首钢三万五蒸汽加热管安全阀的成功改造
绪论
安全阀是一种安全保护用阀,安全阀属于自动阀类,主要用于锅炉、压力容器和管道上,控制压力不超过规定值,对人身安全和设备运行起重要保护作用。是锅炉、压力容器、压力管道的安全和经济运行的重要安全附件之一,是一种超压防护装置。它的启闭件受外力作用下处于常闭状态,当设备或管道内的介质压力升高,超过规定值时自动开启,通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值。
2 三万五分子筛蒸汽加热管道安全阀
北京首钢氧气厂三万五空分系统,2004年引进自法国液空,是当时世界上比较先进的空分系统。气体过滤采用较先进的复合分子筛过滤吸收,蒸汽加热使分子筛恢复再生。
在蒸汽管道通往E08蒸汽再生加热器中,设置一安全阀(厂内编号:V024),以控制蒸汽管道的压力稳定。此型号为A48Y-16C的安全阀为国产,浙江罗浮锅炉附件厂生产制造,整定压力1.0MPa。(管道施工部门为浙江杭州某单位,安全阀的选型、管路布置、冷凝液排放方向均有该厂确定,具有很大的随机性)。该蒸汽管道工艺管线图如下图一。
图一:三万五蒸汽管道工艺管线图(蒸汽再生加热器段)
当管道相对压力高于1.0MPa时,安全阀起跳。高压蒸汽及其冷凝水通过放空管,由高空排放至大气中,部分冷凝水由排水阀排出。
蒸汽压力的正常与否,直接影响E08 蒸汽再生加热器的加热效率,E08的加热能力直接控制分子筛的恢复再生。分子筛是空分设备气体净化的核心,必须有它的正常运转和再生空分才能正常运转。所以,此安全阀V024的正常运转关乎整个三万五空分的生产稳定,属于关键附件,必须保证灵敏可靠地运行。
分子筛蒸汽管道安全阀技术参数表 | |||
生产厂家 | 浙江罗浮锅炉附件厂 | 型号 | A48Y-16C |
公称直径 | 80mm | 流道直径 | 50mm |
压力等级 | 0.8~1.3MPa | 公称压力 | 1.6MPa |
整定压力 | 1.0MPa | 排放压力 | 1.03MPa |
回座压力 | 0.9MPa | 开启高度 | ≥12.5mm |
适用温度 | ≤350℃ | 适用介质 | 蒸汽等 |
额定排量系数 | 0.7 | 产品编号 | 04010769 |
出厂日期 | 2004年01月 | 厂内编号 | V024 |
表一:V024技术参数汇总表
3 存在问题
该安全阀操作非常不稳定,尤其是在管路开启操作时,仪表记录显示压力在0.89MPa,(还未到达1.0MPa的整定压力),该阀就已经起跳了。而且,即使压力下降至0.82MPa后,(已超过整定的回座压力0.9MPa),阀门依然不能关闭。而且阀盘在阀座上不规则跳动,蒸汽间歇性地排出,排出过程中安全阀和管路剧烈振动,并伴有刺耳的汽笛声响。开启排水阀,有大量冷凝水排出。
由于安全阀不能正常关闭,造成大量蒸汽泄露,整条蒸汽管路都受到影响。必需操作人员手动关闭安全阀之前的隔断阀,方可阻止泄露,恢复管路稳定。
这造成了大量的蒸汽泄露,整条蒸汽管道气体压力不稳定。手动操作时,排放的蒸汽对操作工的人身安全也是一种威胁。
4 原因分析
4.1 工艺管道原因
4.1.1管道扰动。首钢氧气厂的蒸汽供应,统一通过蒸汽管道,由首钢动力厂调配。两厂相距较远,经过几千米的管道输送,管路压损严重。同时由于气体冷凝,管道中存在大量的冷凝水。气体输送过程中,气水两向流动,相互影响,频繁对管道和管道附件造成冲击,扰动非常严重。此种流体扰动,外加气液混合物对管壁、弯头、阀门的冲击,安全阀活动部分很容易引起疲劳损伤。
管道冷凝水的冲击是安全阀破坏的根本原因。
4.1.2安全阀位置设置有误。安全阀V024与蒸汽管道连接采用了三通管焊接,安全阀处于侧位,由三通的侧面法兰直接连接。安全阀阀座与主管道只有20cm,管道中的流体扰动直接冲击到阀座的阀片。
安全阀与主蒸汽管道相距太近是阀体密封破坏的直接原因。
4.2 安全阀原因
从现场拆卸,送至车间拆检发现:阀盘与阀座接触部分出现疲劳磨损,且磨损部位集中在一侧。
安全阀V024在出现故障之前,很少有开关动作,阀片和阀座基本处于压紧静止状态,不应出现过于严重的疲劳磨损。磨损集中在同一位置,属于蒸汽和凝水持续冲击同一地方造成的,而阀门不能正常回座是引起磨损的直接原因。
是什么使得阀盘回座产生偏斜而导致余隙,最终导致阀门事故?
