1、此页封面安全阀校验及使用范围目 录摘 要 .31.安全阀概述 .31.1 安全阀工作原理 .31.2 安全阀的基本性能要求 .41、必要的密封性 .42、准确的开启 .43、稳定的排放 .44、及时的回座 .45、关闭后的密封 .42. 安全阀的校验实践 .52.1 安全阀设备构造分析 .52.2 安全阀的使用范围 .63.安全阀校验的功能分析 .73.1 安全阀校验的功能 .73.2 导致安 全阀失效的因素分析 .10结论 .11参考文献 .11摘 要安全阀的可靠运行对于现代企业的安全生产起着至关重要的作用，它和压力容器和管道装置一样需要进行定期的检验和维护，目前安全阀的检验规程与长周期运行
2、的矛盾是研究的出发点。本课题以当今企业中广泛使用的弹簧直接载荷式安全阀为研究对象，采用基本原理及实践相结合的方法进行阐述，以此决定安全阀的检验维护策略。关键词：安全阀 校验 使用范围现在工业企业中常常使用一定数量的压力容器及管道，这些压力容器和管道在使用过程中由于种种原因会发生超压现象，过度的超压必然引起承压设备的破坏。为了防止由于过量超压而发生事故，很重要的一个预防措施是装设安全泄压装置，该装置是压力容器不可缺少的重要组成部分。安全阀是安全泄压装置的一种主要形式，它对于防止承压设备超压运行，保证安全生产发挥着重要作用。1.安全阀概述1.1 安全阀工作原理安全阀是为了防止压力设备和容器或易引起
3、压力升高或容器内部压力超过限度而发生爆裂的安全装置，是压力容器、锅炉、压力管道等压力系统使用广泛的一种安全装置，保证压力系统安全运行。其正常工作关系到压力容器的使用安全，它是压力容器安全装置中一种应用最为广泛的型式 1。当设备内的压力在一定的工作压力范围之内时，内部介质作用于阀瓣上面是加载机构。当设备内的压力在一定的工作压力范围之内时，内部介质作用于阀瓣上面的力小于加载机构加在阀上面的力，两者之差构成阀瓣与阀座之间的密封力，使阀瓣紧压着阀座，设备的介质无法排出。当设备内的压力超过规定的工作压力并达到安全阀的开启压力时，内部介质作用于闹瓣上面的力大于加载机构施加在它上面1机械工业沈阳教材编委会主
4、编.安全阀与爆破片.沈阳：东北工学院出版社，1989：5-17的力，于是阀瓣离开阀座，安全阀开启，设备内的介质即通过阀座排出、如果安全阀的排量大于设备的安全泄放量，设备内压力即逐渐下降，而且通过短时间的排气后，压力即降回至正常工作压力。此时内压作用于阀瓣上面的力又小于加载机构施加在它上面的力，阀瓣又紧压着阀座，介质停止排出，设备保持正常的工作压力继续运行。所以，安全阀是通过阀瓣上介质作用力与加载机构作用力的消长，自行关闭或开启以达到防止设备超压的目的。作为压力容器的保护装置，必须具有高度的可靠性，即容器超压时能够正确、及时地起跳、排汽、泄压，当容器介质压力在一定规定值范围内时，必须确保密封，以
5、符合安全生产的要求。1.2 安全阀的基本性能要求安全阀是一种用来防止受压设备中压力超过允许值的安全保护装置，可以由阀门进口的系统压力直接驱动，在这种情况下是由弹簧或重锤提供的机械载荷来克服作用在阀瓣下方的介质压力。它们还可以由一个机构来先导驱动，该机构通过释放或施加一个关闭力来使安全阀开启或关闭。可以在整个开启高度范围或在相当大的开启高度范围内比例开启，也可能仅在一个微小的开启高度范围内比例开启，然后突然开启到全开位置。因此，安全阀的结构、应用和公称通经的确定应受到规范的约束，或者应得到法定机关的同意。在不同的规范之间，其约束条款以及有关定义可能不同。在应用安全阀时，必须遵循其适用规范的基本要
