儀表閥門對安全儀表系統(tǒng)可靠性的影響分析

1、<p>　　儀表閥門對安全儀表系統(tǒng)可靠性的影響分析</p><p>　　摘要：通過對儀表閥門的定義、分類、作用、失效因素及選型標(biāo)準(zhǔn)的介紹，結(jié)合工程中一些典型應(yīng)用，系統(tǒng)地分析了儀表閥門選型的重要參數(shù)和安全儀表系統(tǒng)可能存在的“短板”，指出在儀表閥門選型及應(yīng)用中應(yīng)該遵循系統(tǒng)、科學(xué)及創(chuàng)新的原則。文章對于全面提高安全儀表系統(tǒng)可靠性具有一定的實用價值。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：儀表閥門

2、；選擇；安全儀表系統(tǒng)；可靠性 </p><p><b>　　一、概述 </b></p><p>　　隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，考慮到石油產(chǎn)品易燃、易爆或有毒介質(zhì)的特性，其對于儀表自動化水平具有較高的要求.為了保證人員及財產(chǎn)安全，避免因為生產(chǎn)失誤等原因釀成災(zāi)難性的事故，應(yīng)該把安全問題放在首位。具有安全保障的安全儀表系統(tǒng)（簡稱SIS）在越來越多的大型石油生產(chǎn)裝置中得到配置，其中

3、，SIS系統(tǒng)最重要的要求就是性能可靠?，F(xiàn)場儀表閥門是SIS的重要組成部分，一個現(xiàn)代化的石油化工裝置的控制系統(tǒng)中會廣泛用到各式各樣的閥門，跑、冒、滴、漏現(xiàn)象經(jīng)常容易出現(xiàn)，往往是由于設(shè)計選型或使用維修不當(dāng)造成，輕者影響產(chǎn)品質(zhì)量，增加能耗，腐蝕設(shè)備，重者甚至造成安全儀表系統(tǒng)故障而給生產(chǎn)裝置、人員和環(huán)境帶來重大損失，因此人們在追求不斷提高SIS系統(tǒng)的可靠性來保障安全生產(chǎn)的同時，也應(yīng)該關(guān)注儀表閥門等輔助材料的質(zhì)量控制，這樣才能發(fā)揮安全儀表系統(tǒng)的整

4、體性能。 </p><p>　　二、安全儀表系統(tǒng)及儀表閥門的定義與作用 </p><p>　　（一）SIS系統(tǒng)的作用及構(gòu)成 </p><p>　　對于裝置安全保障的SIS系統(tǒng)來說，繼電器、控制系統(tǒng)（PLC或DCS）、電磁閥和現(xiàn)場檢測儀表，以及相應(yīng)的開關(guān)等等組成了SIS系統(tǒng)，其中，整個系統(tǒng)最為重要的要求就是可靠性。SIS是系統(tǒng)化的概念，更關(guān)注整體性，從命名就可以看出來

5、，SIS關(guān)注回路，關(guān)注系統(tǒng)整體，包括安全型的現(xiàn)場檢測器件（變送器，儀表，傳感器）和安全型的現(xiàn)場執(zhí)行器件（安全關(guān)斷閥，泄壓閥，保護(hù)器）等。從廣義上講，SIS的硬件系統(tǒng)不僅包括SIS控制器及IO，還應(yīng)包括所有跟控制器接口的其他輸入部件，例如獲得TUV SIL認(rèn)證的傳感器，變送器，檢測裝置；以及所有輸出部件和現(xiàn)場設(shè)備，如獲得TUV SIL認(rèn)證的執(zhí)行器（液壓安全執(zhí)行器，氣動安全執(zhí)行器，電動型安全執(zhí)行器）。有些嚴(yán)格的現(xiàn)場，要求閥門本體也必須有相關(guān)

6、認(rèn)證（NPT核級證書等）。 </p><p>　?。ǘ﹥x表閥門的定義及作用 </p><p>　　對于流體管路的控制裝置的閥門來說，為了保護(hù)正常運行管路設(shè)備，接通或切斷管路介質(zhì)的流通是其基本功能，同時，還能夠調(diào)節(jié)壓力和流量以及改變流向等等。 </p><p>　　對于儀表系統(tǒng)中常用的管路附件的儀表閥門來說，除了具有閥門改變介質(zhì)通路和流向，控制輸送介質(zhì)的一般功能外，

