成品油輸送管道中氮氣式水擊泄壓閥檢定裝置的應(yīng)用

1.概況

在成品油輸送管道上安裝水擊泄壓閥的主要目的是當(dāng)管道中的液體發(fā)生水壓沖擊并達到設(shè)定值時，水擊泄壓閥以較大泄放量快速開啟，使水擊壓力波的強度得到減弱，有效地泄放管道中的超高壓力，起到保護管道和設(shè)備的目的。氮氣式水擊泄壓閥具有流通能力大、響應(yīng)迅速、適用性強等特點，在成品油輸送管道中主要應(yīng)用于油品下載管道上，但其異常泄壓、內(nèi)漏、泄壓壓力不準(zhǔn)確等問題威脅著安全生產(chǎn)。自前，常規(guī)的在線測試和簡單的壓力設(shè)定維護方式難以滿足實際運行需求，導(dǎo)致閥門故障頻發(fā)。因此，設(shè)計一套高效、精確的檢定及測試裝置顯得尤為重要。

2.氮氣式水擊泄壓閥的原理及問題

2.1氮氣式水擊泄壓閥的原理

如圖1所示，氮氣式水擊泄壓閥的主閥與機械式先導(dǎo)主閥相似，主閥芯的控制腔與氮氣式先導(dǎo)系統(tǒng)相連。該系統(tǒng)主要由氮氣瓶組、指示壓力表、氣體減壓器和閥組組成。系統(tǒng)構(gòu)建時，需配備相應(yīng)的氣站以確保正常運行。工作過程中，設(shè)定氮氣先導(dǎo)系統(tǒng)壓力，當(dāng)系統(tǒng)壓力超過設(shè)定值時，油液推動主閥芯移動，壓縮氮氣，開啟主閥。當(dāng)進油口油液壓力降低，被壓縮的氮氣重新膨脹，將主閥推回原位，實現(xiàn)關(guān)閉。由于先導(dǎo)控制系統(tǒng)使用氮氣，溫度變化會影響氣體體積，因此通常配備溫差補償瓶以補償溫差引起的先導(dǎo)壓力變化。

2.2氮氣式水擊泄壓閥的問題分析

氮氣式水擊泄壓閥在輸油管道上應(yīng)用多年，但缺乏離線檢定裝置。因此，在周期性檢定和維護測試時只能在線進行，導(dǎo)致動作壓力設(shè)定值誤差較大，功能性測試不完整，給氮氣式水擊泄壓閥的運行帶來了較大隱患。

2.2.1案例一

某年7月27日，某輸油站在停輸工況下進行緊急停車按鈕測試時，導(dǎo)致下載線壓力超高。聯(lián)鎖關(guān)閉閥門后，氮氣式水擊泄壓閥前壓力升高，超過設(shè)定值，但該氮氣式水擊泄壓閥未在設(shè)計值位置動作，實際動作壓力遠高于設(shè)計值?，F(xiàn)場和SCADA畫面顯示氮氣壓力正常，但該氮氣式水擊泄壓閥動作后未能復(fù)位，存在泄漏。該氮氣式水擊泄壓閥型號為HXY41X/Y-300。分析原因為：沒有檢定裝置，檢驗時為在線測試，實際壓力設(shè)定值與設(shè)計要求偏差較大，導(dǎo)致該氮氣式水擊泄壓閥未正常動作。

2.2.2案例二

某年10月5日，某輸油站油品下載線因油庫罐根閥異常關(guān)閉，導(dǎo)致下載線壓力超高。聯(lián)鎖關(guān)閉下載總閥后，氮氣式水擊泄壓閥前壓力升至1.8Mpa，遠超設(shè)定值1.6Mpa，但該氮氣式水擊泄壓閥未動作，現(xiàn)場和SCADA畫面顯示氮氣壓力正常。分析原因為：沒有離線檢定裝置，維護時僅進行在線檢定測試，實際壓力設(shè)定值與設(shè)計要求偏差較大，導(dǎo)致該氮氣式水擊泄壓閥未正常動作。