6、求。1、必要的密封性当被保护设备处于正常运行压力时，安全阀应保持必要的密封性。安全阀的泄漏意味着介质和能量的持续损耗，过大的泄漏甚至会影响到设备和系统的正常工作，持续的泄漏还会造成对安全阀密封面的冲蚀，这将使泄漏加剧，以致发展到不能正常工作的地步。对于安全阀来说，使其关闭件保持良好的密封比起截止类阀门要困难得多。这是因为安全阀关闭件密封面之间相互压紧的密封力决定于阀门整定压力（即开启压力）同设备运行压力的差，是一个不大的值。因此，对于安全阀特别是金属密封面的安全阀，要达到完全无泄漏是十分困难的。但必须把泄漏率控制在标准或规范允许的范围内。2、准确的开启这是对安全阀的最基本要求，当工作介质超过正
7、常的操作压力逐渐达到整定压力时，安全阀的关闭键应能准确地在设定的整定压力下打开泄压。安全阀对压力升高的反应不灵敏会导致开启的滞后，这对于设备内为液体介质或液压系统来说是非常危险的，对于不可压缩的液体，压力升高可能大大超过设备能够承受的载荷，从而导致破裂损坏等危险情况出现。安全阀在进行整定压力试验时，对整定值的偏差应严格控制在规定的范围内。3、稳定的排放安全阀迅速开启并达到规定的开启高度（全开启）时，应稳定地保持在排放状态，并能够排放出额定的排量。安全阀稳定地排放，应有合理结构形式和良好的机械特性，没有频跳、颤振、卡阻等现象。安全阀通道的几何尺寸及其结构应符合计算得到的参数。如果通道截面积过小，
8、安全阀开启后，来不及将超压部分的介质排掉，压力容器压力继续上升，那是十分危险的；相反，通道截面积过分大于计算值，安全阀开启后，压力将急剧下降到工作压力以下，阀门将随着阀瓣对阀座的剧烈撞击而关闭。由于压力升高的根源并未消除，阀瓣会再次开启，形成频跳，结果会造成阀座与阀瓣密封面的损坏。当用于不可压缩的液体时，还会引起系统中的水锤现象。安全阀在规定的压力下可靠地达到全开启高度，并达到规定的排放能力。这一要求是重要的。对同样参数的介质，同样口径的安全阀，结构形式等不同，排放能力会有很大差别。目前，安全阀的发展趋向是提高排放能力。4、及时的回座当安全阀排放一定时间后，介质压力下降至一定值，阀瓣下落与阀座
9、密封面接触，重新达到密封状态，安全阀能及时有效地关闭（即回座） ，是性能良好的一个标志。因为安全阀发生动作，也不一定要求设备或系统停止运转和进行维修。有时，安全阀发生动作是由子系统中的误操作等偶然因素所引起的，在这种情况下，不希望安全阀回座压力降低到低于工作压力太多。安全阀出现关闭不严的情况，是由于在密封面之间流过的介质薄层不能被截断，也就没有可能在设备的工作压力下恢复密封性。回座压力过低意味着能量和介质的过多损失，并给设备与系统恢复正常运行带来困难；相反回座压力也不宜过高，当回座压力高到接近整定压力时，容易导致阀门重新开启，造成阀门频跳，不利于关闭后重新建立密封。安全阀动作以后重新建立密封，
10、比维持原有密封状态更加困难。因为安全阀在关闭过程中，工作介质压力作用在阀瓣的较大的面积上，而在开启以前只作用在受密封圈限制的较小面积上。所以，安全阀容易在动作之后降低乃至失去密封性。直接作用式安全阀的回座密封问题是较难解决的问题之一。在带有辅助操纵机构的安全阀中，这个问题是通过采用强制密封的结构来解决的。安全阀的结构应当保证能快速有效地关闭。迅速有力的回座比逐渐、缓慢的回座更有利于密封的建立。安全阀的回座性能是以整定压力值来相对衡量的，一般以启闭压差来确定。用于不同介质的安全阀，其启闭压盖值是有所区别的。当锅炉压力容器处于正常运行压力时，关闭状态的安全阀应具有良好、可靠的密封性能。因为安全阀产
11、生泄漏，损耗了工作介质（有时是很贵重或很危险的介质） 。增加了能量消耗，并使周围环境和大气受到工作介质的污染。过大的泄漏甚至会影响到设备或系统的正常工作，乃至迫使装置停止运行。持续的泄漏还会使安全阀密封面遭受侵蚀，从而导致安全阀完全失效。安全阀在排放而使系统中压力降低之后，应该适时地关闭（即回座） 。回座压力由有关规范或标准规定在适当的范围之内，因为回座力过低意味着能量和介质的过多损耗，给系统恢复正常运行带来困难。5、关闭后的密封阀门关闭后，应该能有效地阻止介质继续流出，重新达到密封状态。安全阀动作之后重新密封，比维持既有密封状态更加困难。关闭后能否建立密封与诸多因素有关。例如回座力就是影响因
