天然氣輸送站場安全切斷閥切斷控制系統可靠性提升技術改造研究

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技術改造研究，通過改造，極大提升站場安全截斷系統可靠性，優化站場工藝結構，有效提升站場風險管控水平，設備運行維護更加有效便捷，生產運行維修成本大幅降低，在站場的安全平穩運行方面取得較好效果。

關鍵詞：天然氣輸送 安全切斷閥 控制系統 可靠性研究

一、引言

安全切斷閥是一種快關式閥門，常用于易燃易爆油品、燃氣等介質管路，在遇到壓力突然升高等突發情形的時候，閥門因受外部因素作用，閥門啟閉觸發機構就會運作，迅速關閉相應管路，避免事故發生，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）設備故障率逐年增高。企業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值低于允許誤差范圍或響應時間滯后且工藝相對復雜、可靠性低。由于測試時動作參數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現安全切斷閥不滿足要求，繼續使用該設備進行輸氣生產，則無法準確有效進行安全保護，存在一定安全隱患。

（二）維修周期長。常態下輸氣站場運行平穩，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現。站場現有安全切斷系統在遠程控制過程中，命令下達后氣源需通過引壓管經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技術人員或聯系廠家到現場進行維修，更換維修完成后再測試，增加了維修成本，也增大了站場現場管理風險。

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故障原因；二是探索安全切斷閥切斷控制系統可靠性提升方法，包括響應速度、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年的故障數據。

響應速度：安全切斷閥達到切斷壓力范圍內開始響應的時間。

動作精度：安全切斷閥在達到切斷壓力條件下允許的誤差范圍。

二、現狀調查

（一）對安全切斷閥出廠年份使用時長、故障情況進行了調研。

1.對費希爾安全切斷閥年份情況統計（見表1）：

目前共有12臺費希爾安全切斷閥，均為2014年投產。

2.對2020至2022年費希爾安全切斷閥故障情況進行統計（見表2）：

2020至2022年費希爾安全切斷閥出現故障16臺次。從故障類型來看因電磁閥故障導致不動作的有10臺，超響應時間的有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，正常狀態下溫度較高，容易加速其內部塑料元器件老化。

2.貴州氣候潮濕多雨，電磁閥內部主要功能性結構為線圈，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計分析，每年可節省此品牌安全切斷閥維修成本約20000元。

2.有效節省維修電磁閥故障產生的人力及人員、物資調度成本。

3.有效提升安全切斷系統的響應率及響應速度，提升站場的安全可靠性。

三、設定改造目標

在對現狀調查、分析、統計的基礎上，確定研究目標：一是查找費希爾安全切斷閥結構及故障主要原因。二是探索功能改造或代替方法。三是實現精準采集變送器電源信號。四是減少設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是否與電磁閥故障有關進行統計分析（見表3），判斷出電磁閥年限與故障的關系。

分析：2020年測試安全切斷閥12臺，未響應2臺，故障率達到17%，原因均為電磁閥故障導致。2021年測試安全切斷閥12臺，未響應3臺，故障率達到25%，原因均為電磁閥故障導致。2022年測試安全切斷閥12臺，未響應5臺，故障率達到42%，原因均為電磁閥故障導致。結合上述數據分析可知，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靈敏沒有出現逐年降低趨勢，“起跳值”超響應時間或超出設定值情況沒有隨著使用年限增長出現明顯衰減趨勢，安全切斷閥在使用達到一定年限后彈簧會產生彈性形變，從而影響切斷靈敏度。

3.電磁閥壽命一般損耗要因確認。一是電磁閥最佳工作時間為3至5年，在工作狀態下，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生故障，在發生撞擊、浸水，或在高溫高濕環境使用、電流電壓不穩定時，電磁閥會發生故障。

五、對策

針對上述要因分析，制定對策（見表4）。

六、實施

（一）設備儀器準備（見表5）

（二）實驗工具準備（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動裝置連接，并準備好被測儀器；0三是在站控上位機上進行程序編寫和畫面組態。

結論：通過現場測試17次，切斷控制響應速度滿足要求，試驗結果與設想結果基本相符。使用該方法可以順利完成安全切斷閥的切斷功能，滿足輸氣生產的基本要求。

七、效果

一是提升了設備可靠性。改造后切斷閥控制系統響應靈敏度較通過引壓管經過電磁閥推動切斷閥指揮器動作更靈敏，提高現場輸氣生產安全可靠性。

二是提升站場風險管控水平。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動裝置，直接在壓力變送器處引入信號源，通過程序寫入設定值，控制更加精準，取消電磁閥及引壓管，最大限度的優化了安全切斷系統的工藝，避免引壓管蹦脫事件的發生，有效提升了站場風險管控水平。

三是設備運行維護更加有效便捷。實現安全切斷閥切斷值設置可視化。作業區人員可根據現場實際生產的需要，在站控室就可以完成壓力設置，不需要兩個人配合現場手動反復調壓測試。同時站控上位機面板上增加響應組態畫面，可實現單體ESD功能。

四是降低生產運行維修成本。安全切斷閥功能性優化改造后，能有效節省因維修電磁閥產生人力及人員、物資調度成本。