先导式安全阀失效分析与解决方案

先导式安全阀失效分析与解决方案

李金辉 ,杨旭（通讯作者）  ,陈志超 ,马国庆,孔希川

宁夏弘茂特种设备检验检测有限公司  宁夏回族自治区 银川市  750003

摘要：先导式安全阀是-种非直接载荷式安全阀。由主阀和导阀(又称"副阀")组成，主阀依靠从导阀排出的介质来驱动，由于系统内的压力呈脉冲形式，所以又被称为"脉冲式安全阀"。从单独来看，导阀本身也是一种直接载荷式安全阀。当介质匝力达到导阀的开启压力时，导阀先行开启，排出的介质从旁通管进入主阀。

关键词：先导式安全阀，导阀，主阀，失效

引言：

先导式安全阀适用于高压、大口径的场合。先导式安全阀具有良好的密封性能，同时，它的动作很少受背压的影响。这种安全阀的缺点在于它的可靠性同主阀和导阀有关，动作不如直接作用式安全阀那样迅速、可靠，而且结构较复杂。

1.先导式安全阀工作原理

当被保护系统处于正常运行状况时。导阀阀腔内的滑阀处于开启状态，系统压力从主阀进口通过下导管、导阀阀腔和上导管传入主阀阀瓣(活塞)上方气室，此时上方气室气体压力等同于主阀进口的系统压力。导阀密封面处于密封状态，确保主阀上方气室的气体无法从导阀泄放口排出。由于活塞面积大于阀瓣密封面面积，系统压力对主阀瓣产生一个向下的合力，使主阀处于关闭、密封状态。

当系统压力升高达到整定压力时，气体在导阀密封面处向上顶起导阀的阀芯，使密封面处于开启状态，同时导阀阀腔内的滑阀向上移动，封闭导阀阀腔的过气通道。主阀阀瓣上方气室的介质经由打开的导阀密封面排出，使主阀阀瓣上方压力降低。主阀阀瓣在进口压力的推动下打开而使系统卸压。

当系统压力降低到一定值时，导阀阀芯在弹簧的作用下向下回座，导阀密封面关闭，导阀阀腔的滑阀打开，阀腔畅通，系统压力再次通过导阀阀腔传入主阀阀瓣上方气室，并推动主阀阀瓣关闭 。

3.先导式安全阀常见故障及原因分析

3.1泄漏

(1)密封面损伤一一介质的腐蚀作用以及安全阀动作时阀瓣和阀座的相互作用都会造成密封面受损.受损后的密封面密封性能下降,造成泄漏.一旦形成泄漏,由于介质的冲刷和腐蚀作用,会导致密封面的损伤进一步加剧,泄露更加严重,形成恶性循环。

(2)密封面夹有杂物一一安全阀经过长期使用(特别是粘性介质),密封面会残留一些杂质,产生腐蚀生成污锈,存积在密封面间,造成阀瓣和阀座密封性能的下降而泄漏.

(3)弹簧刚性下降一一弹簧长期受高温和腐蚀介质的影响,使弹簧的劲度系数K降低,致使弹簧的欲紧力降低,弹性降低变化,失效甚至断裂,最终导致导阀连续泄漏.

(4)主阀活塞…0型圈发生变形一一主阀活塞…0'型密封圈在长时间的使用过程中老化或产生永久变形,造成安全阀持续泄漏.

3.2先导式安全阀到达开启压力不起跳先导式安全阀到达开启压力不起跳主要存在以下三方面的问题:

(1)到达开启压力时导阀不起跳;

(2)到达开启压力时导阀起跳而主阀不动作;

(3)N达开启压力时持续泄漏,但不能正常起跳.

3.2.1到达开启压力时导阀不起跳导阀弹簧调整力不够,弹簧失效或弹力不足,先导式安全阀导阀是一直接载荷式安全阀,它的动作性能主要是通过弹簧来控制的.弹簧在高温工作情况下,弹簧刚度下降,弹簧变软.弹簧在腐蚀性介质的环境下,腐蚀造成弹簧钢丝变细,弹簧刚度下降,变软.严重时还可造成弹簧断裂失效,由于上述原因导致在先导安全阀在到达开启压力时导阀不起跳.

(1)导阀密封件老化或受损,造成控制气泄压.为达到较好的密封效果,先导式安全阀导阀密封件多选用综合性能较好的合成橡胶材料.合成橡胶材料属于粘弹性材料,在常温下具有良好的弹性.但在高温高压下,橡胶逐渐变软,受热后缓慢软化,导致密封材料弹性不足,当它与金属材料接触时还易出现粘合现象,导致安全阀到达开启压力时导阀不能正常起跳.

(2)导阀下导管或过滤器堵塞.安全阀使用时当系统压力接近或达到设定的整定压力时,主阀活塞式阀瓣向下运动,使上密封关闭,这时导阀的下密封也关闭.但是由于使用介质中含有一些粘性杂质,积存在下导管内,封闭了下导管或过滤器,此时尽管系统压力继续增加,但下密封也不能正常开启.