12、素之一，另外介质状况也对密封建立有重要影响。通常在实际生产中，安全阀的工作状态不满足以上五个基本工作要求即认为发生失效，即常见的安全阀失效模式主要有密封失效、不能及时开启、不能稳定及时地排放、排放后不能及时关闭和关闭后的密封失效。2. 安全阀的校验实践2.1 安全阀设备构造分析作为工业装置中的超压泄放安全保护设备，弹簧直接加载式安全阀必须同时具有四个最基本的功能，即密封、开启、排放和回座。采用弹簧作为加载元件，通过适当的设计，可以满足上述全部功能要求。目前较为广泛应用的带压校验装置本身并不是安全阀操作必须的零部件，只是一种对安全阀实施检测的带压校验装置，其工作特点，是在安全阀的阀杆上安装液压提
13、升单元，并辅以各种传感器，利用液压产生的外力提举或利用外加气源的压力强制开启带压运行中的安全阀，从而造成人为暂时泄漏，其间测量外加提举力，计算开启（整定）压力（见图 1-1） 。图 1-1 安全阀在线检测装置 图 1-2 常规安全阀结构示意图图 1-1 是其中有代表性的带压校验检测装置，特点是使用外力强行提升安全阀的阀杆，使安全阀在内压和外力作用下达到开启，从而实现检测。这个检测系统中，设置了三个传感器，分别是位移传感器、力传感器、压力传感器。图 1-2 是一般的弹簧直接加载式微启式安全阀的内部结构示意。2.2 安全阀的使用范围安全阀是工业装备安全运行的保护装置之一。通常认为安全阀的设计概念出
14、现于 1600 年前后，其主要功能就是防止承压设备在运行过程中发生超压爆炸，保护生命和财产免受损失。长期以来工业界公认法国人帕宾（Pabin）在 1682年前后发明了安全阀，当时这种安全阀用来防止蒸煮器出现超压。帕宾发明的安全阀采用一根杠杆和一个可移动的重锤来实现安全阀的关闭状态，而沿着杠杆滑动重锤可以保持安全阀的密闭，并调节泄放蒸汽压力。现有资料表明，帕宾也只是上述安全阀改进产品的发明人，早在 50 多年前（大致 1600 前后） ，安全阀就已经开始应用，德国人葛劳伯（Glauber）对安全阀的改进提出了很多有价值的意见。在葛劳伯提出的概念中（1651 年） ，他描述了防止蒸馏器和蒸煮器超压
15、爆炸的方法，提出一种锥形阀门，阀座密封面被抛光以保证气密性，并且采用铅块加载，当蒸汽压力很“高”时，蒸汽将抬起阀芯并泄放部分气体，然后阀芯再次“被加载铅块压下来，并保持关闭状态” 。葛劳伯的上述思想也被后来者加以继承和发展，在葛劳伯发表上述概念之后不久，约翰.佛伦茨（John.French）在伦敦发表了一篇讨论蒸馏技术的文章，下面是他对安全阀的描述：“在（阀的）顶部用一些铅块来压紧，如果“鬼”太强壮，它就将举起阀门（逃逸） ，再将阀门放下” 。这说明在那个年代，即使蒸汽这个词也并非人所共知，那时候的书籍中，蒸汽，精灵，烟雾甚至魔鬼这些词都与现在的气体这个词对应。可见安全阀的使用是随着社会生产力
16、的不断提升而产生的，而安全阀的使用范围则主要应用于高压容器、锅炉等高压及低压容器中。安全阀作为生产装置安全运行的保护手段，其超压保护作用直到现在也还无法用其它保护装置代替，因此，工业界均将安全阀视为生产系统的最终泄压保护装置，也称为生产系统安全的最后一道防线，这些安全阀承担着保障各种生产系统承压设备安全运行的重大任务。3.安全阀校验的功能分析3.1 安全阀校验的功能首先，安全阀的总功能是“封闭压力介质，泄放超压介质，保证系统安全” ，其中所有的功能元都是为实现这个总功能服务的，功能分解到第三级实现系统要求的诸功能元。值得注意的是，上述既要求能够完全封闭，又要求完全开启（泄放超压介质） ，本身是
