關(guān)于安全閥校驗(yàn)周期判別的實(shí)驗(yàn)研究

馬文賀 郭興建

（1. 富城能源集團(tuán)有限公司，新疆 克拉瑪依 834000；2. 中國(guó)石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引言

國(guó)家規(guī)范《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱《閥規(guī)》）第七章第一百一十四條規(guī)定安全閥應(yīng)當(dāng)定期進(jìn)行校驗(yàn)，一般每年至少校驗(yàn)一次。并且也說明了在生產(chǎn)上需要時(shí)，可以適當(dāng)延長(zhǎng)校驗(yàn)周期[1]。第七章第一百一十五條規(guī)定適當(dāng)延長(zhǎng)安全閥的框架性的基本條件。但企業(yè)具體如何操作，如何分辨每臺(tái)安全閥適當(dāng)?shù)男ｒ?yàn)周期十分困難。以某石化企業(yè)為例，隨著石化裝備、工藝及管理水平的提高，裝置運(yùn)行周期逐漸延長(zhǎng)為3～4年，安全閥的校驗(yàn)周期與裝置的檢修周期不同步，增加了大量的人力物力的消耗，同時(shí)也增大了裝置運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。石化企業(yè)有延長(zhǎng)安全閥檢修周期的迫切需求[2]。

在實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化管理的基礎(chǔ)上，經(jīng)過在某石化公司5年的工業(yè)試驗(yàn)，累計(jì)延長(zhǎng)周期的安全閥共1300余臺(tái)。延長(zhǎng)周期的安全閥均平穩(wěn)運(yùn)行，未出現(xiàn)失效狀況。最終滿足了裝置的延長(zhǎng)安全閥校驗(yàn)周期的需求。

1 安全閥運(yùn)行狀況分析

安全閥之所以不能長(zhǎng)周期運(yùn)行是因?yàn)檫\(yùn)行過程中，其性能可能會(huì)發(fā)生變化。只要通過研究找出影響安全閥性能的因素，并通過運(yùn)行一個(gè)周期后的不解體性能測(cè)試加以驗(yàn)證，就可以將可延長(zhǎng)周期的安全閥區(qū)分出來。因此，對(duì)某石化公司校驗(yàn)周期在近兩年間的安全閥進(jìn)行性能及使用情況檢查和測(cè)試，并將失效形式及原因進(jìn)行了匯總。

1.1 安全閥運(yùn)行狀況試驗(yàn)

1.1.1 不解體臺(tái)架性能試驗(yàn)

對(duì)到期送檢的安全閥，在原始狀態(tài)下不解體測(cè)試整定壓力和密封試驗(yàn)壓力[3]，了解安全閥在運(yùn)行了原有一個(gè)周期后的性能變化情況。

1.1.2 解體檢查

對(duì)到期送檢的安全閥進(jìn)行解體檢查，檢查安全閥的潔凈度、內(nèi)件裝配、密封面腐蝕、調(diào)節(jié)圈設(shè)置、部件粘連、介質(zhì)堵塞等方面的情況。

1.1.3 彈簧的剛度試驗(yàn)

對(duì)到期送檢的安全閥，選取不同壓力段、不同溫度段、不同廠家的彈簧進(jìn)行彈簧剛度測(cè)試，了解彈簧剛度的變化情況。

1.1.4 粘性介質(zhì)對(duì)安全閥性能的影響試驗(yàn)

選取粘性介質(zhì)，測(cè)試安全閥在粘性介質(zhì)環(huán)境中開啟壓力變化情況。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

1.2.1 不解體臺(tái)架性能試驗(yàn)結(jié)果

共進(jìn)行了2268臺(tái)次的安全閥不解體臺(tái)架試驗(yàn)，其中2167臺(tái)安全閥運(yùn)行一周期（一年）后性能穩(wěn)定，101臺(tái)安全閥失效，占試驗(yàn)安全閥總量的4.5%。根據(jù)試驗(yàn)情況，發(fā)現(xiàn)泄漏83臺(tái)，開啟壓力變化6臺(tái)（含泄漏5臺(tái)），閥門不能開啟17臺(tái)，未發(fā)現(xiàn)安全閥啟閉不靈活以及頻跳或顫振失效。在失效的安全閥中，蒸汽介質(zhì)占的比重最大，有24臺(tái)蒸汽介質(zhì)的安全閥失效；粘性介質(zhì)和粉料介質(zhì)出現(xiàn)了安全閥不開啟的情況。

