天然氣輸送站場安全切斷閥切斷控制系統(tǒng)可靠性提升技術(shù)改造研究

摘" 要：該文主要針對天然氣輸送站場安全切斷閥控制靈敏度不高及動作不可靠等問題開展切斷控制系統(tǒng)技術(shù)改造研究，通過改造，極大提升站場安全截斷系統(tǒng)可靠性，優(yōu)化站場工藝結(jié)構(gòu)，有效提升站場風(fēng)險管控水平，設(shè)備運行維護更加有效便捷，生產(chǎn)運行維修成本大幅降低，在站場的安全平穩(wěn)運行方面取得較好效果。

關(guān)鍵詞：天然氣輸送 安全切斷閥 控制系統(tǒng) 可靠性研究

一、引言

安全切斷閥是一種快關(guān)式閥門，常用于易燃易爆油品、燃?xì)獾冉橘|(zhì)管路，在遇到壓力突然升高等突發(fā)情形的時候，閥門因受外部因素作用，閥門啟閉觸發(fā)機構(gòu)就會運作，迅速關(guān)閉相應(yīng)管路，避免事故發(fā)生，起到安全保護作用。安全切斷閥按原理可分為電磁式、機械式、液壓式和氣動式。

（一）設(shè)備故障率逐年增高。企業(yè)每年春檢對安全切斷閥進行功能性測試，故障率逐年增高，大部分安全切斷閥測試時動作參數(shù)值低于允許誤差范圍或響應(yīng)時間滯后且工藝相對復(fù)雜、可靠性低。由于測試時動作參數(shù)值低于允許的誤差范圍，若在春檢或其他功能性測試前未發(fā)現(xiàn)安全切斷閥不滿足要求，繼續(xù)使用該設(shè)備進行輸氣生產(chǎn)，則無法準(zhǔn)確有效進行安全保護，存在一定安全隱患。

（二）維修周期長。常態(tài)下輸氣站場運行平穩(wěn)，安全切斷閥故障主要通過每年春檢或其他功能性測試后才能發(fā)現(xiàn)。站場現(xiàn)有安全切斷系統(tǒng)在遠(yuǎn)程控制過程中，命令下達(dá)后氣源需通過引壓管經(jīng)過電磁閥推動切斷閥指揮器動作。功能測試不合格的需專業(yè)技術(shù)人員或聯(lián)系廠家到現(xiàn)場進行維修，更換維修完成后再測試，增加了維修成本，也增大了站場現(xiàn)場管理風(fēng)險。

針對上述問題，擬從以下兩方面進行探索：一是探索安全切斷閥響應(yīng)故障原因；二是探索安全切斷閥切斷控制系統(tǒng)可靠性提升方法，包括響應(yīng)速度、動作精度的提高。

研究對象：費希爾安全切斷閥12臺，及其在2020至2022年的故障數(shù)據(jù)。

響應(yīng)速度：安全切斷閥達(dá)到切斷壓力范圍內(nèi)開始響應(yīng)的時間。

動作精度：安全切斷閥在達(dá)到切斷壓力條件下允許的誤差范圍。

二、現(xiàn)狀調(diào)查

（一）對安全切斷閥出廠年份使用時長、故障情況進行了調(diào)研。

1.對費希爾安全切斷閥年份情況統(tǒng)計（見表1）：

目前共有12臺費希爾安全切斷閥，均為2014年投產(chǎn)。

2.對2020至2022年費希爾安全切斷閥故障情況進行統(tǒng)計（見表2）：

2020至2022年費希爾安全切斷閥出現(xiàn)故障16臺次。從故障類型來看因電磁閥故障導(dǎo)致不動作的有10臺，超響應(yīng)時間的有6臺，故障頻率成逐年上升趨勢。

（二）對電磁閥故障原因進行了調(diào)查，通過對電磁閥進行拆卸分析，原因主要為：

1.電磁閥多為常供電模式，正常狀態(tài)下溫度較高，容易加速其內(nèi)部塑料元器件老化。

2.貴州氣候潮濕多雨，電磁閥內(nèi)部主要功能性結(jié)構(gòu)為線圈，線圈易受潮氧化。

（三）若取消電磁閥，再通過功能改造使安全切斷閥正常工作，取得的效果主要有：

1.按照電磁閥市場價格統(tǒng)計分析，每年可節(jié)省此品牌安全切斷閥維修成本約20000元。

2.有效節(jié)省維修電磁閥故障產(chǎn)生的人力及人員、物資調(diào)度成本。

3.有效提升安全切斷系統(tǒng)的響應(yīng)率及響應(yīng)速度，提升站場的安全可靠性。

三、設(shè)定改造目標(biāo)

