先導(dǎo)式安全閥在天然氣輸氣流程中的應(yīng)用分析

趙洪波 趙媛媛

（1、中石化西南油氣分公司油氣銷售中心，四川 德陽618000 2、中石化管道儲運有限公司武漢輸油處，湖北 武漢430070）

先導(dǎo)式安全閥（又稱脈沖式安全閥）是一種安全保護用閥，依靠從導(dǎo)閥排出介質(zhì)來驅(qū)動或者控制主閥的安全閥，導(dǎo)閥本身是標(biāo)準(zhǔn)的彈簧直接載荷式安全閥。它的啟閉件受外力作用下處于常閉狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備或管道內(nèi)的介質(zhì)壓力升高，超過規(guī)定值時自動開啟，通過向系統(tǒng)外排放介質(zhì)來防止管道或設(shè)備內(nèi)介質(zhì)壓力超過規(guī)定數(shù)值。從而有效地對設(shè)備及管道進行保護，避免事故的發(fā)生。本文主要分析先導(dǎo)式安全閥的結(jié)構(gòu)原理、反向是否能夠?qū)?、在大型集輸站，在同一個放空系統(tǒng)，不同的壓力等級的流程區(qū)的應(yīng)用進行分析，對于長輸管道碰口、清管等作業(yè)的投產(chǎn)置換方案編制及實施的安全防護措施的制定，具有較大的實際意義。

1 結(jié)構(gòu)原理

如圖1，先導(dǎo)式安全閥由主閥和導(dǎo)閥組成了，導(dǎo)閥隨著系統(tǒng)介質(zhì)介質(zhì)壓力的變化而動作，主閥則由導(dǎo)閥的驅(qū)動或控制而動作。

圖1 先導(dǎo)式安全閥結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)被保護系統(tǒng)處于正常運行狀況時，導(dǎo)閥閥瓣處于關(guān)閉狀態(tài)，系統(tǒng)壓力從主閥進口通過導(dǎo)管和導(dǎo)閥傳入主閥閥瓣上方氣室。由于活塞面積大于閥瓣密封面面積，系統(tǒng)壓力對閥瓣產(chǎn)生一個向下的合力，使主閥處于關(guān)閉、密封狀態(tài)。

當(dāng)系統(tǒng)壓力升高達到整定壓力時，導(dǎo)閥開啟，同時滑閥向上移動封閉導(dǎo)閥的進氣通道。主閥閥瓣上方氣室的介質(zhì)經(jīng)由打開的導(dǎo)閥排出，使主閥閥瓣上方壓力降低，主閥閥瓣在進口壓力的推動下打開使系統(tǒng)泄壓。

當(dāng)系統(tǒng)壓力降低到一定值時，導(dǎo)閥回座并帶動頂桿頂開滑閥，系統(tǒng)壓力再次通過導(dǎo)閥傳入主閥閥瓣上方氣室，并推動主閥閥瓣關(guān)閉。

2 反向?qū)?/h2>

一般情況下，先導(dǎo)式安全閥都是在管線及設(shè)備超過設(shè)定壓力時，泄放管道及設(shè)備的介質(zhì)，降低其壓力，從而有效地保護設(shè)備及管線安全運行。但當(dāng)出口壓力高于整定壓力時，先導(dǎo)式安全閥能否打開主閥通道，從對主閥閥芯的拆解（如圖2）的結(jié)構(gòu)來分析，是能夠打開主閥通道的。閥芯和導(dǎo)向筒之間有密封圈，防止上下游竄氣失壓。當(dāng)安全閥反向壓力高于整定壓力時，將推動閥芯的O型密封圈帶動閥芯上行，閥芯離開閥座，安全閥反向?qū)?，放空管線的氣體進入該安全閥保護的管線及設(shè)備。下面通過理論計算及2 個實驗可以進一步驗證。