17、一个矛盾的功能要求，体现了产品设计的难点，因此，要达到这样的要求，需要在功能上做好协调和统一，元件设计上要有特殊的考虑。上述分解过程的推理关系可以举例表示为：封闭压力介质-实现密封-密封面紧密不漏-施加压紧力-弹簧力-弹簧（功能元） ；传递力到密封面（压紧接触）-阀瓣和阀座（功能元） ；调节压紧力（实现密封状态调节）-调节螺母（功能元） 。又如，超压排放-打开密封面-接触面分离-阀瓣和阀座（功能元） ；通过介质-阀瓣和阀座（功能元） ；上述已经分解得到的功能元重复的部分，说明其功能可以抽取出来，叠加到一起。此外，一个功能只要可以找到实体元件对应，就可视为功能的分解可以结束。最后一列对应的就是功
18、能元的载体，只要存在一个载体的实例，理论上讲，就可以找到多个达到相同功能要求的，不同功能原理的功能元载体。例如，用弹簧可以压紧密封面，这是利用弹簧储能元件的机械压紧原理，但是也可以利用磁场力来实现元件的压紧和打开，只要密封元件的磁场极性相反（相吸-密封）或相同（相斥-打开）即可实现。同样，也可以采用液压控制单元来实现密封面的启闭。这里的启闭应是在压力下自动进行的，因此，不能考虑手工启闭的任何方法，例如采用快开装置等等。目前流行的安全阀带压校验系统，即采用外加力提举或开启安全阀的检测系统，叠加了带压校验系统的功能，及其总功能为：“封闭压力介质，泄放超压介质，保证系统安全，外加力开启检测” ，现有
19、的带压校验校验系统由两个相对独立的系统，即安全阀子系统和检测子系统组成，但这两个子系统的功能相互有干扰，具体体现在安全阀的启闭功能中的排放，回座和调节子功能与在线检测功能中的夹紧提升卸载（实质就是排放和回座）三个子功能存在相互干扰现象，这就造成在实施带压校验的检测功能时，出现对密封、开启排放、回座功能的互相干扰，从而使主要功能出现波动。换言之，假定在实施带压校验技术的同时，安全阀所保护的系统出现了瞬间超压，需要安全阀启跳实现紧急泄放，这时，带压校验系统的液压单元正在提升安全阀的阀杆或卸载，因此，这个瞬间超压泄放或回座的功能要求就因受到液压单元操作的影响而无法实现，从而出现功能干涉。当然，这只是
20、为了说明问题而做出的一种假设，实际操作中是很难发生这种巧合之事的，但是，也正是这种干扰的存在，使得这种校验无法成为真正意义上的“在线检测” ，因为绝不允许检测系统长期干扰安全泄放系统的运行。实质上，这种带压校验校验是利用检测系统的“负载”效应进行检测的，而负载效应究竟有多大？对系统的正常运行造成多大的影响？这样检测得到的数据可靠性如何？等等问题，现有的带压校验校验还无法解决。此外，由于检测系统功能对安全阀系统功能造成功能干扰，因此，势必造成这种带压校验的检测系统不能长期“在线” （即长期干扰安全阀子系统）工作，只能利用系统运行过程的一个微小时段进行“干扰”检测，以便将带压检测子系统对安全阀子系
21、统的扰动减为最小，因而带压校验技术也就无法实现对系统长期运行的状态监测。可见，实现可靠的安全阀校验，从外部对安全阀装置系统施加扰动，从方法学上讲是不合理的，现有的带压校验技术之所以获得应用，原因还是其扰动的短时性。但是从其检测原理上看，尤其是从判断开启的“噪音判别”方法的人为性看，实际上短时扰动也不可能检测得到准确的结果，因此，实际应用中实施这种检测方法有点类似于逐次逼近法，生产企业在实施此技术时，需要开启数次才能得到准确的整定压力检测数据。另外，这种带压校验的检测技术，目前已经发现的主要问题就是对于某些高精密等级的安全阀，贵重的安全阀，经过这种方式开启之后，结果反而产生了泄漏，并且不能回座，导致更大的损失。迄今这种技术在剧毒、有毒介质以及
