淺談安全閥離線校驗的密封性試驗

林 燏

（廈門市特種設備檢驗檢測院，福建廈門 361000）

0 引言

安全閥是承壓特種設備重要的安全附件之一，是保障承壓特種設備安全運行的最后一道防線，因此其性能的可靠性至關重要。根據TSG ZF001-2006《安全閥安全技術監察規程》[1]要求，安全閥的定期校驗一般每年至少一次，安全閥校驗主要包含校驗前的檢查、整定壓力校驗、密封試驗3 個項目。其中密封試驗不合格是安全閥校驗中最為常見的不合格問題，即安全閥的密封面出現不符合規程要求的泄漏。安全閥密封面出現泄漏不僅會對系統內的介質（特別是一些貴重介質）造成浪費，有毒、有害、易燃、易爆介質的泄漏還會給周圍的環境和大氣造成污染。此外，過大的泄漏量甚至會影響到設備、系統的正常運行；長時間的泄漏也會使安全閥的密封面出現損傷，最后導致安全閥完全失效。因此，安全閥的密封試驗至關重要。

1 密封面泄漏的原因

安全閥密封泄漏是指在密封試驗壓力下閥瓣與閥座密封面間的泄漏率超過了規程所允許程度的滲漏。根據實際工作中離線校驗情況分析，其泄漏的原因大致如下。

（1）臟物、雜質卡在了閥芯與閥座的密封面之間，使閥芯與閥座密封面間存在間隙，從而使運行中的安全閥出現了泄漏。這種情況一般可利用提升扳手將安全閥拉開幾次，把雜質沖出去或將安全閥進行解體、清理即可解決。（2）被保護設備系統中的介質含有較硬的雜質顆粒。在安全閥開啟排放的過程中，其密封面不斷地受到介質的沖擊，介質中雜質顆粒對密封面產生沖擊，引起密封面產生細微的劃痕，造成安全閥泄漏。（3）被保護設備系統中的介質為液體，安全閥與液體接觸在固體表面發生氣蝕。這主要是液體的流動方式或固體表面振動使液體內部壓力發生變化引起的。由于流動液體中氣泡破裂形成的振動波引起了固體表面局部變形和磨損，使密封面表面粗糙化，從而造成了密封的失效，產生泄漏。（4）設備系統中的介質有腐蝕性且長時間與硬質合金的密封面接觸，使密封面發生腐蝕而造成泄漏。（5）安全閥解體、清洗、檢查后裝配不當。如閥芯、閥座未完全對正，閥桿和彈簧不對中，彈簧和彈簧座接觸不平整導致彈簧受力不均勻等都會造成安全閥密封面的泄漏，這種情況一般通過重新裝配調整即可解決。

2 密封試驗壓力的取值

安全閥密封試驗的實際意義是，驗證當安全閥的入口壓力小于等于對應的密封試驗壓力時，安全閥密封面有無泄漏或者泄漏率是否符合規程的要求。根據TSG ZF001-2006《安全閥安全技術監察規程》的規定，安全閥校驗時的密封試驗壓力Pt取值如表1 所示[1]。

表1 安全閥密封試驗壓力

根據表1 可知，要確定安全閥的密封試驗壓力，必須先確定安全閥的整定壓力。承壓特種設備壓力容器、壓力管道上的安全閥一般要求其整定壓力不應當大于該壓力容器、壓力管道的設計壓力。因此，壓力容器、壓力管道上的安全閥其整定壓力值一般應滿足如下要求。

式中：Pw為壓力容器、壓力管道運行時的工作壓力；P為壓力容器、壓力管道設計壓力；Ps為安全閥的整定壓力。

根據上述安全閥密封試驗的實際意義可知，當安全閥入口壓力大于其密封試驗壓力時，安全閥是否泄漏，TSG ZF001-2006《安全閥安全技術監察規程》是不要求進行驗證的。這就意味著當被保護設備系統上工作壓力超過其安全閥密封試驗壓力時，安全閥使用過程中是否會出現泄漏就不得而知。因此，在滿足上述（1）式的條件時，應盡量使安全閥的密封試驗壓力大于壓力容器、壓力管道的最高工作壓力，即滿足下式的要求：

