单位，在进行安全阀校验前，首先检查安全阀的合格证、铭牌、实物与特种设备规范要求的符合性，根据锅炉的使用压力对安全阀进行启闭压差灵敏度的校验，密封性能的校验，进行开启压力整定，对实物进行铅封，合格后出具校验报告，方可进行安全阀的安装[2]。

对安全阀的使用和日常检修规定：“锅炉运行中，安全阀需要定期进行手动排放试验，锅炉停止使用后又重新启用时，安全阀也需要手动排气试验"。锅炉运行安全阀定期排放试验周期，工业蒸汽锅炉一般10-15天，电站锅炉排放试验的间隔不大于一个小修间隔，其目的就是防止阀瓣与阀座锈死粘连、导向套与反冲盘卡涩现象产生[2].[3] [4]。

上述种种现象告诉我们：根据锅炉工作压力进行安全阀开启压力整定，有利于锅炉在热负荷适应状态下的司炉调整和低负荷时压力上升安全阀开启自动保护。如果安全阀的整定开启压力整定过高，锅炉长时间高负荷工作，其系统压力一直达不到安全阀的开启压力，如果不定期对安全阀进行手动排放试验，势必形成所谓的锈蚀粘连安全阀失效，一旦锅炉热负荷降低，锅炉就会超压运行，极易引发难以想象的事故。

特种设备事故统计分析表明，近年来小型锅炉、快开门式压力容器、洗染行业用烘缸（筒）已成为易发事故特种设备。为了加强此类特种设备的使用安全，近期各地已经加强安全监察，开展专项检查。……小型锅炉（重点是立式锅炉），检查锅炉是否办理使用登记；是否在定期检验有效期内；是否存在私自安装改造维修；安全附件、安全保护装置和压力表等装置是否定期校验和检修，水位计是否定期冲洗、安全阀是否定期进行手动排放试验、……；操作人员是否持有效特种设备作业人员证，是否会对超压、缺水等紧急情况进行处置[5]。 

4 结束语

蒸汽锅炉是一种特种设备，安全阀是锅炉系统的重要组成部分，国家为了保证特种设备的安全，颁布实施了一系列的法律法规和技术规范，明确了特种设备生产 （含设计、制造、安装、改造、维修）、使用、检验检测及其监督检查等各个重大实施环节的主体对象和相应的法律责任，规范了特种设备的各主体责任单位的行为准则，按其执行可以有效杜绝安全隐患、防止事故发生、对保证设备安全具有重大意义。 

参考文献：

[1]  国务院第549号令《特种设备安全监察条例》第十七条）

[2]  劳部发【1996】276号《蒸汽锅炉安全技术监察规程》第145、146、147条

[3]  TSG ZF001-2006《安全阀安全技术监察规程》第B5.2.(4)条 

[4]  TSG G0001-2012《锅炉安全技术监察规程》第6.1.16（1）条

[5] （质检办特〔2013〕338号）《关于加强小型锅炉、快开门式压力容器和烘缸（筒）安全监察工作的通知》 与本文相关的论文有：益海嘉里粮油加工中减压阀应用案例