鍋爐脈沖式安全閥誤動作事故分析和解決

陳永凡

（吉林石化公司動力二廠，吉林吉林 132001）

1 原理、結構及功能簡介

安全閥是鍋爐重要的安全保護裝置，其作用是當鍋爐蒸汽壓力超過預設安全壓力值的時候，能自動開啟向外排汽降壓，當蒸汽壓力下降至略低于安全壓力值的時候，又能自動關閉，從而保護鍋爐的安全運行。動力二廠1#和2#鍋爐為東方鍋爐廠制造的DG-220/9.8-8型高溫、高壓自然循環鍋爐，每臺鍋爐裝配安全閥2臺，分別為飽和蒸汽安全閥和過熱蒸汽安全閥，相關參數見表1。

表1 安全閥相關參數

1#爐、2#爐配備脈沖式安全閥，由主安全閥及脈沖閥組成，兩者通過導壓管連接，其本身為一種直接載荷式安全閥，主安全閥的開啟受脈沖閥控制。鍋爐正常運行時，主閥密封面被高壓蒸汽壓緊、嚴密關閉。當汽壓超過安全閥整定值時，脈沖閥打開，蒸汽通過導壓管道進入主閥活塞上方。由于活塞與主閥密封面受壓一樣，當活塞受力面積大于主閥密封面時主閥打開，開始排汽泄壓，當壓力下降到一定數值時，脈沖閥關閉，活塞上方的汽源切斷，而主閥得以關閉（圖1）。

2 校驗與現場熱調修正

按照TSG ZF001—2006《特種設備技術規范》，定期校驗安全閥，一般每年至少一次，以保證其整定壓力和密封性能滿足要求。

工廠安全閥由企業內部建修公司統一承擔校驗任務，采用常溫條件下在校驗臺上校驗，以水為介質校驗測出整定壓力值。但實際情況中，安全閥的整定壓力受現場高溫環境影響，常溫下檢測參數與實際參數有一定誤差。這是因為安全閥各運動部件受熱膨脹，材質不同、膨脹系數不同、改變了運動間隙，且彈簧在高溫狀態下和常溫狀態下受力特性也有變化。因此，校驗值需要在運行實際工況下進行修正。每年鍋爐系統檢修完成后的啟爐時，都對脈沖安全閥進行熱調修正。

圖1 2臺并排的主閥

3 事故簡介

2016年7月9日，1#爐現場突然傳出蒸汽外泄的響聲，鍋爐壓力下降（過熱蒸汽壓力9.6 MPa，飽和蒸汽壓力10.58 MPa）降至（過熱蒸汽壓力8.87 MPa，飽和蒸汽壓力10.27 MPa）。爐膛負壓無波動，經現場檢查，確認為1#爐飽和蒸汽安全閥誤動作，關閉飽和蒸汽脈沖閥隔離閥后，鍋爐汽壓恢復正常。

經查自投運至今，1#爐、2#爐過熱蒸汽安全閥和飽和蒸汽安全閥，經常出現誤動作情況。誤動作之后，需要關閉隔離閥才能使主安全閥關閉。說明1#爐、2#爐安全閥一直存在運行安全隱患（圖2）。

4 原因分析

4.1 拆檢情況

事件發生后查驗檢修記錄，安全閥曾隨鍋爐本體一起進行水壓實驗，經過嚴密性實驗檢查無異常。關閉隔離閥后主閥關閉嚴密，檢查儀表部件無異常，確定為脈沖閥異常啟跳。

對脈沖閥進行全面檢查，儀表電磁部分連接正常，閥門法蘭結合面平整，連接螺栓及螺帽無裂紋、絲扣無損壞。拆卸杠桿開口銷子及杠桿，檢查檔銷無異常折斷或磨損。

圖2 脈沖安全閥

拆卸閥口，檢查閥瓣及閥座的結合面光潔度良好，未見密封面損傷，著色檢查密封面接觸均勻，接觸面積超過2/3，符合要求。

拆解閥帽，彈簧壓力調整螺帽鎖緊螺母出現明顯松動，測量盤型彈簧工作長度，及對應調整螺母相對位置，與之前檢修記錄作比較，發現位置向上位移動8～9 mm，絲杠兩螺母連接部位螺紋灰層分界線明顯。詳細檢查彈簧，其剛度測定正常，垂直傾斜偏差未超過2 mm，兩端不平行偏差未超過1 mm。對照數據，自由高度未低于原始高度的1%。