在對現(xiàn)狀調(diào)查、分析、統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，確定研究目標(biāo)：一是查找費希爾安全切斷閥結(jié)構(gòu)及故障主要原因。二是探索功能改造或代替方法。三是實現(xiàn)精準(zhǔn)采集變送器電源信號。四是減少設(shè)備維修及更換采購費用。

四、要因分析

1.對2020至2022年費希爾安全切斷閥未響應(yīng)是否與電磁閥故障有關(guān)進行統(tǒng)計分析（見表3），判斷出電磁閥年限與故障的關(guān)系。

分析：2020年測試安全切斷閥12臺，未響應(yīng)2臺，故障率達(dá)到17%，原因均為電磁閥故障導(dǎo)致。2021年測試安全切斷閥12臺，未響應(yīng)3臺，故障率達(dá)到25%，原因均為電磁閥故障導(dǎo)致。2022年測試安全切斷閥12臺，未響應(yīng)5臺，故障率達(dá)到42%，原因均為電磁閥故障導(dǎo)致。結(jié)合上述數(shù)據(jù)分析可知，電磁閥使用時間越長故障率越高。

2.對費希爾安全切斷閥“起跳值”進行測試，判斷引壓管取壓精度是否會隨著設(shè)備使用年限逐年降低，直至判斷為故障。

分析看出，安全切斷閥在正常使用中響應(yīng)靈敏沒有出現(xiàn)逐年降低趨勢，“起跳值”超響應(yīng)時間或超出設(shè)定值情況沒有隨著使用年限增長出現(xiàn)明顯衰減趨勢，安全切斷閥在使用達(dá)到一定年限后彈簧會產(chǎn)生彈性形變，從而影響切斷靈敏度。

3.電磁閥壽命一般損耗要因確認(rèn)。一是電磁閥最佳工作時間為3至5年，在工作狀態(tài)下，會自然氧化，超過一定年限后靈敏性會降低或故障；二是電磁閥易因外因發(fā)生故障，在發(fā)生撞擊、浸水，或在高溫高濕環(huán)境使用、電流電壓不穩(wěn)定時，電磁閥會發(fā)生故障。

五、對策

針對上述要因分析，制定對策（見表4）。

六、實施

（一）設(shè)備儀器準(zhǔn)備（見表5）

（二）實驗工具準(zhǔn)備（見表6）

（三）實驗流程：一是拆除原費希爾安全切斷閥上指揮器，將自加工閥門驅(qū)動裝置安裝固定在費希爾安全切斷閥上；二是用防爆繞性管分別與壓力變送器和自加工閥門驅(qū)動裝置連接，并準(zhǔn)備好被測儀器；0三是在站控上位機上進行程序編寫和畫面組態(tài)。

結(jié)論：通過現(xiàn)場測試17次，切斷控制響應(yīng)速度滿足要求，試驗結(jié)果與設(shè)想結(jié)果基本相符。使用該方法可以順利完成安全切斷閥的切斷功能，滿足輸氣生產(chǎn)的基本要求。

七、效果

一是提升了設(shè)備可靠性。改造后切斷閥控制系統(tǒng)響應(yīng)靈敏度較通過引壓管經(jīng)過電磁閥推動切斷閥指揮器動作更靈敏，提高現(xiàn)場輸氣生產(chǎn)安全可靠性。

二是提升站場風(fēng)險管控水平。通過一個集電磁閥和費希爾安全切斷閥上指揮器等功能于一體的閥門驅(qū)動裝置，直接在壓力變送器處引入信號源，通過程序?qū)懭朐O(shè)定值，控制更加精準(zhǔn)，取消電磁閥及引壓管，最大限度的優(yōu)化了安全切斷系統(tǒng)的工藝，避免引壓管蹦脫事件的發(fā)生，有效提升了站場風(fēng)險管控水平。

三是設(shè)備運行維護更加有效便捷。實現(xiàn)安全切斷閥切斷值設(shè)置可視化。作業(yè)區(qū)人員可根據(jù)現(xiàn)場實際生產(chǎn)的需要，在站控室就可以完成壓力設(shè)置，不需要兩個人配合現(xiàn)場手動反復(fù)調(diào)壓測試。同時站控上位機面板上增加響應(yīng)組態(tài)畫面，可實現(xiàn)單體ESD功能。

四是降低生產(chǎn)運行維修成本。安全切斷閥功能性優(yōu)化改造后，能有效節(jié)省因維修電磁閥產(chǎn)生人力及人員、物資調(diào)度成本。