切断阀复杂气路的改进

徐进涛

(中国石化上海石油化工股份有限公司芳烃部，200540)

切断阀复杂气路的改进

徐进涛

(中国石化上海石油化工股份有限公司芳烃部，200540)

研究了切断阀复杂气路的工作原理，分析了各种可能会出现的异常情况。为确保切断阀达到故障安全型的要求，提出改进措施，提高了切断阀的安全等级，为装置的安全平稳运转提供保障。

切断阀 故障安全型 安全等级 改进

随着石化企业生产规模的不断扩大，工艺流程也日趋复杂，事故发生的几率和危害程度也不断增加，安全联锁保护系统越来越成为石化装置不可缺少的一部分[1]，切断阀的应用在安全保护过程中也更加广泛、复杂。

文章讨论的切断阀为加热炉燃料气切断阀，正常时此切断阀为打开状态，从联锁系统保护角度来讲，当加热炉炉管物料流量低低、燃料气压力低低、控制室停炉按钮按下、就地停炉按钮按下、燃料气长明灯压力低低这5个联锁条件中有一个

发生，切断阀就关闭，而从工艺安全生产角度来讲，当此切断阀出现断电、断气、断信号时，此切断阀应该保持关闭状态,所以此切断阀为故障关阀门。

1 切断阀复杂气路现状

1.1 目前切断阀复杂气路组成介绍

目前切断阀复杂气路由2个过滤减压阀、2个两位三通电磁阀、1个锁止阀、1个两位五通气控阀、2个两位三通气控阀、1个储气罐、1个单向阀组成，具体见图1介绍。

①-过滤减压阀；②-两位三通电磁阀；③-锁止阀；④-两位五通气控阀；⑤-两位三通气控阀；⑦-过滤减压阀；⑧-储气罐；⑨-单向阀

1.2 存在的问题

1.2.1 无法实现气源中断阀门关闭要求

仪表风中断气路见图2所示。此切断阀类型为故障关阀门，但是当气源中断时，阀门无法实现关闭功能，具体情况是当仪表风总管压力出现断气情况时，由于储气罐进口有一个单向阀，单向阀有单向导通作用，此时自动切断储气罐与仪表风总管的联系，切断阀的仪表风供气由储气罐提供。储气罐⑧的仪表风先去过滤减压阀⑦，然后分为3路：第一路为控制气去锁止阀③，第二路也为控制气去两位三通电磁阀②，第三路去过滤减压阀①。第一路去锁止阀③的仪表风由于压力大于锁止阀的设定值350 kPa，气可以通过锁止阀③，然后去2个两位三通气控阀⑤，2个两位三通气控阀⑤有气后，导致2个两位三通气控阀⑤各自的2号口与3号口导通。第二路去电磁阀②的气由于电磁阀带电，电磁阀带电导致两位三通电磁阀②的2号口与3号口导通，气路通过1号电磁阀②的3号口后进入两位五通气控阀④，导致气控阀④的2号口与3号口导通，5号口与4号口导通。而第三路气经过过滤减压阀①后，从两位五通气控阀④的2号后进入后，再从此气控阀的3号口去2号两位三通气控阀⑤的2号口，然后经过此气控阀的3号口后去切断阀中部气室，中部气室内气体持续不断的供应，保证了中部气室内气压较左侧、右侧气室压力大，活塞牢牢地靠在气缸的左侧、右侧，而气缸左侧气室、右侧气室的多余气体去1号两位三通气控阀⑤的3号口，然后从此气控阀的2号口去两位五通气控阀④的4号口，最后从此气控阀的5号口排出，因此切断阀还是保持打开状态，从工艺生产安全角度来讲达不到要求。

-主仪表风供气；-控制气供气

1.2.2 锁止阀气路出现故障时，将变成隐性故障

目前的气路在过滤减压阀⑦至锁止阀③这一段仪表管线存在仪表风泄露情况，或者此段气路出现堵住情况，并且足够导致进锁止阀③的仪表风压力小于锁止阀③的设定值时，此切断阀将继续保持开状态，具体见图3所示。如果仪表巡检过程未及时发现，此问题将变为隐性故障，当装置需要联锁停车时，切断阀将无法关闭，导致无法联锁停车，严重的话将导致安全事故。