3.氮氣式水擊泄壓閥檢定裝置設(shè)計

根據(jù)《國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GGW03001.3—2022油氣儲運資產(chǎn)完整性管理規(guī)范》的要求，每6個月需進行一次氮氣式水擊泄壓閥動作測試，設(shè)定值為1.6±0.1MPa ，以確保氮氣式水擊泄壓閥的安全可靠性。然而，由于某公司缺乏測試平臺，氮氣式水擊泄壓閥檢定測試工作面臨諸多問題。為解決在線檢定的弊端，需將氮氣式水擊泄壓閥拆卸后委托第三方測試機構(gòu)進行檢定，但物流時間長導(dǎo)致氮氣式水擊泄壓閥長時間離線，使管道得不到有效保護，存在較大安全隱患并增加生產(chǎn)成本。在線檢定氮氣式水擊泄壓閥時，測試動作泄壓需管線壓力超過設(shè)定值，不利于現(xiàn)場安全生產(chǎn)。為解決這些問題，專業(yè)人員查閱技術(shù)資料，結(jié)合氮氣式水擊泄壓閥的檢定工作原理及特性，設(shè)計并制作氮氣式水擊泄壓閥測試平臺。

3.1氮氣式水擊泄壓閥檢定裝置設(shè)計選材

根據(jù)現(xiàn)場氮氣式水擊泄壓閥的法蘭參數(shù)、壓力等級及工況和測試要求，準(zhǔn)備所需材料。某轄區(qū)內(nèi)大多數(shù)站場的氮氣式水擊泄壓閥規(guī)格為2”150Lb，下載線管道上的氮氣式水擊泄壓閥規(guī)格為3”150Lb。主要材料選用油氣管道常用的Q235無縫管，口徑為DN80。按氮氣式水擊泄壓閥規(guī)格購買2”150Lb法蘭一塊和 3^s 150Lb法蘭兩塊，并按設(shè)計尺寸要求進行下料組對焊接，購買其他附件進行組裝。

3.2氮氣式水擊泄壓閥檢定裝置結(jié)構(gòu)

氮氣式水擊泄壓閥檢定裝置如圖2所示，由連接法蘭、主管、泄壓閥、手搖泵接口閥、高精度數(shù)字壓力表、手搖泵、壓力平衡管等部件組成。

為了便于移動測試平臺，特意為測試平臺制作一小車。作業(yè)人員將測試平臺組裝好后，將水擊閥進口連接在測試平臺法蘭連接處，安裝完成后，進行注水，注滿水后進行保壓測試，通過手搖泵打壓至1Mpa，保壓5分鐘左右，觀察壓力平臺壓力是否下降，如無變化，則證明平臺無滲漏，可以開展測試作業(yè)。模擬水擊壓力進行打壓測試，完成作業(yè)后將打壓污水進行回收處理。

4.氮氣式水擊泄壓閥檢定裝置在實際工作中的應(yīng)用

4.1氮氣式水擊泄壓閥檢定裝置操

作步驟

在對氮氣式水擊泄壓閥進行檢定的過程中，逐步總結(jié)了各個操作步驟，以避免錯誤操作和遺漏，確保檢定壓力設(shè)定的精度和測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。前期操作步驟如下：

（一）前期準(zhǔn)備工作。組織人員辦理氮氣式水擊泄壓閥停用審批及作業(yè)申請并審批完成，填寫氮氣式水擊泄壓閥檢定作業(yè)卡、記錄表等。

（二）停用和拆卸氮氣式水擊泄壓伐。 ① 先記錄現(xiàn)場氮氣瓶減壓閥后壓力儀表值和壓力變送器上壓力儀表值，作為檢定前的初始參考值。 ② 關(guān)閉氮氣式水擊泄壓閥上下游閥門，停用氮氣式水擊泄壓閥。 ③ 關(guān)閉氮氣式水擊泄壓閥與氮氣瓶連接氣管的出口閥，放空泄壓閥腔內(nèi)壓力，斷開氮氣瓶與氮氣式水擊泄壓閥連接管線。 ④ 通過氮氣式水擊泄壓閥底部排污絲堵泄壓掉管道內(nèi)殘余壓力和油品（注意排污絲堵要小心慢慢旋松）。 ⑤ 將氮氣式水擊泄壓閥從管線上拆下，在原管線法蘭7兩端加裝盲板。⑥ 將氮氣式水擊泄壓閥運至非生產(chǎn)區(qū)域進行檢定。

