軟密封安全閥選用問題研究

張興旺

（北京市密云區特種設備檢測所，北京 101500）

1 理論

1.1 密封性

（1）密封機理。閥瓣和閥座密封面的密封機理是靠外力使兩個密封副緊密貼合，使兩密封面壓緊后產生彈性或塑性變形，以達到密封的目的。在顯微鏡下，看似光潔的金屬密封面，實際上像波紋、鋸齒一樣凹凸不平，這是金屬表面的粗糙度。在剛開始加載密封力時，兩個接觸表面之間的一些凸起開始碰撞、擠壓，一些凸體嵌入凹體之內。但由于數量少，擠壓變形小，兩個接觸面之間的凹凸結合形成的空隙較大。在繼續加載的過程中，兩個接觸面之間的凸凹體開始大面積接觸，擠壓變形加大，有一部分開始貼合，介質向外泄漏的間隙減少、減小，接合面的帖合力加大，介質向外的泄漏率進一步減小。加載到最大值，接觸面已完全貼合，凸體被擠壓成塑性變形，介質流通的通道被徹底堵死，密封面達到不泄漏或少量泄漏。軟密封的密封過程與硬密封類似。

（2）密封公式。密封力公式：

最小密封力公式：

金屬對金屬的密封比壓公式：

閥瓣鑲有氟塑料軟墊，閥座為平面的最小密封比壓公式：

（3）影響安全閥密封的因素。影響安全閥密封性的因素很多，本文只介紹與文章主旨有關的因素。

①密封面材質。由式（1）～（4）可以看出，密封力與密封副的材質有關。在同等條件下，硬密封所需密封力大，軟密封所需的密封力小。軟密封的最小密封力比硬密封小。在系統壓力接近整定壓力時，硬密封在密封力小于等于最小密封力時就會出現泄漏現象。所以硬密封不能保證不泄漏。而軟密封最小密封力要小得多，又有遲滯現象，所以能保證不泄漏，在壓力升高至整定壓力的瞬間也不會發生泄漏。

②工作壓力與整定壓力的差值。在工作壓力與整定壓力小得多時，密封壓力比最小密封力大得多，安全閥不泄漏或泄漏的很少。當工作壓力與整定壓力接近時，密封力比最小密封力大一點或小于等于密封力，硬密封安全閥泄漏而軟密封安全閥可以保證不泄漏。

1.2 撞擊摩擦性

安全閥密封副閥瓣回座的過程中，會產生撞擊力、接觸摩擦力、滑動摩擦力。金屬—金屬密封副會產生火花，金屬—非金屬密封副不會產生火花。根據《防爆電梯概論》的定義的啟示，兩個密封副金屬微觀上碰撞或摩擦掉的顆粒，在撞擊能和摩擦能的作用下會產生燃燒的現象。

（1）撞擊性機理。當密封面接觸撞擊時，會產生撞擊力和接觸面微觀之間的接觸摩擦力。撞擊時的機械能轉化為熱能、光能、聲能等能量。硬密封撞擊時掉落的碎屑、顆粒等在能熱的作用下在空氣中和氧氣發生氧化還原反應，從而產生火花。軟密封由于一個密封副帶有氟塑料，氟塑料是非火花性材料，因而不會產生火花。

（2）摩擦性機理。安全閥開啟回座時會產生滑動摩擦力。安全閥密封副裝配不當時，密封面、閥桿、彈簧的同軸度不一致，在回座時閥瓣密封面與閥座密封面會產生滑動摩擦。摩擦掉的顆粒會在空氣中產生氧化還原反應而形成火花。軟密封有非火花性材料，而且能量低，不會產生火花。再有就是軟密封副的氟塑料被金屬密封副壓出一個圓環形凹槽，圓環凹槽的出現進一步限制了兩個密封面的相對摩擦，更保證了軟密封不會產生摩擦火花。閥瓣與導向套間有運動間隙。閥座固定不動時，閥瓣起跳能產生密封面整體平行的摩擦；閥瓣轉動一個角度的摩擦；也可能平行摩擦與轉動一個角度的摩擦同時發生。

（3）撞擊性公式：

（4）摩擦性公式：

（5）撞擊性影響因素。由式（5）可知，閥瓣撞擊閥座時，與閥瓣的質量和撞擊速度有關。質量和速度越大，對硬密封安全閥密封面產生的火花就越多。軟密封安全閥則不會產生火花，轉變為熱能等。

（6）摩擦性影響因素。由式（6）、（7）可知，摩擦能量與摩擦力和距離有關。而摩擦力的大小又與閥瓣質量和滑動摩擦系數有關。硬密封閥瓣質量越大，滑動摩擦系數越大，摩擦距離越長，則其摩擦能量越大，產生火花越多。軟密封滑動摩擦能量轉變為熱能，不產生火花。

