儀表閥門對安全儀表系統可靠性的影響分析

莊金彬?王昕

摘 要：從現代大型石油生產裝置的安全方面考慮，人們將具有安全保障功能的安全儀表系統（簡稱SIS）引入其中，而儀表閥門作為SIS最重要的組成部分，其質量水平也會對整個安全儀表系統產生重大影響。本文主要分析儀表閥門外漏和內漏對安全儀表系統產生的影響，針對如何通過改良儀表閥門以提高安全儀表系統的可靠性提出一定的建議以供參考。

關鍵詞：儀表閥門;安全儀表系統;可靠性;影響分析

諸如石油產品這樣的運輸介質，有著易燃、易爆、易腐蝕和有毒性的特性，所以人們在開發它的過程中，為了能夠更科學合理，不斷研究各項技術以保障開發人員的安全，儀表自動化技術就是由此而來。近年來，具有安全保障功能的安全儀表系統（簡稱SIS）由于其可靠性，不斷地被引入到各項大型石油生產裝置中，以保障石油生產運輸的安全，保證財產安全以及開發人員的人身安全，防止由生產失誤等原因造成的重大災難事故。儀表閥門是安全儀表系統的重要組成部分，在大型石油生產裝置中是隨處可見，但也正是因為它的頻繁使用，導致一旦出現一些問題，諸如“滴、漏、跑、冒”這樣的現象，就會對整個安全儀表系統造成影響，輕則造成原料泄露，重則導致系統癱瘓，人員傷亡。所以我們應該關注儀表閥門的質量水平，以使其發揮正面積極的影響，提高安全儀表系統可靠性。

一、安全儀表系統及儀表閥門的定義與作用

（一）安全儀表系統的構成及作用

安全儀表系統主要由繼電器、控制系統、現場檢測儀表和電磁閥，以及它們各自對應的開關等構成，是一個系統概念，注重整體性，所以一旦這個系統中一個細小的零部件出現問題，也會對整個系統造成或大或小的影響。而這整個系統配備到裝置中，主要目的就是為了保障安全，所以它對于可靠性的要求十分高。

（二）儀表閥門的定義及作用

儀表閥門是一種管路附件。它的基本功能是通過他的開啟和關閉來實現接通或者阻斷管道內介質的流通與隔絕，以實現對介質的控制目的。所以導致對其的密封性要求十分高，我們需要防止介質在儀表閥門處產生泄露現象。儀表閥門存在密封的部位主要有三處，分別是：啟閉件與閥座兩密封面間的接觸位置;填料與閥桿和填料函的配和處;閥體與閥蓋的連接位置。第一處密封部位如果發生失效，則會導致內漏現象，也就是俗稱的關不嚴，它會對閥門阻斷介質的效果以及儀表的測量精度情況產生影響。后兩處密封部位若發生失效，則會導致外漏現象，這會造成諸如環境污染等較嚴重的現象。對于石油這類有毒、易燃和易爆的介質來說，一旦發生外漏現象，后果將不堪設想，所以儀表閥門的密封性能必須多加重視起來。

二、安全儀表系統的可靠性要求及儀表閥門失效因素

（一）介質對安全儀表系統產生可靠性要求

對于石油裝置系統來說，由于它輸送的介質石油的特殊性，導致它對于安全性的要求會格外的高，所以安全儀表系統的可靠性就格外重要。

根據可靠性工程理論的研究分析，安全儀表系統的所有故障中，大概有百分之九十五來自于外部故障，僅有百分之五的故障發生于控制器系統之中。所以人們在進行安全儀表系統設計之時，要額外注意外部設備的選擇，只有選擇了高質量的儀表閥門，才會提高整體系統的穩定性和可靠性，系統在運行的時候也不易產生故障。

（二）儀表閥門失效的原因分析

儀表閥門失效可以大致分為內部泄露和外部泄露兩種形式，在這兩種泄露中，發生外部泄露帶來的影響會比發生內部泄露時嚴重很多，帶來的危害程度也不一樣，所以我們在關注儀表閥門失效時候，要著重關注造成外部泄露的一些影響因素。在石油工業中，對于石油這類有毒、易燃和易爆的介質來說，一旦發生外漏現象，后果將不堪設想，導致運輸介質出現損耗還是輕的，嚴重一點的會對周圍環境造成污染，施工人員產生傷亡等一系列重大安全事故，損失巨大。

