關于安全閥校驗周期判別的實驗研究

馬文賀 郭興建

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

0 引言

國家規范《安全閥安全技術監察規程》（以下簡稱《閥規》）第七章第一百一十四條規定安全閥應當定期進行校驗，一般每年至少校驗一次。并且也說明了在生產上需要時，可以適當延長校驗周期[1]。第七章第一百一十五條規定適當延長安全閥的框架性的基本條件。但企業具體如何操作，如何分辨每臺安全閥適當的校驗周期十分困難。以某石化企業為例，隨著石化裝備、工藝及管理水平的提高，裝置運行周期逐漸延長為3～4年，安全閥的校驗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，同時也增大了裝置運行風險。石化企業有延長安全閥檢修周期的迫切需求[2]。

在實現標準化管理的基礎上，經過在某石化公司5年的工業試驗，累計延長周期的安全閥共1300余臺。延長周期的安全閥均平穩運行，未出現失效狀況。最終滿足了裝置的延長安全閥校驗周期的需求。

1 安全閥運行狀況分析

安全閥之所以不能長周期運行是因為運行過程中，其性能可能會發生變化。只要通過研究找出影響安全閥性能的因素，并通過運行一個周期后的不解體性能測試加以驗證，就可以將可延長周期的安全閥區分出來。因此，對某石化公司校驗周期在近兩年間的安全閥進行性能及使用情況檢查和測試，并將失效形式及原因進行了匯總。

1.1 安全閥運行狀況試驗

1.1.1 不解體臺架性能試驗

對到期送檢的安全閥，在原始狀態下不解體測試整定壓力和密封試驗壓力[3]，了解安全閥在運行了原有一個周期后的性能變化情況。

1.1.2 解體檢查

對到期送檢的安全閥進行解體檢查，檢查安全閥的潔凈度、內件裝配、密封面腐蝕、調節圈設置、部件粘連、介質堵塞等方面的情況。

1.1.3 彈簧的剛度試驗

對到期送檢的安全閥，選取不同壓力段、不同溫度段、不同廠家的彈簧進行彈簧剛度測試，了解彈簧剛度的變化情況。

1.1.4 粘性介質對安全閥性能的影響試驗

選取粘性介質，測試安全閥在粘性介質環境中開啟壓力變化情況。

1.2 試驗結果分析

1.2.1 不解體臺架性能試驗結果

共進行了2268臺次的安全閥不解體臺架試驗，其中2167臺安全閥運行一周期（一年）后性能穩定，101臺安全閥失效，占試驗安全閥總量的4.5%。根據試驗情況，發現泄漏83臺，開啟壓力變化6臺（含泄漏5臺），閥門不能開啟17臺，未發現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，蒸汽介質占的比重最大，有24臺蒸汽介質的安全閥失效；粘性介質和粉料介質出現了安全閥不開啟的情況。

1.2.2 解體檢查結果

為了了解安全閥失效原因，對失效安全閥進行解體檢查。發現安全閥失效的原因為密封面存在異物（2臺）、閥座或閥瓣密封面腐蝕（80臺）、系統壓力設置或控制不當（22臺）、彈簧性能發生變化（4臺）、介質堵塞（17臺）。

1.2.3 彈簧的剛度試驗結果

選取289臺蒸汽工況下的安全閥，拆下其彈簧進行剛度測試，發現在289根彈簧剛度測試中，有4根彈簧的剛度發生變化。

1.2.4 粘性介質對安全閥性能的影響結果

對某石化公司粘度較高的介質進行粘度試驗，發現介質粘度較高的安全閥整定壓力集中在0.5～1.8MPa。因此，在20℃環境下，將整定壓力為0.5MPa、1.0MPa 、1.5MPa的三臺新安全閥放在表3中的七種介質中分別浸泡24h、240h、480h后，進行安全閥整定壓力值的測試。實驗結果表明粘度在100mm2/s（20℃）以下，介質對安全閥的性能無影響。

1.3 試驗結論

通過以上試驗分析可以得出以下結論：

（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壓力設置或控制不當造成的。所以腐蝕和系統壓力設置是安全閥延長校驗周期必須考慮的因素；

（2）蒸汽介質溫度較高、壓力較大，對安全閥的沖蝕嚴重；

（3）粘性介質對安全閥性能影響較大；

（4）毒性介質一旦泄漏導致環境污染危害極大；

（5）粉料介質易于在閥體內部形成局部集結，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可以驗證安全閥在運行過程中的穩定性。

2 安全閥長周期的判據

延長周期運行的前提是遵循規范、確保安全，根據上述試驗，我們以出現失效的可能性和失效后的危害作為一個衡量基準，將可能出現問題的或一旦出現問題危害較大的安全閥剔除出來；其次，以運行狀況和性能作為一個衡量基準，對清潔介質環境下，運行條件好，無任何腐蝕，并且經過一個運行周期性能無變化的安全閥延長校驗周期。