具体分析如下：此时仪表总管的仪表风首先通过单向阀⑨，然后再通过储气罐⑧后去过滤减压阀⑦，然后分为3路：第一路为控制气去锁止阀③，第二路也为控制气去两个两位三通电磁阀②，第三路去过滤减压阀①。第一路去锁止阀③的仪表风由于锁止阀仪表风管线存在泄漏导致压力小于锁止阀的设定值350 kPa，仪表风就无法通过锁止阀③，也就无法通过2个两位三通气控阀⑤，2个两位三通气控阀⑤无气后，导致2个两位三通气控阀⑤各自的1号口与3号口导通,2号口不通。第二路去电磁阀②的气由于电磁阀带电，电磁阀带电导致两个两位三通电磁阀②各自的2号口与3号口导通，气路通过1号电磁阀②的3号口后进入两位五通气控阀④，导致气控阀④的2号口与3号口导通，5号口与4号口导通。而第三路气经过过滤减压阀①后，从两位五通气控阀④的2号后进入后，再从此气控阀的3号口出去后去2号两位三通气控阀⑤的2号口，由于2号两位三通气控阀⑤的2号与其他口不通，第一路气到此结束。而气缸中部的气体通过仪表风管线到达2号两位三通气控阀⑤的3号口，由于此气控阀的3号口与1号口导通，气缸中部的气体通过此口排出。而左侧、右侧气缸的剩余气体首先到达1号两位三通气控阀⑤的3号口，由于此气控阀的3号口与1号口导通，气缸左侧、右侧剩余气体通过此口排出。由于1号、2号两位三通气控阀⑤的一号口都与大气端相连，最终左侧、右侧、中部的气缸压力都等于大气压，由于此切断阀执行机构中不带有复位弹簧，所以左侧、右侧活塞还是停留在原来位置，切断阀还是保持打开状态。

-主仪表风供气；-控制气供气

2 整改措施

2.1 整改后切断阀联锁复位情况分析

整改后切断阀联锁复位气路见图4所示。具体解析将结合图4详细介绍。

-主仪表风供气；-控制气供气气路；-储气罐供气气路

切断阀处于关闭状态时，当仪表风压力正常，供应正常，两个两位三通电磁阀②都正常带电后，从仪表总管来的SUP1这一路仪表风分为3路，第一路为控制气去锁止阀③，第二路也为控制气去两个两位三通电磁阀②，第三路去过滤减压阀①。其中第一路去锁止阀③的仪表风由于压力大于锁止阀的设定值350 kPa，仪表风就通过了锁止阀③，然后去2个两位三通气控阀⑤，2个两位三通气控阀⑤有气后，导致2个两位三通气控阀⑤各自的2号口与3号口导通。第二路去电磁阀②的气由于电磁阀带电，电磁阀带电导致两个两位三通电磁阀②各自的2号口与3号口导通，气路通过1号电磁阀②的3号口后进入两位五通气控阀④，导致气控阀④的2号口与3号口导通，5号口与4号口导通。而第三路气经过过滤减压阀①后，从两位五通气控阀④的2号口进入，再从此气控阀的3号口去2号两位三通气控阀⑤的2号口，然后经过此气控阀的3号口后去切断阀中部气室，中部气室内气体逐渐增多，进而导致气室内活塞向两侧运动，导致气缸的左侧气室、右侧气室的多余气体去图纸上方的两位三通气控阀⑤的3号口，然后从此气控阀的2号口去两位五通气控阀④的4号口，最后从此气控阀的2号口排出，而从仪表风总管过来的SUP2仪表风经过单向阀⑨后去储气罐⑧，然后再去过滤减压阀⑦，由于1号两位三通的气控阀2号口与3号口相通，1号口不通，所以正常情况下储气罐这一路气路是不进仪表风的，至此切断阀就打开了。

