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安全阀技术问题探讨

安全阀是压力系统广泛使用的安全装置。当压力系统内的介质压力超过规定值时, 安全阀自动开启。当介质压力降低到一定值时, 安全阀回座并自动关闭。直接作用式安全阀基本上分弹簧式和重锤式两种类型。目前应用最为广泛的是弹簧式安全阀, 工作状态时, 它通过弹簧提供密封力, 保证设备正常运行。当压力升高时, 介质压力克服弹簧力使阀门开启, 系统压力下降, 当压力下降到一定值时, 阀门在弹簧力的作用下回座。在试车台氢氧系统中, 由于氢氧均为低温介质, 为了减少介质的损失更好的绝热保冷, 采用了全启式安全阀(其中包括先导式安全阀) , 降低开口尺寸, 减少漏热。

安全阀设计关键就是弹簧设计和密封面设计。弹簧不仅影响密封, 更主要的还有阀门的灵敏性,而密封面结构形式和材料的设计将直接影响到阀门的密封。弹簧是在较高应力情况下工作的元件, 材料表面受力最大, 弹簧综合力学性能及材料表面质量对弹簧影响较大。弹簧材料用量较多的是弹簧钢, 其次是镍合金、高弹性合金和不锈钢等, 在试车台试验系统中由于大都涉及低温工况, 所以弹簧材料大多选用了50CrVA、60Si2MnA、1Cr18Ni9Ti 、0Cr18Ni9 和QBe2 等。其中1Cr18Ni9Ti (材料标准号DGB09 - 1989) 高强度不锈钢丝和50CrVA 应 用最为广泛。安全阀工作性能与弹簧刚度选择有关。据此即可确定弹簧的各数据, 从而得到弹簧的实际刚度λ′, λ′≤λ为合格, 两者之间差值在实际使用中可以根据经验确 定, 一般实际刚度比计算刚度小5 %~30 %是可用。当弹簧与安全阀不相适应时, 阀门就不可能正常地工作。因为如果弹簧过硬, 则阀门开启时系统压力就升得太高, 使设备不能够安全运行。如果弹簧过软, 则阀门的回座压力将大大降低, 使得设备浪费大量的介质。在工业生产中, 为了得到要求的排放和回座压力, 一般采取设计上、下调节圈的方法, 但是在氢氧试车系统中的阀门不能采取这种办法, 因为这类介质的危险性决定其排放应在规定地点进行, 而调节圈的存在使得阀门在排放时向大气泄漏。

安全阀关闭件的材料应具有抗侵蚀性、耐腐蚀性、抗压性、良好的机械加工性和良好的弹性变形能力, 其中抗侵蚀性是选材时应首先考虑的, 侵蚀是介质对金属表面的机械磨损和腐蚀共同作用的结果。在试车台系统中材料的耐低温性质也是一个主要应考虑的问题, 所以采用不锈钢(0Cr18Ni9) 作为阀门的主要材料。密封副材料主要有不锈钢(0Cr18Ni9) - 黄铜、不锈钢( 0Cr18Ni9) - 铝、不锈钢( 0Cr18Ni9 ) - 聚四氟乙烯、不锈钢(0Cr18Ni9 ) - 增强聚四氟乙烯和不锈钢(0Cr18Ni9) - 聚酰亚胺等。阀门设计时, 提高密封面上的比压是经常采取的方法。但是, 根据国家标准的要求, 安全阀的开启压力ps = (1105~111) p , 该要求使得作用在密封面上的力为一个定值, 密封面上的比压在密封面宽度选定时, 其值也成为了一个定值, 而且通常情况下不能使密封机构保持可靠的密封。因此安全阀的密封性在很大程度上取决于阀门的结构以及制造和装配的精度。工作状态安全阀的泄漏除了和密封面上的比压低有关之外, 还与密封面是否受到机械损伤、阀瓣受力的对中性、周围介质温度的变化引起密封面变形以及密封面受到介质中杂质的污染等因素有关。为了降低阀门的泄漏需要在结构、制造和装配上提高要求, 尤其要注意密封面的表面质量及形位公差要求。合理选择密封面的宽度和结构型式, 尽量使得计算比压值与最小密封比压相近,以保证阀门密封性能。

安全阀零部件加工后, 根据试车台系统介质的性质,对所有零件进行清洗之后组装, 组装过程中应保护好各配合表面和密封面。为了达到一定的密封要求, 密封面不允许有划伤。阀门组装完成后需进行各类试验。对于阀门中承受压力的零部件应进行耐压试验, 试验压力为115 倍的公称压力。试验过程应符合国家相关标准, 试验持续时间、试验介质等要求符合GB/ T 12241 - 2005 的规定, 试验中不允许有泄漏、异常响声和材料表面“冒汗”等现象。

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