（三）檢定準(zhǔn)備工作。 ① 對氮氣式水擊泄壓閥檢定裝置各處接頭密封部件進行檢查，發(fā)現(xiàn)漏氣或損壞要及時更換，對閥門泄壓通道進行清理。 ② 檢查氮氣瓶壓力，當(dāng)?shù)獨馄繅毫Σ蛔愕獨馐剿畵粜箟洪y塞設(shè)定控制壓力的1.1倍時，應(yīng)及時更換氮氣瓶。 ③ 檢查氮氣式水擊泄壓閥與氮氣減壓閥、氮氣瓶之間的連接是否正確可靠，氮氣瓶是否已充滿氮氣。將氮氣瓶出口閥打開，調(diào)整減壓閥出口壓力為0.6MPa，檢查氮氣系統(tǒng)各接點是否有滲漏、氮氣式水擊泄壓閥閥塞處是否有氣體滲漏。

（四）檢定及壓力設(shè)定。 ① 將氮氣式水擊泄壓閥上游法蘭端與檢定裝置的法蘭進行連接，安裝數(shù)字壓力表（精度等級0.5以上），安裝進水閥和排水閥（壓力等級要高于氮氣式水擊泄壓閥），打壓口連接打壓泵。在打壓檢定前，要將短節(jié)用清水灌滿。 ② 旋緊氮氣式水擊泄壓閥底部排污絲堵，關(guān)閉閥腔放空閥。安裝好氮氣式水擊泄壓閥閥腔壓力變送器，連接好檢定氮氣瓶和氮氣式水擊泄壓閥管線。 ③ 慢慢打開與氮氣瓶連接的出口閥，防止突然壓力波動損壞氮氣瓶上減壓閥的內(nèi)部零件（氮氣瓶上減壓閥入口表將顯示供給壓力）。④ 根據(jù)制造廠家提供的泄壓閥控制特性曲線，按管線要求的設(shè)定壓力調(diào)整確定氮氣的控制壓力。 ⑤ 設(shè)定好氮氣控制壓力后，開啟打壓泵給氮氣式水擊泄壓閥上游端加壓，開始進行檢定操作。⑥ 加壓泵要緩緩注壓，通過加壓泵打壓，記錄壓力表顯示的氮氣式水擊泄壓閥動作壓力值，檢查閥塞動作是否正常、回位是否正常。若氮氣式水擊泄壓閥動作壓力值與工藝設(shè)定壓力值不符，則調(diào)整氣瓶減壓閥，重新進行打壓操作，直至在管線設(shè)定壓力值時，氮氣式水擊泄壓閥能準(zhǔn)確發(fā)生泄壓動作，此時記錄最終的氮氣瓶減壓閥出口壓力表值。 ⑦ 關(guān)閉氣瓶出口閥，泄壓閥腔壓力，排凈閥內(nèi)水，拆除氮氣式水擊泄壓閥與檢定裝置連接法蘭及附件，準(zhǔn)備運回現(xiàn)場回裝。

（五）回裝及投用。 ① 將氮氣式水擊泄壓閥回裝至原管道。連接好氮氣瓶和氮氣式水擊泄壓閥控制壓力氣體管線。 ② 調(diào)整氮氣瓶減壓閥，使減壓閥后壓力表顯示值與檢定時的最終記錄值一致。 ③ 氮氣控制壓力調(diào)完后，將壓力變送器控制器的高壓泄壓報警點比閥塞控制壓力調(diào)高0.1Mpa，低壓氮氣泄漏報警點比閥塞控制壓力調(diào)低 0.1Mpa ④ 高低限報警值設(shè)置完成后，進行報警測試工作。 ⑤ 氮氣式水擊泄壓閥高低限報警測試完成后，打開上下游閥門，投用泄壓閥。 ⑥ 氮氣式水擊泄壓閥測試完畢后，填寫氮氣式水擊泄壓定值測試報告，做好檢定記錄，并對照記錄數(shù)據(jù)調(diào)整SCADA系統(tǒng)上的工藝設(shè)定值。

4.2檢定注意事項

（一）在未獲得作業(yè)許可且未進行現(xiàn)場安全風(fēng)險分析的情況下，作業(yè)人員不得擅自拆卸或更換損壞部件。在作業(yè)過程中，若整個管線系統(tǒng)內(nèi)的壓力未完全釋放，切勿拆卸或打開泄壓閥及系統(tǒng)中的任何附屬設(shè)備，以免引發(fā)不必要的傷害事故。