1.2.2 解體檢查結(jié)果

為了了解安全閥失效原因，對(duì)失效安全閥進(jìn)行解體檢查。發(fā)現(xiàn)安全閥失效的原因?yàn)槊芊饷娲嬖诋愇铮?臺(tái)）、閥座或閥瓣密封面腐蝕（80臺(tái)）、系統(tǒng)壓力設(shè)置或控制不當(dāng)（22臺(tái)）、彈簧性能發(fā)生變化（4臺(tái)）、介質(zhì)堵塞（17臺(tái)）。

1.2.3 彈簧的剛度試驗(yàn)結(jié)果

選取289臺(tái)蒸汽工況下的安全閥，拆下其彈簧進(jìn)行剛度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在289根彈簧剛度測(cè)試中，有4根彈簧的剛度發(fā)生變化。

1.2.4 粘性介質(zhì)對(duì)安全閥性能的影響結(jié)果

對(duì)某石化公司粘度較高的介質(zhì)進(jìn)行粘度試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)介質(zhì)粘度較高的安全閥整定壓力集中在0.5～1.8MPa。因此，在20℃環(huán)境下，將整定壓力為0.5MPa、1.0MPa 、1.5MPa的三臺(tái)新安全閥放在表3中的七種介質(zhì)中分別浸泡24h、240h、480h后，進(jìn)行安全閥整定壓力值的測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明粘度在100mm2/s（20℃）以下，介質(zhì)對(duì)安全閥的性能無影響。

1.3 試驗(yàn)結(jié)論

通過以上試驗(yàn)分析可以得出以下結(jié)論：

（1）該公司安全閥最主要的失效形式是安全閥泄漏。安全閥泄漏的主要原因是腐蝕和系統(tǒng)壓力設(shè)置或控制不當(dāng)造成的。所以腐蝕和系統(tǒng)壓力設(shè)置是安全閥延長(zhǎng)校驗(yàn)周期必須考慮的因素；

（2）蒸汽介質(zhì)溫度較高、壓力較大，對(duì)安全閥的沖蝕嚴(yán)重；

（3）粘性介質(zhì)對(duì)安全閥性能影響較大；

（4）毒性介質(zhì)一旦泄漏導(dǎo)致環(huán)境污染危害極大；

（5）粉料介質(zhì)易于在閥體內(nèi)部形成局部集結(jié)，致使安全閥不能開啟，危害極大；

（6）通過安全閥不解體性能試驗(yàn)可以驗(yàn)證安全閥在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性。

2 安全閥長(zhǎng)周期的判據(jù)

延長(zhǎng)周期運(yùn)行的前提是遵循規(guī)范、確保安全，根據(jù)上述試驗(yàn)，我們以出現(xiàn)失效的可能性和失效后的危害作為一個(gè)衡量基準(zhǔn)，將可能出現(xiàn)問題的或一旦出現(xiàn)問題危害較大的安全閥剔除出來；其次，以運(yùn)行狀況和性能作為一個(gè)衡量基準(zhǔn)，對(duì)清潔介質(zhì)環(huán)境下，運(yùn)行條件好，無任何腐蝕，并且經(jīng)過一個(gè)運(yùn)行周期性能無變化的安全閥延長(zhǎng)校驗(yàn)周期。

基于上述思想，在《閥規(guī)》的框架下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果制定安全閥長(zhǎng)周期的判據(jù)。