基于上述思想，在《閥規》的框架下，根據實驗結果制定安全閥長周期的判據。

2.1 安全閥不宜延長校驗周期的情況

通過大量的實驗分析，有以下幾類情況的安全閥不適于延長校驗周期：

（1）蒸汽環境下使用的安全閥；

（2）固體粉料環境下使用的安全閥，但在安全閥入口處加裝爆破片，該安全閥可以根據評定辦法延長其校驗周期；

（3）在介質毒性為高度以上（含高度）環境下使用的安全閥；

（4）在介質粘度為100mm2/s以上環境下使用的安全閥；

（5）運行時間不足一個校驗周期的安全閥；

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

2.2 校驗周期的判別

為了使校驗人員能方便、快捷的進行判別，采取乘積判別式的形式進行判別。此外，此種形式也便于數據庫進行自動判別。

2.2.1 安全閥校驗周期判別式

其中，Y為安全閥校驗周期指數，Kf為腐蝕因子，Km為密封因子，Kz為綜合實際因子。

2.2.2 判別式各項的取值及實際操作說明

（1）Kf為腐蝕因子

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

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

（2）Km為密封因子。

①最高操作壓力＜9 0%密封試驗壓力，其Km=2；

②90%密封試驗壓力≤最高操作壓力＜密封試驗壓力，其Km=1；

③最高操作壓力≥密封試驗壓力，其Km=0。

（3）Kz為綜合實際因子。

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

②不解體性能試驗部分符合《閥規》要求，即整定壓力偏差符合要求，其Kz=1；

③不解體性能試驗不符合《閥規》要求，其Kz=0。

（4）Y安全閥校驗周期指數

①當Y=4時，允許安全閥3年校驗一次；如為壓力容器滿足內盛裝毒性程度中度以下（不含中度）的氣體介質，且工作溫度不大于200℃時，允許安全閥5年校驗一次；

②當4＞Y＞0時，允許安全閥3年校驗一次；

③當Y=0時，安全閥每年至少校驗一次。

（5）安全閥校驗周期指數說明

①當Y=4時是安全閥延長校驗周期判別式的最大值，也就是說判別式中考慮的三個因素均取到了最大值，此時安全閥狀態較為理想，可以將其校驗周期延長至3～5年。（時間的選取上在遵循法規的基礎上，主要考慮裝置的檢修周期；如果要將檢驗周期延長至五年，還必須同時滿足標準規定的條件。）；

②當4＞Y＞0時，說明安全閥在三個因子方面的表現較好，安全閥狀態較為理想，允許安全閥校驗周期延長至3年；

③當Y=0時，說明三個因子的取值至少有一項為零，說明安全閥的狀態不理想，安全閥校驗周期不得延長；

④當Y、Kz同時為0時，應考慮適當縮短校驗周期，根據情況實行一年多檢。

3 工業應用情況

3.1 安全閥長周期運行的工業小試情況

根據校驗周期判別式，將某分廠符合要求的140臺安全閥進行了延期處理，其中烴類介質110臺，氣相介質22臺，水相介質8臺。經過兩年多的運行效果良好。所有延期的安全閥均運行正常。后來對該廠所有延期處理的140臺安全閥進行了不解體試驗，測試的結果顯示所有安全閥的性能穩定。

3.2 推廣驗證情況

鑒于工業小試情況良好，該企業及時分析總結，并形成管理規定、相關作業指導書，正式推廣實施。截止到目前，共有619臺安全閥滿足延長校驗周期條件進行了延長。這619臺安全閥分布情況如下表1所示。

目前，此項工作已成為該公司安全閥常態工作，累計延長周期的安全閥數千余臺次。延長周期的安全閥均平穩運行，未出現失效狀況。最終達到滿足國家規范，滿足安全生產，滿足企業對安全閥檢修周期的需求。

3.3 安全閥長周期運行的效益及經驗總結

3.3.1 經濟效益

首先，安全閥一般情況下安裝在承壓設備的頂部，在拆卸、安裝時往往需要吊車配合，并且在一些情況下由于空間位置或吊車臂長所限，需要噸位大幾個級別的吊車配合才能完成工作，花費巨大；其次，安全閥送檢、檢修（解體、校驗、出具報告）也要花費大量的人力、物力。目前，該公司的安全閥數量為3000多臺，其中相當部分的安全閥可長周期運行，所以經濟效益極為巨大。

3.3.2 社會效益

安全閥一年一檢，與裝置的長周期運行矛盾顯而易見，對裝置的平穩運行有顯著影響，而且在送檢的過程里，除配備雙閥的位置外，裝置會暫時的失去安全保護或安全保護不足，安全風險不容小視。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險，社會效益極為巨大。

4 結語

通過前后累計十幾年左右的試驗、實踐，針對企業的實際運行情況，建立了一整套確定安全閥校驗周期的技術及管理方法。其中關于安全閥校驗周期判據，細致準確、簡捷方便、切實可行?？勺鳛閲蚁嚓P規范的配套細則，能夠滿足企業安全閥安全運行的需求。