（二）在重新安裝氮氣調(diào)壓閥之前，需清潔調(diào)壓閥密封接口和氮氣瓶接口，確保連接牢固無泄漏。完成氮氣供氣裝置、調(diào)壓閥及管路的安裝、維護和檢修后，應(yīng)在各接頭處涂抹肥皂水，檢查是否有氣泡產(chǎn)生，確保各連接處無泄漏。

（三）氮氣式水擊泄壓閥的設(shè)定值測試周期不應(yīng)超過1年，測試精度為設(shè)定值 ±0.1MPa 當(dāng)測試值達到設(shè)定值精度范圍時，應(yīng)至少重復(fù)測試3次，每次測試值均需在設(shè)定值測試精度范圍內(nèi)，以最后一次測試值作為實際設(shè)定值，并如實填寫測試報告。若初始測試值超出設(shè)定值 ±0.2MPa 范圍，應(yīng)分析原因并加密測試，測試周期不超過1個月，下一次測試正常后方可延長測試周期（不超過1年）。

（四）氮氣式水擊泄壓閥開啟泄壓壓力為固定值，但在測試中允許有一定偏差，以提高測試的可操作性。不同廠家的設(shè)備對允許的偏差范圍有所不同，對于高壓泄壓閥，充許的偏差值超過0.1MPa_c 。如果在兩次測試中分別以上、下允許偏差值為開啟泄壓值，那么兩次整定值相差0.1MPa，這可能導(dǎo)致管道壓力稍高時，氮氣式水擊泄壓閥無法自動開啟，無法正常泄壓。

4.3效果及意義

（一）提高氮氣式水擊泄壓閥的壓力檢定精度。與在線檢定相比，使用氮氣式水擊泄壓閥檢定裝置能顯著提升檢定精度。首先，采用高精度的數(shù)字壓力表，如0.01級，根據(jù)設(shè)定壓力值選擇不同量程的壓力表，壓力表量程為工作壓力的2至3倍，并在測試前進行校準(zhǔn)。其次，選擇針對氮氣介質(zhì)的專用減壓閥，其設(shè)定壓力精度應(yīng)高于泄壓閥的設(shè)定精度。

（二）檢定動作更加直觀。與在線檢定相比，無法直接觀察氮氣式水擊泄壓閥閥芯的動作，導(dǎo)致閥芯動作的不確定性增加。在氮氣式水擊泄壓閥出口加裝帶管的法蘭，并將管插入水中，可以更清晰地觀察閥芯的動作，進一步確保檢定的準(zhǔn)確性。

（三）提高檢定安全性。氮氣式水

擊泄壓閥在檢定時的壓力遠超管道實際工作壓力，在線檢定無法有效隔離壓力。使用檢定裝置后，可實現(xiàn)壓力隔離。

（四）縮短檢定周期，降低維護成本。氮氣式水擊泄壓閥送第三方檢定，不僅耗時費力，還增加了額外的維護成本，影響生產(chǎn)持續(xù)性，檢定效率較低。應(yīng)用檢定裝置后，不但縮短了檢定周期，還減少了維護成本。

5.結(jié)束語

氮氣式水擊泄壓閥的壓力設(shè)定精度是油氣輸送管道安全、可靠泄放水擊壓力的關(guān)鍵參數(shù)。通過自主研發(fā)的氮氣式水擊泄壓閥檢定裝置，實現(xiàn)了離線檢定工作，能夠更高效、高質(zhì)量、高精度、安全地進行周期性測試、維護保養(yǎng)和檢定，確保其始終處于正常工作狀態(tài)，從而降低運行故障率，增強設(shè)備的可靠性和使用壽命，保障油氣管道的安全穩(wěn)定運行。該檢定裝置的成功研制和應(yīng)用，為氮氣式水擊泄壓閥及類似設(shè)備的維護管理提供了經(jīng)驗和參考，并在實際應(yīng)用中不斷優(yōu)化和改進，希望推廣到不同生產(chǎn)場所。

作者單位：國家管網(wǎng)集團西南管道有限責(zé)任公司貴陽輸油氣分公司