安全阀校验故障分析及研究

安全阀校验故障分析及研究

杨立军

浙江省特种设备科学研究院  浙江省 杭州市 310014

 摘要：本文首先概述了安全阀的工作原理，接着进行了安全阀校验的简述，最后分析了安全阀校验中的问题，从而指导安全阀检验时的实际校验工作。

        关键词：安全阀；校验；问题分析

        从使用性质上看，安全阀是自动阀门，一般应用于承压设备或瞬时超压设备中。在以上几种设备中安装安全阀，能够对设备本身进行很好的保护，控制设备内的压力值，避免压力值超出标准值范围造成安全事故。安全阀可以通过自动控制实现对设备内压力的调节，不需要安排专门人员就行管理。但是长期的使用也会使得安全阀出现故障，所以，从安全的角度出发，必须定期进行校验与维修，提高安全阀的稳定性，保证其处于正常工作状况，维护生产安全。

        1 安全阀工作原理

        设备正常运行的过程中，安全阀的阀瓣和阀座之间有个接触面，此时处于关闭状态，此时作用在阀瓣上的力有弹簧、反冲盘、阀杆等零件重力，在阀瓣上施加了向下的作用力；随着介质压力的进一步升高，当进口压力等于安全阀的整定压力时，阀瓣与阀座之间的作用力等于零，当进口压力继续升高略高于整定压力时，介质流出进入压力积聚室内，由于反冲盘和调节圈节流作用的结果，压力积聚室的压力增加，同时进口压力作用在更大的面积上，产生一个通常称为膨胀力的附加力来克服弹簧力，从而推动阀瓣向上运动，突跳开启；阀门打开后，随着内介质的快速流出，安全阀上特殊的结构形成环形流道，反冲盘改变了流体的方向，阀瓣会不断上升，当阀瓣与阀座之间的距离达到一定高度时，全量排出，使设备介质压力迅速下降。当进口压力降低到某一程度时，弹簧力足以克服排放所带来的反冲力和介质作用力时，阀瓣会在弹簧力的作用下迅速地回落到关闭位置，又产生密封压力阻止介质从密封面流出，安全阀又处在了新的密封关闭状态，回到正常工作状况。

        2 安全阀的校验及常见故障分析

        2.1安全阀的泄漏问题

        设备正常工作时，阀瓣和阀座之间的密封面，有超出最大允许情况的泄漏的现象。此时，首先查看是否有脏物及杂质落到密封面上，造成阀芯与阀座间有间隙，从而导致阀门泄漏，排除这种故障办法就是清除密封面上的脏物及杂质，可使用提升扳手使阀门开启几次，将脏物及杂质冲去。其次，查看安全阀密封面处是否有划伤、凹凸不平等现象，可根据严重程度进行判断。如果安全阀装配存在偏差，或者安全阀进出口连接管道因安装不正确所形成的不均匀载荷使阀门同轴度遭受破坏或变形等引起的泄漏，此时应对阀门零件重新组装或采取相应的措施使得载荷分布均匀。此外，安全阀的整定压力与设备内的正常工作压力数值太接近，当阀门受到震动或设备介质压力频繁变化，介质容易泄漏。此时，应根据设备的实际使用情况，来调整阀门的整定压力，从而确保正常的压力差下工作。最后，安全阀的弹簧产生问题也会导致阀门泄漏，长期使用以及在高温环境下，弹簧容易疲劳导致弹性失效，阀门易泄漏，此时应更换新弹簧或重新更换安全阀。

        2.2整定压力变化

        调整好安全阀的整定压力后，允许存在误差，但需在规定的范围，整定压力频繁变化原因如下：定压使用的介质与实际使用介质不同，常温定压与高温介质之间的温差；安全阀在使用过程中由于环境温度较大幅度的变化也将造成弹簧刚度的变化，使其实际开启压力偏离原先的整定压力；一般情况下温度上升会引起弹簧刚度变小，使开启压力下降。此时可通过重新调整调节螺杆，使其压力在符合的范围内；如果由于弹簧受到腐蚀导致，弹簧应该重新调换，环境具有强腐蚀性时，弹簧应选用由氟塑料等耐腐蚀材料包裹的材料；弹簧腔室温度如由于选型不对过高时，安全阀应换成带散热器或其他特殊结构安全阀。