经检查发现,该阀体放空出口水平并有一定向上的倾角,由于雨雪积水、蒸汽冷凝水和风尘,放空管道内存有大量的灰尘、沙粒、脱落的锈渣。而气体出口水平,积水使得杂质回灌到安全阀腔内。
拆检过程中发现:
1.触头与阀盘间的杂质淤积,已经影响了阀片的正常摆动,而且可能导致触头的压紧点偏离阀盘的中心,致使阀盘受力不均匀;
2.导向套之间存在灰尘,并且灰尘在接触面形成竖条形碾痕,在很大程度上导向套的灵敏稳定运动,是导致阀盘不能完整回座的重要原因;
3.阀盘和阀座虽无灰尘杂质,但由于水蒸汽的存在和环境高温,表面存在一定的锈蚀现象。
5 检修整改措施
5.1 延长安全阀体到蒸汽管道的距离,避免冷凝水的冲击。
原始设计中,安全阀放空口由公称直径为Φ80mm长3.5m的放空管,通往高空释放。由于安全阀的进出口法兰均为公称直径Φ80mm,在现场改造中,截取2m放空管焊接至入口法兰,使安全阀整体抬升2m,在入口增加一定的气体缓冲空间,避免冷凝水的冲击。
5.2 放空出口增设一个向下的弯头,使管道积水不会回流至安全阀内。
5.3 研磨阀座与阀头接触面,至光滑平整,并清除表面锈迹。
5.4 研磨触头和阀盘接触点,确保光滑平整。
5.4 在导向套接触面涂抹二硫化钼,润滑滑道。(由于该阀门处于高温状态下而且气流冲击严重,不可使用普通润滑油、润滑脂,亦不可采用石墨润滑)。
5 检修整改措施
我们在装置大检修,对2台安全阀进行定期校验时,实施这一简单、经济、易行的改进方案。经过近4年的运行,安全阀状况良好,虽然开启压力仍未达到离线整定的压力,但不再出现因弹簧不复位损坏密封面而泄漏,收到了良好的效果,确保装置的安全运行
6 几点体会
(1)安全阀定期校验的重要性
安全阀作为超压保护装置,必须具有良好的密封性、较高的灵敏度、足够的排放量以及极好的回座性能。安全阀在长期的使用过程中由于热应力和腐蚀介质等因素的作用,会使弹簧疲劳,阀瓣和阀座密封失灵,使安全阀误动作或泄漏。为确保安全阀在使用过程中有良好的性能,除了制造厂家保证质量外,搞好定期校验工作是重要环节。现将几年来的安全阀的定检情况及工作实践提出建议,以便进一步搞好安全阀的定检工作。
(2)定检中发现以下主要问题:
1.密封面粗糙,精度低。
如迁安氧气厂,2006年底购置沈阳某厂生产的4只50A47—1.6安全阀,定压0.47MPa。2007年底在安全阀校验中,因密封面相当粗糙,密封性达不到要求,全部报废。(已退货,并编写退货声明属生产技术质量问题。事故责任与理赔正在协调中。)
2.以假充真。
现在我市出现不少以假充真现象。如一些商店和个人,从旧物市场和厂、矿购回一些旧安全阀回去翻新后出售,大多数密封面粗糙,精度低,密封面有明显的跳动刀痕,甚至有裂纹和凹坑。从一些密封面的状况可以看到,有的刀痕是由大刀量粗加工得到的,在定检中无法研磨。
3.配件不全或不配套。
常见有缺锁紧螺母,锁紧螺母螺纹松动无紧固调节螺栓,下调节圈内径过大不能在阀座上固定等。还有阀瓣的外径大,阀座的内径小,出现以上情况,整定压力和密封性能都不够稳定,极难维修和调试。
4.阀座与阀体联接处泄漏。
这种情况多见于旧阀。旧阀因阀座与阀体联接处泄漏而报废的占报废总数的0.7%。
根据上述情况,我们要严把安全阀校验的质量关,如果工作中稍有疏漏,就可能造成严重的安全事故。
(3)安全阀定检中应重点注意的几个问题
1.严格区分安全阀的开启与泄漏。
在现行的大部分安全阀试验台上调试安全阀的开启压力,调试方法有二种,一种视觉,另一种是听觉,如观测压力表指针的变化,或听安全阀气体排出时发出的声音。对密封性较差的安全阀,用前一种方法有困难,往往用后一种方法。但由于阀的密封性差,在调试中安全阀未进入所需调整压力时,已发生气体泄漏排出,此时必须严格区分是开启还是属于泄漏,以免造成误检。
2.注意安全阀的公称压力、弹簧工作压力等级与开启压力是否匹配。
如:首钢某厂2003年9月份,送检的安全阀型号A48-1.6、压力等级为1.3MPa~1.6MPa,而洗煤厂锅炉最高工作压力为0.54MPa,在这种情况下就无法调试。
3.注意阀体与阀座联接处泄漏。
4.零部件残缺不全、密封面有裂纹和凹坑、严重腐蚀等缺陷有无维修价值。
(4)选用安全阀的几点建议
1.定检情况看,目前首钢市安全阀市场仍存在一定量的低劣品。作为制造厂家,应进一步强化质保体系,防止不合格产品出厂和流入市场。
2.安全阀的结构并不复杂,但结构中的密封、升力、对中、加载,调节机构有严格的考虑,安全阀的开启压力、排放压力、回座压力和密封性都要有严格的要求。
3.各用户在购置新阀的时候,一定要按使用压力范围去选,并考查该阀是否是正规厂家产品,是否有产品合格证等。
8 结束语
通过此次改造,北京首钢氧气厂彻底解决了浙江罗浮锅炉附件厂生产制造的,编号为V0243的一只安全阀。至今该阀运行良好,每次检测结果都显示密封性能优异。此次改造对氧气厂其它类似设备的类似问题都有很高的借鉴意义。
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