7、還具有取樣、測量、效驗等輔助功能。儀表閥門最重要的技術(shù)性能指標(biāo)之一則是密封性能。對于閥門的密封來說，主要包括三處，一是開啟件與閥座兩密封面間，二是填料與閥桿和填料位置，三是閥體與閥蓋的連接位置。內(nèi)漏指的就是前一處的失效問題，也就是所謂的關(guān)不嚴(yán)，這對于閥門截斷介質(zhì)的能力及儀表測量精度具有一定影響。外漏則是指后兩處的失效，物料損失，環(huán)境污染則往往是外漏事故的產(chǎn)生后果。外漏現(xiàn)象尤其在燃易爆、有毒或有放射的介質(zhì)中根本不允許，因此，可靠的密封性能

8、對于儀表閥門來說必不可少。 </p><p>　　三、SIS系統(tǒng)的可靠性要求及儀表閥門失效因素 </p><p>　　（一）SIS系統(tǒng)的可靠性要求 </p><p>　　在高安全性能要求的石油裝置系統(tǒng)中，可靠性較高的SIS系統(tǒng)中的可靠性問題顯得尤為重要。在可靠性工程理論的支撐下，隨機(jī)事件的故障分布按照一定規(guī)律。在系統(tǒng)總故障中，95%是來自外部故障，只有5%故障發(fā)生在

9、控制器系統(tǒng)。根據(jù)上述分析，外部設(shè)備的選擇應(yīng)該在系統(tǒng)設(shè)計時特別注意，只有這樣才能提高整體SIS系統(tǒng)的可靠性，這就要求技術(shù)人員選擇系統(tǒng)時要考慮包括選擇高質(zhì)量的儀表閥門對整體控制系統(tǒng)的影響。以提高對現(xiàn)場儀表和I/O卡的維修能力，提高運行水平。 </p><p>　　（二）閥門失效的原因及對策 </p><p>　　內(nèi)部泄漏和外部泄露是閥門失效的兩種形式。外部泄漏比內(nèi)部泄露往往造成更為嚴(yán)重的后果。

10、在石油工業(yè)中，原材料及能源的浪費往往是由于閥門外漏造成的，環(huán)境污染、甚至涉及到人身重大安全事故也有可能發(fā)生，這樣就會給造成嚴(yán)重?fù)p失。 </p><p>　　1.閥門外漏的原因分析 </p><p>　?。?）閥桿在某個位置被咬死往往是由于選材不當(dāng)或工藝落后所造成，這樣的閥桿泄漏往往是由于閥門無法關(guān)閉或關(guān)閉不嚴(yán)造成介質(zhì)泄漏。 </p><p>　?。?）介質(zhì)的泄漏往往

11、是由于鑄造閥體的砂眼等鑄造缺陷， 閥體泄漏的原因經(jīng)常容易通過水壓試驗發(fā)現(xiàn)。 </p><p>　?。?）閥桿泄漏的原因主要是選材不當(dāng)或工藝落后引起閥桿在某個位置被咬死，使閥門無法關(guān)閉或關(guān)閉不嚴(yán)造成介質(zhì)泄漏。 </p><p>　　（4）上部填料泄漏的原因通常是由于經(jīng)常開關(guān)時閥桿與填料之間的磨損產(chǎn)生間隙不能及時補(bǔ)償而泄露。 </p><p>　?。?）閥體連接處泄漏系

12、指閥體與閥蓋之間的密封失效泄露。另外根據(jù)接口連接方式不同，可能會由于螺紋密封和卡套連接時質(zhì)量或安裝問題造成泄露。 </p><p>　　2.閥門內(nèi)漏的原因分析 </p><p>　　內(nèi)漏往往是由于閥門關(guān)閉不嚴(yán)形成的，發(fā)生位置往往是在閥座密封面。其原因主要分析如下： </p><p>　?。?）介質(zhì)的泄漏常常是由于閥門的制造工藝存在問題密封不嚴(yán)而導(dǎo)致，如果用于測量將會