儀表閥門產生外漏的原因主要有以下幾個方面：一是由于制造儀表閥門的時候選取材料的不恰當或者制造的工藝比較落后，閥桿在某個位置出現被咬死的現象，導致閥門出現關閉不嚴乃至無法關閉的情形，引起介質泄露;二是用于鑄造閥體時，選取的砂眼等材料存在缺陷導致鑄造出來的閥體成品也存在缺陷;三是平常在使用開關時候造成的閥桿與填料之間的一些磨損卻沒有及時進行修補，出現上部填料泄漏問題;四是閥蓋和閥體之間的密封性能不完善，泄漏出現在閥體連接處，比如說螺紋密封和卡套由于接口連接方式不一樣，他們互相連接的時候會產生安裝問題，從而導致外部泄露。

儀表閥門內漏，俗稱關不嚴。是由于閥門關閉不嚴引發的一種泄漏現象，它發生位置主要是在閥座密封面這里。它的引發原因主要有以下幾個方面：一是閥門的制造工藝存在疏漏，閥門本身就存在密封不嚴的現象;二是閥頭與閥座的密封面存在磨損現象，這也會影響其密封性，造成泄漏;三是設備裝置在安裝或者使用的過程中，無意間損傷到了閥門的密封面，導致其密封能力出現問題;四是運輸介質在管道中輸送的過程中，由于過濾等環節存在的一些問題，使得介質中存在大量的固體雜質，導致閥座無法關閉嚴實，引發泄露現象。

（三）解決儀表閥門失效的對策

在對儀表閥門失效進行解決時候，首先我們要確定屬于哪種泄露現象，再從造成該種泄露現象的原因中，找到針對性的對策。

防止外部泄露的對策：選用某品牌的加活載二件式填料設計。因為傳統的填料設計都是通過擠壓填料來達到密封的效果的，這需要有較大的力或扭矩作用于球閥才行，這不僅會導致開關的時候很費勁，還會加速密封表面的磨損。傳統的填料設計在日常使用過程中進行維修和填料更換也很麻煩。而在加活載二件式填料設計中，填料可以沿上下或者里外自由滑動，只要給予填料螺母一個小小的力，就能夠達到密封效果，減輕裝置的損耗。

防止閥體連接位置發生泄漏的對策：選用補償式閥座。補償性閥座是一種可以自動調節來維持密封狀態的機制。在高壓的情況下，它里面的球會在壓力作用下往下游，壓平下錯的閥座以實現密封狀態，上游的閥座也會隨之進行相對應的調整來維持密封;在低壓的情況下，錐形碟片彈簧加載的閥座則會在力的作用下壓在球面上以形成密封。

防止閥桿、閥座位置發生泄露的對策：在儀表閥門中，閥桿和閥座是最主要的受力位置，因此在裝置使用過程中，這個位置的零部件也最容易磨損，因此我們在設計選材的時候，需要選用人行足夠強且耐腐蝕和刮擦的原材料。除了選用最好的原材料以及最先進的工藝外，我們在結構上也可以做出相對應的調整，比如使用下密封結構的閥桿，來阻止具有腐蝕性的介質對閥桿的腐蝕;對閥桿的螺紋進行鍍銀處理也可以減輕扭力對于閥桿的損耗，使得閥桿的使用壽命得以延長。

三、結語

從安全方面考慮，人們將具有安全保障功能的安全儀表系統引入大型石油生產裝置中，而為了使得安全儀表系統更具有安全性，我們針對其最主要的組成部分儀表閥門進行了可靠性分析。為了能夠提高儀表閥門的密封性以使其更好地服務安全儀表系統，我們除了選用最好的原材料和最先進的工藝外，還在結構上下了一番功夫。希望通過延長閥門的使用壽命來保障系統和裝置的有效運行，減少外漏和內漏引發的安全事故的發生頻率。

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