4.2 原始熱調方法

工廠對于此類安全閥，之前一直采用人工現場熱調方法，具體為熱調施工單位在啟爐時候進入現場做相關準備工作，當鍋爐壓力升高到安全閥啟跳壓力的時候，手動開啟隔離閥，拆卸脈沖閥頂部鎖緊螺母，對調整螺母進行調節，同時聯系現場確認壓力，注意觀察安全閥排水管是否有出水情況，當達到起跳壓力時，排水管首先出水，然后蒸汽隨連接管路到達主安全閥活塞上方，隨之引發主安全閥啟跳。屆時需要由專人馬上關閉隔離閥，實現主安全閥回座，并再次聯系核對起跳壓力做好記錄。待彈簧冷卻后開啟隔離閥完成熱調工作。

人工現場熱調安全閥存在著一定弊端：首先，主安全閥跑陀為高壓蒸汽實跑，易沖刷閥口，造成主閥關閉不嚴的情況；其次，關閉隔離閥和調整調節螺母操作人員相關工作有一定延遲，存在的誤差一般較大；最后，實際跑陀因彈簧受熱影響只能操作一次，數值多少即多少，無法進行修訂。

4.3 具體原因分析

（1）施工人員經驗不足，未及時固定好鎖緊螺母。在安全閥校驗過程中，對鎖緊螺母備帽實施預緊力不夠，導致鎖緊螺母松動。

（2）爐本體運行中存在振動情況，致使鎖緊螺母備帽松動。對鍋爐本體振動，會造成安全閥鎖緊螺母備帽松動的情況預判不足。

（3）閥門鎖緊螺母沒有定位卡鐵或防松頂絲結構設計，導致備帽松動后鎖緊螺母發生位移。

5 改進措施

鑒于主安全閥經常啟跳會造成密封面沖刷，使安全閥不嚴。長時間操作會產生嚴重泄漏情況，且由于人工熱調必須配合鍋爐點爐時，升滿壓力放空進行，平時操作不具備實施條件。而在生產過程中，一旦出現安全閥突跳，在沒有在線檢測技術的情況下，無法確定其整定壓力是否發生變化。為了不影響生產，只能將突跳安全閥鎖死，使之無法開啟，或關閉隔離閥解列安全閥。直至下一個檢修周期后的啟爐時間段，才能重新進行校驗投運。這期間安全閥也就失去了安全作用，使鍋爐帶隱患運行，因此必須對其進行技術調優。

經過分析，認為避免安全閥異常啟跳，必須采取以下2個措施。

5.1 從結構上提高閥門自身安全性能

最理想的方法是將原安全閥更換為全量型安全閥。從結構形式上看，采用全量型安全閥的方法效果較好，結構簡單，能避免脈沖安全閥的信號延遲，減少啟跳環節，而且更加準確可靠直接。但是由于全量型安全閥采購價格較高，而且安裝時相關管道及附件需要改動較多，耗費的人力、物力也較大，因此還是從脈沖閥的結構上著手。

考慮到固定安全閥調整螺母備帽，避免松動導致彈簧緊力發生變化。經過詳細研究，在安全閥帽頭內安裝卡鐵，用以固定調整螺母備帽，使之即便發生松動情況，螺帽受卡鐵限制也不會發生位移，引發彈簧預緊力的變化，徹底解決了該問題發生的可能。

5.2 更改熱調方法提高安全閥整定壓力準確性

鑒于人工熱調存在諸多缺點，改用在線調試方法進行調試，其系統由機械連接部件、液壓控制系統、電腦測量系統3部分組成。通過現場鍋爐的基礎壓力值、安全閥有效密封面面積，計算調整安全閥開啟時的附加外力，就可以得出安全閥的開啟壓力值。啟爐時將壓力升至爐本體70%左右負荷后即可實施檢測，通過安裝儀器改變彈簧預緊壓縮量來對整定壓力進行調整。

由于可以進行連續多次調整測量，可滿足所測出的數值偏差不超過整定壓力1%的安全技術規范的規定，保證調整結果安全有效。而且因主閥閥門開啟時間僅為s，因此不影響工藝的正常點爐，安全性極強，對主安全閥密封面的傷害也可以降至最低。

6 后續改進工作

2017年初，對1#爐2臺安全閥實施在線熱調，經過一個周期運行，狀況良好未發生異常起跳情況。2018年，又對2#爐2臺安全閥實施在線熱調。目前，2臺鍋爐安全閥，再無發生異常起跳情況，徹底杜絕了同類事件發生。