关于安全阀校验周期判别的实验研究

马文贺 郭兴建

（1. 富城能源集团有限公司，新疆 克拉玛依 834000；2. 中国石油大学（北京）克拉玛依校区，新疆 克拉玛依 834000）

0 引言

国家规范《安全阀安全技术监察规程》（以下简称《阀规》）第七章第一百一十四条规定安全阀应当定期进行校验，一般每年至少校验一次。并且也说明了在生产上需要时，可以适当延长校验周期[1]。第七章第一百一十五条规定适当延长安全阀的框架性的基本条件。但企业具体如何操作，如何分辨每台安全阀适当的校验周期十分困难。以某石化企业为例，随着石化装备、工艺及管理水平的提高，装置运行周期逐渐延长为3～4年，安全阀的校验周期与装置的检修周期不同步，增加了大量的人力物力的消耗，同时也增大了装置运行风险。石化企业有延长安全阀检修周期的迫切需求[2]。

在实现标准化管理的基础上，经过在某石化公司5年的工业试验，累计延长周期的安全阀共1300余台。延长周期的安全阀均平稳运行，未出现失效状况。最终满足了装置的延长安全阀校验周期的需求。

1 安全阀运行状况分析

安全阀之所以不能长周期运行是因为运行过程中，其性能可能会发生变化。只要通过研究找出影响安全阀性能的因素，并通过运行一个周期后的不解体性能测试加以验证，就可以将可延长周期的安全阀区分出来。因此，对某石化公司校验周期在近两年间的安全阀进行性能及使用情况检查和测试，并将失效形式及原因进行了汇总。

1.1 安全阀运行状况试验

1.1.1 不解体台架性能试验

对到期送检的安全阀，在原始状态下不解体测试整定压力和密封试验压力[3]，了解安全阀在运行了原有一个周期后的性能变化情况。

1.1.2 解体检查

对到期送检的安全阀进行解体检查，检查安全阀的洁净度、内件装配、密封面腐蚀、调节圈设置、部件粘连、介质堵塞等方面的情况。

1.1.3 弹簧的刚度试验

对到期送检的安全阀，选取不同压力段、不同温度段、不同厂家的弹簧进行弹簧刚度测试，了解弹簧刚度的变化情况。

1.1.4 粘性介质对安全阀性能的影响试验

选取粘性介质，测试安全阀在粘性介质环境中开启压力变化情况。

1.2 试验结果分析

1.2.1 不解体台架性能试验结果

共进行了2268台次的安全阀不解体台架试验，其中2167台安全阀运行一周期（一年）后性能稳定，101台安全阀失效，占试验安全阀总量的4.5%。根据试验情况，发现泄漏83台，开启压力变化6台（含泄漏5台），阀门不能开启17台，未发现安全阀启闭不灵活以及频跳或颤振失效。在失效的安全阀中，蒸汽介质占的比重最大，有24台蒸汽介质的安全阀失效；粘性介质和粉料介质出现了安全阀不开启的情况。

1.2.2 解体检查结果

为了了解安全阀失效原因，对失效安全阀进行解体检查。发现安全阀失效的原因为密封面存在异物（2台）、阀座或阀瓣密封面腐蚀（80台）、系统压力设置或控制不当（22台）、弹簧性能发生变化（4台）、介质堵塞（17台）。

1.2.3 弹簧的刚度试验结果

选取289台蒸汽工况下的安全阀，拆下其弹簧进行刚度测试，发现在289根弹簧刚度测试中，有4根弹簧的刚度发生变化。

1.2.4 粘性介质对安全阀性能的影响结果

对某石化公司粘度较高的介质进行粘度试验，发现介质粘度较高的安全阀整定压力集中在0.5～1.8MPa。因此，在20℃环境下，将整定压力为0.5MPa、1.0MPa 、1.5MPa的三台新安全阀放在表3中的七种介质中分别浸泡24h、240h、480h后，进行安全阀整定压力值的测试。实验结果表明粘度在100mm2/s（20℃）以下，介质对安全阀的性能无影响。

1.3 试验结论

通过以上试验分析可以得出以下结论：

（1）该公司安全阀最主要的失效形式是安全阀泄漏。安全阀泄漏的主要原因是腐蚀和系统压力设置或控制不当造成的。所以腐蚀和系统压力设置是安全阀延长校验周期必须考虑的因素；

（2）蒸汽介质温度较高、压力较大，对安全阀的冲蚀严重；

（3）粘性介质对安全阀性能影响较大；

（4）毒性介质一旦泄漏导致环境污染危害极大；

（5）粉料介质易于在阀体内部形成局部集结，致使安全阀不能开启，危害极大；

（6）通过安全阀不解体性能试验可以验证安全阀在运行过程中的稳定性。

2 安全阀长周期的判据

延长周期运行的前提是遵循规范、确保安全，根据上述试验，我们以出现失效的可能性和失效后的危害作为一个衡量基准，将可能出现问题的或一旦出现问题危害较大的安全阀剔除出来；其次，以运行状况和性能作为一个衡量基准，对清洁介质环境下，运行条件好，无任何腐蚀，并且经过一个运行周期性能无变化的安全阀延长校验周期。