13、造成誤差或流量損失。 </p><p>　?。?）閥頭與閥座密封面磨損造成密封不嚴(yán)，也會引起泄漏損失。 </p><p>　?。?）由于制造，運輸、安裝和使用中，損傷了閥門的密封面導(dǎo)致閥門泄漏。 </p><p>　　（4）由于吹掃或過濾不嚴(yán)而介質(zhì)內(nèi)含有固體雜質(zhì)造成閥座關(guān)閉不嚴(yán)，從而引起介質(zhì)泄漏。 </p><p>　　3.防止泄露的典型對策

14、 </p><p>　　分析造成閥門泄漏的關(guān)鍵問題，就是上述分析的閥體連接部位密封的泄漏（外漏）和閥門上部填料密封的泄漏（外漏）問題，應(yīng)該高度重視對閥門的合理選擇。 </p><p>　?。?）防止填料泄漏（外漏）的對策。傳統(tǒng)的填料設(shè)計需要較大的力來擠壓填料而產(chǎn)生密封。這就要求有較大的力（或扭矩）作用于球閥。高扭矩不但開關(guān)費力也必然導(dǎo)致密封表面的快速磨損和產(chǎn)品使用壽命的縮短。維修和更換填料

15、操作比較麻煩。這里，我們可以選用某品牌的加活載2件式填料設(shè)計，其優(yōu)點在于填料可以沿上下或向里外滑動。因此填料螺母只要給予一個較小的力，就能產(chǎn)生密封，延長壽命。閥桿彈簧在填料上產(chǎn)生活負(fù)載，補(bǔ)償溫度，壓力及磨損。特別是當(dāng)閥桿的V形填料磨損時，楔形填料在彈簧力作用下產(chǎn)生相對運動，重新達(dá)到密封。不會引起泄漏，因此，一般來說我們是不需要重新緊固填料螺母。即使要進(jìn)行維修，操作也是非常簡單，便于在線維修，取得了良好的效果。 </p>&

16、lt;p>　　（2）防止閥體連接部位泄漏的對策。由通過設(shè)計補(bǔ)償式閥座，在高壓時，球被壓迫向下游，壓平下錯閥座，形成密封。上游閥座隨球運動維持密封；在低壓時，錐形碟片彈簧加載的閥座壓在球面上形成密封。維持密封，密封性質(zhì)需要滿足的要求分析如下：①滿足多次拆卸后依然密封的要求；②能適應(yīng)在急劇變化溫度和壓力工作條件下工作；③對振動和沖擊載荷不敏感等；④結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，金屬消耗量少。 </p><p>　?。?）防止

17、閥桿、閥座泄露的對策。閥桿和閥座是閥門中重要的受力及磨損零部件，閥桿材料必須具有足夠的強(qiáng)度和韌性且能耐腐蝕和擦傷，一般應(yīng)對其表面進(jìn)行強(qiáng)化處理。目前，除采用最好的材料和工藝外，在結(jié)構(gòu)上也應(yīng)該設(shè)計獨特，比如，其閥桿采用下密封結(jié)構(gòu)防止介質(zhì)腐蝕，同時閥桿螺紋鍍銀減少扭力增加閥桿的壽命，另外還有一個特點是其閥頭采用無旋轉(zhuǎn)球頭設(shè)計從而在閥頭與閥座間防止非軸向旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的是平滑的閥座密封，這樣可以允許重復(fù)的垂直壓緊關(guān)閉，減少潛在的閥座密封泄漏，延長閥

18、門的使用壽命，減少停車損失。 </p><p><b>　　四、結(jié)語 </b></p><p>　　隨著現(xiàn)代流程工業(yè)自動化和遠(yuǎn)距離流體輸送的發(fā)展，未來閥門將向高參數(shù)、節(jié)能、自控及模塊化結(jié)構(gòu)方向發(fā)展，并將通過不斷采用新材料和新工藝，來提高閥門的使用壽命，從而保證裝置和系統(tǒng)的安全運行。投用SIS系統(tǒng)的目的是在保障人身安全前提下，使生產(chǎn)設(shè)備安全、平穩(wěn)、長效運行。通過可靠性的

19、分析，我們可以明確SIS是系統(tǒng)化的概念，性能可靠不但依賴于控制器內(nèi)部，更依賴于包括現(xiàn)場儀表閥門配件等所有外部設(shè)備，因此要高度重視系統(tǒng)中每個組成部件的質(zhì)量。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]楊剛.煉油裝置儀表測量管路用閥門種類的選用[J].石油化工自動化，2010（6）. </p><p>　　[2]