只有滿足（2）式的要求，才有可能確保安全閥在使用過程中不出現泄漏。但在現場實際使用中，由于系統工藝的要求，一些壓力容器、壓力管道的工作壓力往往會與其設計壓力相近，而安全閥的最大整定壓力值只能取到設備的設計壓力，這就造成只要當壓力容器、壓力管道運行時工作壓力大于其設計壓力的90%時，工作壓力必將超過安全閥的最大整定壓力，即如（3）式、（4）式：

此時，即使經校驗合格的安全閥裝到壓力容器、壓力管道上，在運行過程中，也是有可能出現泄漏。對于蒸汽鍋爐，根據TSG 11-2020《鍋爐安全技術規程》規定[2]，蒸汽鍋爐鍋筒、過熱器、省煤器上的安全閥整定壓力按照表2 的要求進行調整和校驗。

表2 蒸汽鍋爐安全閥整定壓力值

從表2 可以得出，只要蒸汽鍋爐鍋筒、過熱器、省煤器的工作壓力大于0.45MPa，其工作壓力也必定大于相對應安全閥的密封試驗壓力，所以同樣也會出現經校驗合格的安全閥在運行中出現泄漏的可能。

上述情況也解釋了安全閥使用單位經常提出的“為什么安全閥校驗合格后剛裝上去就出現了泄漏”。顯然這與安全閥使用中所要求的嚴密無泄漏是不符的，也說明了規程上所規定的密封試驗壓力值是不合理的。為了確保安全閥校驗后在正常的使用情況下不產生泄漏，在對安全閥進行密封試驗前，應先確定設備運行時的最高工作壓力，再將規程所規定的密封試驗壓力值與設備最高工作壓力值進行比較，取兩者中的較大值作為安全閥的密封試驗壓力值，即密封試驗壓力按下式進行取值。

此外，在現場的實際運行當中，當設備的最高工作壓力大于規程中所規定密封試驗壓力值時，使用者在采購安全閥時應對供貨商提出根據設備最高工作壓力進行密封試驗的說明，按特殊要求進行供貨，以便符合現場設備的使用要求。

3 密封試驗中應注意的問題

安全閥的密封性試驗是在整定壓力調整合格后，降低并調整安全閥入口壓力至密封試驗壓力值，再進行密封性試驗。用于液體的安全閥密封試驗是可以用水進行的。但在實際測試中用氣體進行密封試驗的精確度更高，在實際操作中也更加方便。因此，目前現有的離線校驗臺大多采用氣體進行密封試驗。根據TSG ZF001-2006《安全閥安全技術監察規程》的規定，當密封試驗以氣體為試驗介質時，封閉式安全閥可用泄漏氣泡數表示泄漏率，按密封面材料性質的不同，通過泄漏率來判斷該安全閥密封試驗是否合格。非封閉式安全閥只需在一定時間內未聽到氣體的泄漏聲即可認為密封試驗合格。因此，對于非封閉式安全閥的密封試驗一般較易完成，但在全封閉安全閥的密封性試驗的操作過程中還有很多細節方面是需要注意的。根據現場實際的操作經驗總結，在常規的密封性試驗操作中還應注意以下幾點，以避免出現誤判、錯判[3]。