3.2.2导阀起跳而主阀不动作先导式安全阀是由导阀控制主阀的安全阀,其开启压力由导阀控制,动作特性基本上不受前压的影响.当系统压力达到开启压力时,只有导阀产生突跳,主阀封闭腔才能瞬时泄压,主阀密封面开启,以达到泄放的目的.如果出现导阀已起跳而主阀不动作,可能的原因如

(1)主阀活塞…0'型圈发生变形,泄漏,造成活塞腔内漏.先导式安全阀主阀主要采用套筒活塞式,双重密封阀座结构,密封件材料多为氟橡胶材料,在压缩状态下都会产生压缩应力松弛现象.工作介质的压力是引起氟橡胶永久变形的主要因素,现代液压设备的工业与民用建筑工程技术工作压力日益提高,长时间的高压作用会使0型圈发生永久变形,以致失去密封能力.因此,当系统压力增加至接近的开启压力时,主阀活塞向下运动,使上密封关闭后有可能粘住,此时导阀下密封关闭.当系统压力继续增加,下密封开启,主阀压力室高压气体从导阀排气口排出后,主阀阀瓣不能正常动作.导致安全阀主阀不起跳。

(2)主阀阀芯和阀座密封面泄漏.由于先导式安全阀多用于石油天然气化工等装置上,使用介质中含有的杂质如天然气中的油,泥沙等,沉淀于主阀阀瓣和活塞缸体内表面,产生很大的摩檫力,当密封的间隙具有相对运动时,灰尘和沙粒等被粘附在活塞缸表面,加速了阀座密封面的损坏,此时尽管导阀开启,主阀压力室高压气体从导阀排气日排出,但主阀阀瓣仍然不动作,导致导阀起跳而主阀不能正常起跳.

(3)受气源洁净度影响,主阀的引压管路堵塞.安全阀在长期使用过程中,由于使用介质中的杂质如天然气中的油,泥沙等沉积于引压导管中,将引压导管堵塞.当系统压力达到开启压力时,主阀活塞向下移动,使上密封关闭,此时导阀下密封关闭.当系统压力超压时,下密封开启,而主阀压力室的高压气体由于引压管路堵塞,不能从导管排出,导致导阀开启而主阀不动作.

3.2.3安全阀到达开启压力持续泄漏,但不能正常起跳

(1)安全阀起跳后阀芯没有回座,导阀密封泄漏.由于安全阀在制造时精度较低或装配不当,使零部件的同轴度遭到破坏,或阀内运动部件有卡阻等原因,所以当安全阀导阀起跳后由于阀芯不能及时回座,造成安全阀持续泄漏而不能正常起跳.

(2)阀芯与阀座接触面不严密或有脏物.由于腐蚀性介质对金属密封面的侵蚀或者安全阀在排放过程中,排放介质内的杂物如:电焊渣,铁锈等高速流动对密封面冲刷而造成损伤.导致阀芯阀座不严密造成安全阀持续泄漏.

(3)主阀活塞…o型圈泄漏,造成活塞腔内漏.主阀活塞"o"型密封圈在长时间的使用过程中老化或产生永久变形,造成安全阀持续泄漏而不能正常起跳.

(4)导阀控制推杆安装位置不正确由于导阀控制杆安装位置太高或太低,造成安全阀泄漏.

4.解决对策校验和使用中应注意的问题

解决对策由于先导式安全润特殊结构和内部气体通遭比较复杂,故从先导式安全阀结构特点,气体通道和阀瓣等方面分析了造成先导式安全阀故障的原因及因素,并提出解决对策 。

(1)先导式安全阀应多次进行开启压力和密封性能试验,且在校验时先导式安全阀密封面的密封性能检查应从主阀出口侧和导阀出口侧两个部位进行检查.在校验过程中必须保证导阀与主阀同时动作,确保安全阀动作的稳定性和可靠性.对不符合规定的先导安全阀坚决予以报废或退货处理.

(2)当用户单位发现先导安全阀动作不灵敏,起跳压力和回座压力与设定值偏离较大时,应立即拆卸下来进行检查和维修。

(3)对一些使用条件较恶劣场合的先导安全阀应适当缩短校验周期,加强检查,一旦发现问题及时处理。

(4)因国内目前还没有先导式安全阀校验,维修专项标准,所以先导式安全阀应满足GB/T12241～GB12243标准的规定和安全阀安全技术监察规程的规定.

5结语

先导式安全阀是一种特殊类型的安全阀,其动作的可靠性直接关系到被保护系统的安全经济运行和人身安全.保证先导式安全阀动作的可靠性和灵敏性.正确掌握先导安全阀校验和维修技术,才能保证各用户单位生产的连续性和运行安全,真正做到为油田保驾护航.