先導式水擊泄壓閥動作原理及典型故障分析

楊春花

摘要：本文闡述了先導式水擊泄壓閥的組成結構與原理，分析了閥門誤動作、先導閥過濾器堵塞、錐形閥芯無法復位或密封不嚴等典型故障原因，提出了處理措施與改進建議。

Abstract： This paper describes the structure and principle of pilot type water hammer pressure relief valve， analyzes the valve misoperation， pilot valve filter blockage， cone valve core can not reset or seal is not strict and other typical failure reasons， and puts forward the treatment measures and improvement suggestions.

關鍵詞：水擊泄壓閥;動作原理;故障;聯鎖保護

Key words： water hammer relief valve;action principle;fault;interlock protection

0 ?引言

新建成品油管道一般采用密閉輸送方式，發生水擊時增壓波可能引起液柱分離，超壓嚴重時危及管道運行安全。為保護管道和附屬設施安全，一般采用調節閥保護、泄壓閥保護、壓力開關停機保護等三級保護措施。作為保護輸油管道系統的重要設備，水擊泄壓閥的動作性能直接關系到泄壓閥保護功能能否實現。

1 ?先導式水擊泄壓閥的組成結構與動作原理

1.1 先導式水擊泄壓閥結構原理

現以DANEL先導式水擊泄壓閥為例，水擊泄壓閥由主閥、先導閥、過濾器、集成塊及附屬管線組成（見圖1，集成塊不可見）。

1.2 先導式水擊泄壓閥動作原理

先導式水擊泄壓閥的先導閥由前室、中室、后室組成，前室、中室、后室分別與水擊泄壓閥本體的前腔、中腔、后腔連通。正常工況下，管道流體對先導閥活塞的軸向力小于先導閥調整彈簧力，流體經過先導閥連通閥門本體前腔、中腔（見圖2）。此時，管道流體對錐形閥芯的軸向力小于彈簧變形產生的預緊力，閥門關閉，錐形閥芯與閥座接觸面形成密封帶。

當成品油管道內產生瞬時水擊，壓力超過泄壓閥預設壓力值時，先導閥活塞動作，先導閥中室與后室連通。此時，水擊泄壓閥后腔與中腔相連（見圖3），中腔泄壓，彈簧對錐形閥芯的作用力小于上游流體對錐形閥芯產生的軸向力，閥芯快速開啟，保護管道和設備不被破壞。

2 ?先導式水擊泄壓閥典型故障原因分析

根據水擊泄壓閥故障的外在表象，主要故障可歸納為三類：閥門誤動作、先導閥過濾器堵塞、錐形閥芯無法復位或密封不嚴[1-3]。

2.1 閥門誤動作

先導式水擊泄壓閥誤動作一般表現為中腔泄壓或欠壓、先導閥誤動作。可能原因為：

①多管組件與閥體連接的靜密封面滲漏，閥門中腔泄壓。當中腔壓力補充不及時且錐形閥芯上游壓力大于中腔背壓、彈簧彈力的合力時，錐形閥芯開啟，閥門誤動作。

②先導閥過濾器堵塞、異物卡阻或過濾器內積水遇低溫結冰，導致先導閥前室和中室產生差壓，先導閥動作，閥門中腔和后腔連通后泄壓，錐形閥芯開啟，閥門誤動作。

2.2 先導閥過濾器堵塞

正常工況下，先導閥、主閥內流體保持靜止狀態，過濾器內無介質流動。引起介質流動并將雜質帶入過濾器的原因可能有三種情況：

①水擊泄壓閥開啟測試時，中腔泄壓后補壓引起過濾器內介質流動;

②開啟測試或閥門誤動作后，錐形閥芯歸位過程中閥門中腔補壓引起介質流動;

③錐形閥芯與閥座密封不嚴，閥腔內介質流動引起過濾器內介質流動。當閥芯反復動作時，過濾器內雜質積累在濾芯外，引起過濾器堵塞;

④油品本身不潔凈或清管作業等活動引起油品內雜質增加;

⑤油品含水率較高，過濾器內積水，當環境溫度較低、伴熱帶未投用或發熱量不足以及保溫效果不佳時，積水結冰引起過濾器堵塞。

2.3 錐形閥芯無法復位或密封不嚴

錐形閥芯動作后無法復位或密封不嚴是水擊泄壓常見故障。長時間不復位或密封不嚴，可能引起泄壓罐冒頂。引起主閥閥芯無法復位或密封不嚴的原因可能有：

①雜質停留于錐形閥芯、閥座接觸面上，造成閥芯回位時密封不嚴;

②先導閥過濾器堵塞，造成主閥中腔與后腔連通后泄壓，錐形閥芯無法復位;

③主閥彈簧件損壞或設計制造精度、安裝不到位，造成彈簧變形產生作用力小于管道流體對錐形閥芯的軸向力;

④開啟壓力設定值低于水力計算確定值。

3 ?典型故障處理方法與改進建議

針對閥門誤動作、先導閥過濾器堵塞、錐形閥芯無法復位或密封不嚴等三類典型故障，應根據閥門動作原理和密封原理，尋求解決措施。

①做好閥門等關鍵物資的駐廠監造和物資采購到貨驗收，確保彈簧設計制造具有足夠的剛度，閥門密封性能、動作性能等性能出廠測試合格。

②要建立先導式泄壓閥維護保養和檢修規程，明確閥門檢修周期及密封件更換周期。管道運營單位要充分利用停輸機會，嚴格規程進行水擊泄壓閥開啟壓力定值測試，精確測試和調整先導閥開啟壓力，保證水擊泄壓閥開關動作可靠、反應靈敏;嚴格按照規程進行閥門解體檢修，清理先導閥過濾器雜質和主閥密封面雜質，更換老化、損壞的密封件。

③低溫時段要做好先導閥保溫措施。北方地區要投用電伴熱，設置保溫巖棉和保溫鐵皮，防止先導閥中積水結冰，增大流體流動性，降低堵塞、異物卡阻和結冰風險。

④改造先導式水擊泄壓閥前的閥門執行機構，將手動執行機構更換為電動執行機構。同時，設置泄壓罐高液位報警連鎖關閉泄壓閥前電動截斷閥的保護邏輯，降低錐形閥芯無法復位或密封不嚴故障處理不及時的冒罐風險。

⑤加強對聯鎖保護功能涉及的流程、工藝參數和報警管理，以及保護裝置休眠管理和聯鎖保護功能測試，確保安全保護裝置、自動控制系統性能可靠。

4 ?結論

先導式水擊泄壓閥作為成品油管道水擊保護系統的重要設備，設備完好狀態至關重要。實際生產中，管道運營單位設備管理、自動化管理人員要熟悉掌握閥門故障現象的原因分析方法，嚴格按照維護保養和檢修規程、連鎖保護功能測試規程，做好閥門保養和檢修、保護邏輯測試等工作，確保閥門和自動控制系統性能可靠。

參考文獻：

[1]劉翌燕.先導式水擊泄壓閥動作原理和密封機理的分析[J]. 閥門，2010（04）：18-21.

[2]于京平，馮坤.水擊泄壓閥的應用及失效分析[J].油氣儲運， 2016（02）：173-175.

[3]代一平，謝志斌，等.先導式水擊泄壓閥泄漏原因及解決措施[J].油氣儲運，2017（02）：236-240.