2 實驗

2.1 密封性

實驗器材：校驗臺；校驗工具；風鏡；工作服；手套；新安全閥20臺（軟密封硬密封各10臺）；未校驗安全閥20臺（軟密封硬密封各10臺）。

實驗結果：新硬密封安全閥有2臺泄漏，平均每臺泄漏氣泡數10個/分鐘；軟密封安全閥無泄漏。使用一個校驗周期后的安全閥：硬密封安全閥8臺泄漏，平均每臺泄漏氣泡數67個/分鐘；軟密封安全閥無泄漏。

2.2 撞擊摩擦性

實驗器材同上。

實驗結果：新硬密封安全閥閥瓣全開啟10次，平均每臺產生火花5個；軟密封安全閥未產生火花。舊閥：硬密封安全閥閥瓣全開啟10次，平均每臺產生火花8個；軟密封安全閥未產生火花。

3 實踐

在實際校驗安全閥和下鄉定期檢驗設備的過程中，發現一些應使用軟密封安全閥的設備，實際上使用的是硬密封，這給設備安全運行帶來了隱患。《安全閥安全技術監察規程》等相關標準對這些設備選用軟密封安全閥無專門、準確的要求，這給要求企業更換成軟密封安全閥帶來了一定難度。

3.1 易燃易爆介質設備

前幾年我所在驗收某液化氣站的液化石油氣儲罐時，4臺儲罐上送檢的8臺DN80的硬密封安全閥。要求其更換時，安裝單位拿來設計圖紙，圖紙上確實標明安全閥型號A48Y-25C，是硬密封安全閥。本人反復給安裝單位講其危險性，并與設計人員和我所監檢人員溝通，這才補了設計修改單，全部更換成了軟密封安全閥。

3.2 設備的一部分為易燃易爆介質

我區絕大部分鍋爐為燃油燃氣鍋爐，其爐膛、煙道等作為鍋爐的一部分，有爆炸、爆燃的危險。而且供給燃燒器的油、氣管線有一部分在鍋爐房內。萬一有泄漏，泄漏報警和換風有問題，鍋爐房內有達到爆炸或爆燃的氣體濃度的可能。硬密封安全閥一旦起跳，鍋爐房就有爆炸、爆燃的可能。如果用軟密封安全閥，這樣就會把鍋爐房內安全閥密封面的點火源清除掉。

3.3 有毒有害介質設備

某企業送檢安全閥時，10多臺安全閥中有2臺是硬密封安全閥。設備為氬氣儲罐、氬氣管道。氬氣在低濃度時無危險，而在濃度高時有窒息危險或引發人體的其它嚴重癥狀。而且氬氣設備所在車間無泄漏報警和換風，安全閥側口沒有接泄放管，一旦泄漏可能發生危險。前幾年新聞報道烏魯木齊機場加氣站施工時氬氣泄漏致5死5傷的案例,說明氬氣在一定條件下也有很大的危險性。

3.4 既是易燃易爆又是有毒有害介質設備

某制藥企業的一臺柜式滅菌器，介質為環氧乙烷，其上的不銹鋼安全閥為硬密封。在送檢時要求其與設計單位溝通、咨詢后換成軟密封安全閥。環氧乙烷不僅有毒，還易燃易爆。滅菌柜有爆炸的可能，放置滅菌柜的房間有爆炸、中毒的可能。房間內無泄漏報警和換風。跟企業相關人員溝通許多次，三個多月時間才更換成軟密封安全閥。要是相關標準有規定，可以強制其更換，幾天之內就能解決問題。

3.5 對壓力有精確要求的設備

某醫院的臺式滅菌器上的安全閥，整定壓力為0.23MPa,工作壓力為0.22MPa，時常開啟。其軟密封墊為軟橡膠，遇熱變形大而泄漏。換成氟塑料的軟密封安全閥就解決了這個問題。氟塑料能經受住120℃左右的高溫蒸汽，變形小，密封好，能滿足對壓力有精確要求的設備。

4 結語

通過理論、實驗、實踐的綜合研究，得出了如下結論：硬密封安全閥不能保證不泄漏，軟密封安全閥可以保證零泄漏率；硬密封安全閥可產生撞擊摩擦火花，軟密封安全閥不會產生撞擊摩擦火花。本文提出了5種設備應選用軟密封安全閥的建議。目前的相關標準中對這五種設備均無選用軟密封安全閥的要求。建議修改相關標準，明確提出這五種設備選用軟密封安全閥的要求，以確保特種設備的安全運行。