基于上述思想，在《阀规》的框架下，根据实验结果制定安全阀长周期的判据。

2.1 安全阀不宜延长校验周期的情况

通过大量的实验分析，有以下几类情况的安全阀不适于延长校验周期：

（1）蒸汽环境下使用的安全阀；

（2）固体粉料环境下使用的安全阀，但在安全阀入口处加装爆破片，该安全阀可以根据评定办法延长其校验周期；

（3）在介质毒性为高度以上（含高度）环境下使用的安全阀；

（4）在介质粘度为100mm2/s以上环境下使用的安全阀；

（5）运行时间不足一个校验周期的安全阀；

（6）在不解体性能试验中出现不能开启的安全阀，必须慎重确定其校验周期，根据情况实行一年多检。

2.2 校验周期的判别

为了使校验人员能方便、快捷的进行判别，采取乘积判别式的形式进行判别。此外，此种形式也便于数据库进行自动判别。

2.2.1 安全阀校验周期判别式

其中，Y为安全阀校验周期指数，Kf为腐蚀因子，Km为密封因子，Kz为综合实际因子。

2.2.2 判别式各项的取值及实际操作说明

（1）Kf为腐蚀因子

①检查安全阀内件的工作面，不存在肉眼可识别的凹坑、沟、槽等腐蚀痕迹，且无腐蚀产物及其它异物，其Kf=1；

②检查安全阀内件的工作面，存在肉眼可识别的凹坑、沟、槽等腐蚀痕迹或存在腐蚀产物及其它异物，其Kf=0；

（2）Km为密封因子。

①最高操作压力＜9 0%密封试验压力，其Km=2；

②90%密封试验压力≤最高操作压力＜密封试验压力，其Km=1；

③最高操作压力≥密封试验压力，其Km=0。

（3）Kz为综合实际因子。

①不解体性能试验符合《阀规》要求，即整定压力偏差与密封试验压力值均符合要求，其Kz=2；

②不解体性能试验部分符合《阀规》要求，即整定压力偏差符合要求，其Kz=1；

③不解体性能试验不符合《阀规》要求，其Kz=0。

（4）Y安全阀校验周期指数

①当Y=4时，允许安全阀3年校验一次；如为压力容器满足内盛装毒性程度中度以下（不含中度）的气体介质，且工作温度不大于200℃时，允许安全阀5年校验一次；

②当4＞Y＞0时，允许安全阀3年校验一次；

③当Y=0时，安全阀每年至少校验一次。

（5）安全阀校验周期指数说明

①当Y=4时是安全阀延长校验周期判别式的最大值，也就是说判别式中考虑的三个因素均取到了最大值，此时安全阀状态较为理想，可以将其校验周期延长至3～5年。（时间的选取上在遵循法规的基础上，主要考虑装置的检修周期；如果要将检验周期延长至五年，还必须同时满足标准规定的条件。）；

②当4＞Y＞0时，说明安全阀在三个因子方面的表现较好，安全阀状态较为理想，允许安全阀校验周期延长至3年；

③当Y=0时，说明三个因子的取值至少有一项为零，说明安全阀的状态不理想，安全阀校验周期不得延长；

④当Y、Kz同时为0时，应考虑适当缩短校验周期，根据情况实行一年多检。

3 工业应用情况

3.1 安全阀长周期运行的工业小试情况

根据校验周期判别式，将某分厂符合要求的140台安全阀进行了延期处理，其中烃类介质110台，气相介质22台，水相介质8台。经过两年多的运行效果良好。所有延期的安全阀均运行正常。后来对该厂所有延期处理的140台安全阀进行了不解体试验，测试的结果显示所有安全阀的性能稳定。

3.2 推广验证情况

鉴于工业小试情况良好，该企业及时分析总结，并形成管理规定、相关作业指导书，正式推广实施。截止到目前，共有619台安全阀满足延长校验周期条件进行了延长。这619台安全阀分布情况如下表1所示。

目前，此项工作已成为该公司安全阀常态工作，累计延长周期的安全阀数千余台次。延长周期的安全阀均平稳运行，未出现失效状况。最终达到满足国家规范，满足安全生产，满足企业对安全阀检修周期的需求。

3.3 安全阀长周期运行的效益及经验总结

3.3.1 经济效益

首先，安全阀一般情况下安装在承压设备的顶部，在拆卸、安装时往往需要吊车配合，并且在一些情况下由于空间位置或吊车臂长所限，需要吨位大几个级别的吊车配合才能完成工作，花费巨大；其次，安全阀送检、检修（解体、校验、出具报告）也要花费大量的人力、物力。目前，该公司的安全阀数量为3000多台，其中相当部分的安全阀可长周期运行，所以经济效益极为巨大。

3.3.2 社会效益

安全阀一年一检，与装置的长周期运行矛盾显而易见，对装置的平稳运行有显著影响，而且在送检的过程里，除配备双阀的位置外，装置会暂时的失去安全保护或安全保护不足，安全风险不容小视。此外，降低了安全阀送检的频率，也在一定程度上避免了在拆卸、送检、检修、拉回、安装过程中的安全风险，社会效益极为巨大。

4 结语

通过前后累计十几年左右的试验、实践，针对企业的实际运行情况，建立了一整套确定安全阀校验周期的技术及管理方法。其中关于安全阀校验周期判据，细致准确、简捷方便、切实可行。可作为国家相关规范的配套细则，能够满足企业安全阀安全运行的需求。