（1）目前安全閥離線校驗都是采用離線校驗臺進行校驗，它是將外部的壓縮氣體（如氮氣、空氣）輸送入校驗臺，壓縮氣體通過校驗臺的泵、閥門、管路系統調整到所需要的壓力后，再輸送到安全閥的入口處進行校驗。因此，為了確保安全閥密封試驗的可靠性，在每天的校驗前一定要進行校驗臺內部管路系統的檢查，確認校驗臺管路系統嚴密無泄漏。如果管路系統有泄漏，那么在密封試驗時，校驗臺管路系統的泄漏極易被誤判為安全閥密封試驗不合格。在校驗前可將校驗臺管路系統氣體的出口處加一堵頭，打上較高的壓力，關閉校驗臺管路系統的進氣口，靜置一段時間觀察管路系統上的壓力有無下降來判斷校驗臺系統的密封性[4]。（2）在降低并調整安全閥入口壓力至密封試驗壓力值進行密封試驗的過程中，降低的壓力一定要先確保安全閥完全回座，否則有可能出現安全閥還未完全回座便開始進行密封試驗的情況，這樣必然會影響到密封試驗的準確性。微小型且排量極小的安全閥更應重視這一點[5]。（3）法蘭連接方式的安全閥在校驗前應注意入口連接法蘭密封面的形式。一般整定壓力較低的安全閥接口法蘭面多為平法蘭密封；整定壓力較高的安全閥為了保證接口處的密封性，法蘭面多為凹凸型密封面。凹凸型接口法蘭密封面一定要裝設相應的凹凸型密封墊片，再將安全閥置于夾緊臺上，否則在密封試驗時測試氣體極易從入口連接法蘭面處泄漏出去，造成密封試驗不合格的誤判。（4）當安全閥的入口達到密封試驗壓力值時，務必使其值保持穩定，再進行泄漏率測試，否則將影響密封試驗結果的判斷。（5）由于先導閥的主閥和導閥都必須進行密封試驗，因此對于部分可在離線校驗臺上校驗的先導式安全閥，在密封試驗時應將主閥與導閥的出口同時用密封堵蓋壓緊，對主閥和導閥的密封面的密封性同時進行試驗[6]。（6）密封試驗裝置的集漏管不應過長，否則對于那些密封面泄漏量較小的安全閥，需要經過較長的一段時間才能收集到氣泡。一旦時間過長不產生氣泡極易誤認為該安全閥密封試驗合格，造成誤判。（7）密封性試驗裝置集漏管管子出口端面應和軸線垂直并且保持光滑，管端面插入水面深度應符合規程的要求，達到12.5mm，并且和水面保持平行，這樣才能保證收集到氣泡，這一點往往在試驗時會被忽視。（8）將密封堵蓋剛壓緊在安全閥出口時，如在試驗裝置的水杯上立即出現氣泡，不應馬上進行氣泡數計算，因為這種氣泡可能是由于操作人員將密封堵蓋快速地壓到安全閥出口時，安全閥出口排放側腔體內的空氣突然受到擠壓后而使水杯內產生氣泡。這種氣泡并不是由于安全閥密封面泄漏引起的，但卻極易被誤認為是泄漏氣泡數。因此，應在稍等片刻氣壓穩定之后再進行氣泡數測試計算才不會引起誤判。（9）當全封閉式安全閥進行密封試驗時，發現校驗臺上測試壓力表數值下降較為明顯時，此時不能簡單地認為該安全閥密封試驗不合格，應仍采用密封堵蓋壓緊安全閥出口進行氣泡數測試。如收集到氣泡且超出規程的要求時，才可認定該安全閥密封試驗不合格。如無法收集到氣泡，也不能將其簡單地判定為合格[7]。出現收集不到氣泡而測試壓力表數值卻下降的情況必然代表著測試氣體未從安全閥密封面泄漏出去，而是先從安全閥的其他部位或校驗臺系統的某部位泄漏出去，這樣勢必無法判定該安全閥的密封試驗結果。對于這種情況，首先，應重點檢查安全閥與測試臺的連接是否嚴密無泄漏、法蘭連接式安全閥其法蘭面墊片是否安裝正確、螺紋連接式安全閥與轉換接頭之間是否緊密連接無泄漏。其次，對安全閥的外觀再次檢查、檢查閥帽連接處是否有泄漏、排泄孔是否已封閉無泄漏、安全閥調節圈的定位銷是否已鎖緊無泄漏、閥蓋和閥帽是否有腐蝕破孔等。最后，再檢查校驗臺氣體出口截止閥至安全閥入口密封面間有無泄漏。只有確保除安全閥密封面外，所有其他部位未出現泄漏才可再次進行密封試驗。這樣才能確保密封試驗結果的可靠性。

4 結語

安全閥的密封試驗是安全閥校驗中極其重要的一個環節。只有充分了解安全閥密封面泄漏原因及密封試驗操作過程中的細節問題，才能更好地進行密封試驗，保證密封試驗結果的可靠性。此外，也只有在充分了解被保護設備運行參數的基礎上，再對安全閥的密封試驗壓力進行合理的取值，才能確保校驗合格的安全閥裝設到設備上不產生泄漏。