圖2 主閥閥芯實物拆解圖

2.1 H 站整定壓力0.38 兆帕先導(dǎo)式安全閥試驗

2.1.1 理論近似計算。H 站輸氣流程屬于復(fù)雜工藝流程，其中有高壓工業(yè)用戶，也有低壓民用氣。整個工藝流程共用一套放空系統(tǒng)。輸Z公司的安全閥整定壓力0.38 兆帕，距離5 米處有一個干線放空點，該放空點距離總放空管出口約100 米，根據(jù)某點壓力計算公式，我們可以計算當(dāng)放空壓力達到0.38 兆帕?xí)r，放空起始壓力的數(shù)值。

其中：P1 為起點壓力

P2 為終點壓力

Px為某點壓力

X為某點距起始點的距離

L為管線總長

其具體數(shù)據(jù)為：Px（絕）=0.48MPa p2（絕）=0.1MPa X=5m L=100m

將數(shù)據(jù)帶入公式，可以得出放空起始壓力為：0.492MPa。由此可以推斷當(dāng)放空起始壓力達到0.492MPa 時，距離5 米處的放空管線的絕對壓力為0.38MPa。也就是說該點先導(dǎo)式安全閥的出口壓力已經(jīng)達到其整定壓力。

2.1.2 試壓驗證

X 年X 月X 日，在H 站進行試驗驗證，該站屬于綜合性的集輸站，既有工業(yè)用戶，也有低壓民用。同時該站實際流程共用一套放空系統(tǒng)。在距離先導(dǎo)式安全閥5 米處有一干線放空裝置，其管線壓力1.2MPa，Z公司實際壓力0.12MPa，當(dāng)開啟干線放空裝置放空時，Z公司管線的壓力逐漸上升，至0.2MPa 時，關(guān)閉放空。

圖3 在H 站現(xiàn)場實驗

2.2 新購置整定壓力3.0MPa 先導(dǎo)式安全閥試驗

將新購置的整定壓力為3.0MPa 的安全閥，反向連接，采用水壓進行試驗，結(jié)果當(dāng)壓力在0.05MPa 時，不泄漏。但當(dāng)高于0.05MPa時，安全閥的正向進口已經(jīng)有水冒出。此時由于安全閥的上閥腔沒有加載壓力，只有預(yù)設(shè)的彈簧壓力壓緊閥芯，由此可以證明該彈簧的預(yù)設(shè)壓力也是0.05 兆帕。該實驗也能證明先導(dǎo)式安全閥能夠反向?qū)ā?/p>

圖4 現(xiàn)場采用水試壓

3 結(jié)論

通過對不同規(guī)格、不同廠家的先導(dǎo)式安全進行分析和實驗，可以證明先導(dǎo)式安全閥反向是可以導(dǎo)通的。

據(jù)調(diào)查了解天然氣輸配氣站場的工藝流程都只有一個放空系統(tǒng)，無論是高壓放空、還是低壓放空，都是共用一條放空管線，還有的站是與用戶、或者采氣站共用一個放空系統(tǒng)。由于先導(dǎo)式安全閥能夠反向?qū)?，故?dāng)高壓管線進行放空時，其放空介質(zhì)就會進入低壓管線及設(shè)備，如果屬于同一介質(zhì)時，會導(dǎo)致低壓管線及設(shè)備的壓力升高超壓，損壞設(shè)備。如果不屬于同一介質(zhì)，會導(dǎo)致兩種介質(zhì)混合，如果空氣與天然氣混合，將會發(fā)生爆炸事故，如果是惰性氣體與天然氣混合，會造成用戶不能正常點火。

由于有以上潛在的非常危險的因素，所以我們在管線碰口、管道的吹掃試壓作業(yè)過程中，需要進行放空作業(yè)時，一定要充分分析輸配氣站的流程，使用閥門將高低壓流程的放空系統(tǒng)隔開，避免介質(zhì)的混合，引發(fā)安全事故。