2.1 安全閥不宜延長(zhǎng)校驗(yàn)周期的情況

通過大量的實(shí)驗(yàn)分析，有以下幾類情況的安全閥不適于延長(zhǎng)校驗(yàn)周期：

（1）蒸汽環(huán)境下使用的安全閥；

（2）固體粉料環(huán)境下使用的安全閥，但在安全閥入口處加裝爆破片，該安全閥可以根據(jù)評(píng)定辦法延長(zhǎng)其校驗(yàn)周期；

（3）在介質(zhì)毒性為高度以上（含高度）環(huán)境下使用的安全閥；

（4）在介質(zhì)粘度為100mm2/s以上環(huán)境下使用的安全閥；

（5）運(yùn)行時(shí)間不足一個(gè)校驗(yàn)周期的安全閥；

（6）在不解體性能試驗(yàn)中出現(xiàn)不能開啟的安全閥，必須慎重確定其校驗(yàn)周期，根據(jù)情況實(shí)行一年多檢。

2.2 校驗(yàn)周期的判別

為了使校驗(yàn)人員能方便、快捷的進(jìn)行判別，采取乘積判別式的形式進(jìn)行判別。此外，此種形式也便于數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行自動(dòng)判別。

2.2.1 安全閥校驗(yàn)周期判別式

其中，Y為安全閥校驗(yàn)周期指數(shù)，Kf為腐蝕因子，Km為密封因子，Kz為綜合實(shí)際因子。

2.2.2 判別式各項(xiàng)的取值及實(shí)際操作說明

（1）Kf為腐蝕因子

①檢查安全閥內(nèi)件的工作面，不存在肉眼可識(shí)別的凹坑、溝、槽等腐蝕痕跡，且無腐蝕產(chǎn)物及其它異物，其Kf=1；

②檢查安全閥內(nèi)件的工作面，存在肉眼可識(shí)別的凹坑、溝、槽等腐蝕痕跡或存在腐蝕產(chǎn)物及其它異物，其Kf=0；

（2）Km為密封因子。

①最高操作壓力＜9 0%密封試驗(yàn)壓力，其Km=2；

②90%密封試驗(yàn)壓力≤最高操作壓力＜密封試驗(yàn)壓力，其Km=1；

③最高操作壓力≥密封試驗(yàn)壓力，其Km=0。

（3）Kz為綜合實(shí)際因子。

①不解體性能試驗(yàn)符合《閥規(guī)》要求，即整定壓力偏差與密封試驗(yàn)壓力值均符合要求，其Kz=2；

②不解體性能試驗(yàn)部分符合《閥規(guī)》要求，即整定壓力偏差符合要求，其Kz=1；

③不解體性能試驗(yàn)不符合《閥規(guī)》要求，其Kz=0。

（4）Y安全閥校驗(yàn)周期指數(shù)

①當(dāng)Y=4時(shí)，允許安全閥3年校驗(yàn)一次；如為壓力容器滿足內(nèi)盛裝毒性程度中度以下（不含中度）的氣體介質(zhì)，且工作溫度不大于200℃時(shí)，允許安全閥5年校驗(yàn)一次；

②當(dāng)4＞Y＞0時(shí)，允許安全閥3年校驗(yàn)一次；

③當(dāng)Y=0時(shí)，安全閥每年至少校驗(yàn)一次。

（5）安全閥校驗(yàn)周期指數(shù)說明

①當(dāng)Y=4時(shí)是安全閥延長(zhǎng)校驗(yàn)周期判別式的最大值，也就是說判別式中考慮的三個(gè)因素均取到了最大值，此時(shí)安全閥狀態(tài)較為理想，可以將其校驗(yàn)周期延長(zhǎng)至3～5年。（時(shí)間的選取上在遵循法規(guī)的基礎(chǔ)上，主要考慮裝置的檢修周期；如果要將檢驗(yàn)周期延長(zhǎng)至五年，還必須同時(shí)滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件。）；

②當(dāng)4＞Y＞0時(shí)，說明安全閥在三個(gè)因子方面的表現(xiàn)較好，安全閥狀態(tài)較為理想，允許安全閥校驗(yàn)周期延長(zhǎng)至3年；