       3.直接测量法与误差分析

         3.1直接测量法

        目前，大部分安全阀在线校验仪均采用力传感器测定附加力，这种直接使用力传感器测量拉力的校验方法，称为在线校验直接测量法｡一般安全阀在线校验仪由液压驱动系统､数据处理系统和机械夹具三部分组成｡其中液压驱动系统配备手动液压泵和液压油缸，主要功能是通过控制手动液压泵的液压输出来提供校验时所需的附加力｡附加力的大小主要取决于安全阀的开启压力､阀瓣密封面积以及工作时的介质压力等｡因此，不同的安全阀开启时需要的附加力的大小跨度很大，无论多大，只要利用力传感器直接测量附加力就可以通过软件得到开启压力，这也是直接测量法的优势｡

         3.2误差分析

        影响安全阀在线校验结果精度原因有很多，其中安全阀阀瓣有效密封面积和附加力的准确测量是保证校验结果精度的最重要因素，本文只对附加力的准确测量作误差分析｡而附加力的准确测量主要与传感器精度和数据采集电路有关｡力传感器直接测量附加力的关键点之一是保证测试用的力传感器精度｡传感器的测试精度取决于其灵敏度及力-电流（电压）的线性关系，而且当力的大小处于传感器量程70%范围内时，才能获得较高的测试精度，按照相关规程精度必须在0.5%以内｡不同量程的力传感器一般输出4~20 mA的电流，即：拉力为0时输出4 mA电流，满量程时输出20 mA电流｡当外力传递给力传感器时，依据力-电流（电压）之间的线性关系，将输出一个介于4~20 mA的电流，电流值随着力增大而增大｡在线校验时，由于受环境､使用时间等因素的影响，传感器的输出电流会发生零点漂移，导致传感器数据采集误差｡因此，一般需要定期对传感器进行标定来保证测量精度｡而市场上在线校验仪配备的力传感器基本都没有配备相应的标定系统，操作人员无法对其进行标定，这是影响测试精度的一个重要原因｡数据采集是影响测量精度的另一个关键因素，合理的数据采集电路能够将力传感器的变化准确地采集､放大，并转变成数字信号由下位机传输到上位机再进行处理计算得到校验结果｡所以，在线校验时，数据采集的准确性也是影响校验结果的重要因素｡在保证传感器精度的前提下，再经过准确的数据采集，校验结果的精度会提高｡

        4间接测量法与误差控制

        4.1误差控制

        直接测量法使用力传感器的最大缺陷是力传感器在受到环境影响后，力传感器会发生零点漂移，导致力传感器精度降低，影响校验结果｡最好的方法是对力传感器进行标定，而保证标定的精度关键在于必须有一个力的参考源与力传感器做参照，这样才能保证传感器标定后的精度符合校验要求，但使用力传感器校验仪一般不可能备有参考源｡间接测量法采用压力传感器和精密压力表同时对油缸压力进行测量，其中压力传感器精度等级一般为0.5级，精密压力表精度等级为0.4级，二者同步对油压进行测量，保证了压力表传感器测量数据准确性｡最关键的是使用了精密压力表后，可以作为压力传感器标定时的参考源｡标定时，设定压力传感器量程，以精密压力表数据为主，以压力传感器显示数据为辅，进行参考标定｡标定后，二者同步测量数据，在源头上保证了传感器的精度，控制了传感器零点漂移带来的误差。

        结束语：上文对当前市场上安全阀在线校验仪存在测试精度差的问题，结合安全阀在线校验技术的基本原理和开启压力公式，着重分析了利用安全阀在线校验仪直接测量开启压力对测试精度的影响因素，以及测试用力传感器在使用时易产生较大测量误差的主要原因｡

        参考文献：

        [1]丁卫撑，陈浩峰，邓友，等.弹簧式安全阀在线校验阀瓣微启识别技术[J].测控技术，2016，35（4）：132-135.

        [2]郑志雄.安全阀在线校验仪的应用和校验技术的拓展[J].山东工业技术，2015（7）：63-65