先導式安全閥在天然氣輸氣流程中的應用分析

趙洪波 趙媛媛

（1、中石化西南油氣分公司油氣銷售中心，四川 德陽618000 2、中石化管道儲運有限公司武漢輸油處，湖北 武漢430070）

先導式安全閥（又稱脈沖式安全閥）是一種安全保護用閥，依靠從導閥排出介質來驅動或者控制主閥的安全閥，導閥本身是標準的彈簧直接載荷式安全閥。它的啟閉件受外力作用下處于常閉狀態，當設備或管道內的介質壓力升高，超過規定值時自動開啟，通過向系統外排放介質來防止管道或設備內介質壓力超過規定數值。從而有效地對設備及管道進行保護，避免事故的發生。本文主要分析先導式安全閥的結構原理、反向是否能夠導通、在大型集輸站，在同一個放空系統，不同的壓力等級的流程區的應用進行分析，對于長輸管道碰口、清管等作業的投產置換方案編制及實施的安全防護措施的制定，具有較大的實際意義。

1 結構原理

如圖1，先導式安全閥由主閥和導閥組成了，導閥隨著系統介質介質壓力的變化而動作，主閥則由導閥的驅動或控制而動作。

圖1 先導式安全閥結構圖

當被保護系統處于正常運行狀況時，導閥閥瓣處于關閉狀態，系統壓力從主閥進口通過導管和導閥傳入主閥閥瓣上方氣室。由于活塞面積大于閥瓣密封面面積，系統壓力對閥瓣產生一個向下的合力，使主閥處于關閉、密封狀態。

當系統壓力升高達到整定壓力時，導閥開啟，同時滑閥向上移動封閉導閥的進氣通道。主閥閥瓣上方氣室的介質經由打開的導閥排出，使主閥閥瓣上方壓力降低，主閥閥瓣在進口壓力的推動下打開使系統泄壓。

當系統壓力降低到一定值時，導閥回座并帶動頂桿頂開滑閥，系統壓力再次通過導閥傳入主閥閥瓣上方氣室，并推動主閥閥瓣關閉。

2 反向導通

一般情況下，先導式安全閥都是在管線及設備超過設定壓力時，泄放管道及設備的介質，降低其壓力，從而有效地保護設備及管線安全運行。但當出口壓力高于整定壓力時，先導式安全閥能否打開主閥通道，從對主閥閥芯的拆解（如圖2）的結構來分析，是能夠打開主閥通道的。閥芯和導向筒之間有密封圈，防止上下游竄氣失壓。當安全閥反向壓力高于整定壓力時，將推動閥芯的O型密封圈帶動閥芯上行，閥芯離開閥座，安全閥反向導通，放空管線的氣體進入該安全閥保護的管線及設備。下面通過理論計算及2 個實驗可以進一步驗證。

圖2 主閥閥芯實物拆解圖

2.1 H 站整定壓力0.38 兆帕先導式安全閥試驗

2.1.1 理論近似計算。H 站輸氣流程屬于復雜工藝流程，其中有高壓工業用戶，也有低壓民用氣。整個工藝流程共用一套放空系統。輸Z公司的安全閥整定壓力0.38 兆帕，距離5 米處有一個干線放空點，該放空點距離總放空管出口約100 米，根據某點壓力計算公式，我們可以計算當放空壓力達到0.38 兆帕時，放空起始壓力的數值。

其中：P1 為起點壓力

P2 為終點壓力

Px為某點壓力

X為某點距起始點的距離

L為管線總長

其具體數據為：Px（絕）=0.48MPa p2（絕）=0.1MPa X=5m L=100m

將數據帶入公式，可以得出放空起始壓力為：0.492MPa。由此可以推斷當放空起始壓力達到0.492MPa 時，距離5 米處的放空管線的絕對壓力為0.38MPa。也就是說該點先導式安全閥的出口壓力已經達到其整定壓力。

2.1.2 試壓驗證

X 年X 月X 日，在H 站進行試驗驗證，該站屬于綜合性的集輸站，既有工業用戶，也有低壓民用。同時該站實際流程共用一套放空系統。在距離先導式安全閥5 米處有一干線放空裝置，其管線壓力1.2MPa，Z公司實際壓力0.12MPa，當開啟干線放空裝置放空時，Z公司管線的壓力逐漸上升，至0.2MPa 時，關閉放空。

圖3 在H 站現場實驗

2.2 新購置整定壓力3.0MPa 先導式安全閥試驗

將新購置的整定壓力為3.0MPa 的安全閥，反向連接，采用水壓進行試驗，結果當壓力在0.05MPa 時，不泄漏。但當高于0.05MPa時，安全閥的正向進口已經有水冒出。此時由于安全閥的上閥腔沒有加載壓力，只有預設的彈簧壓力壓緊閥芯，由此可以證明該彈簧的預設壓力也是0.05 兆帕。該實驗也能證明先導式安全閥能夠反向導通。

圖4 現場采用水試壓

3 結論

通過對不同規格、不同廠家的先導式安全進行分析和實驗，可以證明先導式安全閥反向是可以導通的。

據調查了解天然氣輸配氣站場的工藝流程都只有一個放空系統，無論是高壓放空、還是低壓放空，都是共用一條放空管線，還有的站是與用戶、或者采氣站共用一個放空系統。由于先導式安全閥能夠反向導通，故當高壓管線進行放空時，其放空介質就會進入低壓管線及設備，如果屬于同一介質時，會導致低壓管線及設備的壓力升高超壓，損壞設備。如果不屬于同一介質，會導致兩種介質混合，如果空氣與天然氣混合，將會發生爆炸事故，如果是惰性氣體與天然氣混合，會造成用戶不能正常點火。

由于有以上潛在的非常危險的因素，所以我們在管線碰口、管道的吹掃試壓作業過程中，需要進行放空作業時，一定要充分分析輸配氣站的流程，使用閥門將高低壓流程的放空系統隔開，避免介質的混合，引發安全事故。