③當(dāng)Y=0時(shí)，說明三個(gè)因子的取值至少有一項(xiàng)為零，說明安全閥的狀態(tài)不理想，安全閥校驗(yàn)周期不得延長(zhǎng)；

④當(dāng)Y、Kz同時(shí)為0時(shí)，應(yīng)考慮適當(dāng)縮短校驗(yàn)周期，根據(jù)情況實(shí)行一年多檢。

3 工業(yè)應(yīng)用情況

3.1 安全閥長(zhǎng)周期運(yùn)行的工業(yè)小試情況

根據(jù)校驗(yàn)周期判別式，將某分廠符合要求的140臺(tái)安全閥進(jìn)行了延期處理，其中烴類介質(zhì)110臺(tái)，氣相介質(zhì)22臺(tái)，水相介質(zhì)8臺(tái)。經(jīng)過兩年多的運(yùn)行效果良好。所有延期的安全閥均運(yùn)行正常。后來對(duì)該廠所有延期處理的140臺(tái)安全閥進(jìn)行了不解體試驗(yàn)，測(cè)試的結(jié)果顯示所有安全閥的性能穩(wěn)定。

3.2 推廣驗(yàn)證情況

鑒于工業(yè)小試情況良好，該企業(yè)及時(shí)分析總結(jié)，并形成管理規(guī)定、相關(guān)作業(yè)指導(dǎo)書，正式推廣實(shí)施。截止到目前，共有619臺(tái)安全閥滿足延長(zhǎng)校驗(yàn)周期條件進(jìn)行了延長(zhǎng)。這619臺(tái)安全閥分布情況如下表1所示。

目前，此項(xiàng)工作已成為該公司安全閥常態(tài)工作，累計(jì)延長(zhǎng)周期的安全閥數(shù)千余臺(tái)次。延長(zhǎng)周期的安全閥均平穩(wěn)運(yùn)行，未出現(xiàn)失效狀況。最終達(dá)到滿足國(guó)家規(guī)范，滿足安全生產(chǎn)，滿足企業(yè)對(duì)安全閥檢修周期的需求。

3.3 安全閥長(zhǎng)周期運(yùn)行的效益及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

3.3.1 經(jīng)濟(jì)效益

首先，安全閥一般情況下安裝在承壓設(shè)備的頂部，在拆卸、安裝時(shí)往往需要吊車配合，并且在一些情況下由于空間位置或吊車臂長(zhǎng)所限，需要噸位大幾個(gè)級(jí)別的吊車配合才能完成工作，花費(fèi)巨大；其次，安全閥送檢、檢修（解體、校驗(yàn)、出具報(bào)告）也要花費(fèi)大量的人力、物力。目前，該公司的安全閥數(shù)量為3000多臺(tái)，其中相當(dāng)部分的安全閥可長(zhǎng)周期運(yùn)行，所以經(jīng)濟(jì)效益極為巨大。

3.3.2 社會(huì)效益

安全閥一年一檢，與裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行矛盾顯而易見，對(duì)裝置的平穩(wěn)運(yùn)行有顯著影響，而且在送檢的過程里，除配備雙閥的位置外，裝置會(huì)暫時(shí)的失去安全保護(hù)或安全保護(hù)不足，安全風(fēng)險(xiǎn)不容小視。此外，降低了安全閥送檢的頻率，也在一定程度上避免了在拆卸、送檢、檢修、拉回、安裝過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，社會(huì)效益極為巨大。

4 結(jié)語(yǔ)

通過前后累計(jì)十幾年左右的試驗(yàn)、實(shí)踐，針對(duì)企業(yè)的實(shí)際運(yùn)行情況，建立了一整套確定安全閥校驗(yàn)周期的技術(shù)及管理方法。其中關(guān)于安全閥校驗(yàn)周期判據(jù)，細(xì)致準(zhǔn)確、簡(jiǎn)捷方便、切實(shí)可行。可作為國(guó)家相關(guān)規(guī)范的配套細(xì)則，能夠滿足企業(yè)安全閥安全運(yùn)行的需求。