2.2 整改后切断阀联锁动作情况分析

整改后切断阀联锁动作气路见图5所示。当联锁系统发出停车指令后，两个两位三通电磁阀②同时失电，此时仪表总管来的SUP1这一路仪表风首先分为3路：第一路为控制气去锁止阀③，第二路也为控制气去两位三通电磁阀②，第三路去过滤减压阀①。第一路去锁止阀③的仪表风由于压力大于锁止阀的设定值350 kPa，气可以通过锁止阀③，然后去2个两位三通气控阀⑤，2个两位三通气控阀⑤有气后，导致2个两位三通气控阀⑤各自的2号口与3号口导通。第二路去2个电磁阀②的气由于电磁阀失电导致两位三通电磁阀②的1号口与3号口导通，气路无法通过任意一个电磁阀②的3号口后进入两位五通气控阀④，导致气控阀④失气，气控阀④失气后导致自己的1号口与3号口导通，2号口与4号口导通。而第三路气经过过滤减压阀①后，从两位五通气控阀④的2号后进入，再从此气控阀的4号口出去后去1号两位三通气控阀⑤的2号口，然后经过此气控阀的3号口后去切断阀左侧、右侧气室，左侧、右侧的气室内气体增多，导致左侧、右侧的气室内活塞向中间运动，进而导致中部气室内的多余气体去2号的两位三通气控阀⑤的3号口，然后从此两位三通气控阀的2号口去两位五通气控阀④的3号口，最后从此气控阀的1号口排出，而此时由仪表风总管来的SUP2这一路仪表风经过单向阀⑨后去储气罐⑧，然后再去过滤减压阀⑦，由于1号两位三通的气控阀2号口与3号口相通，1号口不通，所以正常情况下储气罐这一路气路是不进仪表风的，至此切断阀就关闭。

-主仪表风供气；-控制气供气气路；-储气罐供气气路

2.3 整改后仪表风中断情况分析

整改后仪表风中断情况气路见图6所示。当仪表风总管压力出现断气但两个电磁阀还是正常带电时，此时由仪表总管来的SUP1这一路仪表风分为3路：第一路为控制气去锁止阀③，第二路也为控制气去两个两位三通电磁阀②，第三路去过滤减压阀①。由于仪表风中断导致第一路去锁止阀③的仪表风压力小于锁止阀的设定值350 kPa，仪表风就无法通过锁止阀③，也就无法去2个两位三通气控阀⑤，由于2个两位三通气控阀⑤无气导致2个两位三通气控阀⑤各自的1号口与3号口导通。而第二路去电磁阀②的气由于电磁阀带电，电磁阀带电导致2个两位三通电磁阀②各自的2号口与3号口导通，但是由于仪表风中断，虽然1号电磁阀②的2号口与3号口相通，但是没有仪表风进入两位五通气控阀④，导致气控阀④的1号口与3号口导通，2号口与4号口导通。而第三路去过滤减压阀①的仪表风，虽然两位五通气控阀④的2号与4号口相通，但是由于仪表风中断，无法由此两位五通气控阀④的2号去此气控阀的4号口，进而无法去1号两位三通气控阀⑤的2号口，所以此路气路不通。而从仪表风总管过来的SUP2仪表风由于存在单向阀，单向阀具有单向导通性，当仪表总管气源中断时，自动切断仪表总管与储气罐⑧的联系，而此时储气罐⑧的仪表风经过过滤减压阀⑦去1号两位三通气控阀⑤的1号口，由1号两位三通的气控阀1号口与3号口相通，2号口不通，仪表风就由1号气控阀的1号口去此气控阀的3号口，进而进入切断阀的左侧、右侧气室，气缸左侧、右侧气体逐渐增多，导致左侧、右侧气室压力大于中间气室压力，推动气缸内活塞向中部靠近，而中部气缸内气体则通过仪表风管线去2号两位三通气控阀的3号口，此时由于2号气控阀⑤失气，则此气控阀的3号口与1号口导通，则中部气体通过2号气控阀的1号口排出，至此切断阀就由开变成关状态。

-主仪表风供气；-控制气供气气路；-储气罐供气气路

2.4 整改后气控锁止阀存在问题后情况分析

整改后气控锁止阀存在问题后气路情况见图7所示。当锁止阀③气路气源压力不足但是两个电磁阀还是正常带电时，此时由仪表总管来的SUP1这一路仪表风分为3路，第一路为控制气去锁止阀③，第二路也为控制气去两个两位三通电磁阀②，第三路去过滤减压阀①。由于仪表风中断导致第一路去锁止阀③的仪表风压力小于锁止阀的设定值350 kPa，仪表风就无法通过锁止阀③，也就无法去2个两位三通气控阀⑤，由于2个两位三通气控阀⑤无气导致2个两位三通气控阀⑤各自的1号口与3号口导通。而第二路去电磁阀②的气由于电磁阀带电，电磁阀带电导致两个两位三通电磁阀②各自的2号口与3号口导通，仪表风经1号电磁阀去两位五通气控阀④，导致气控阀④的2号口与3号口导通，4号口与5号口导通。而第三路去过滤减压阀①的仪表风，由于两位五通气控阀④的2号与3号口相通，仪表风由此两位五通气控阀④的2号去此气控阀的3号口，然后去2号两位三通气控阀⑤的2号口，但是由于此气控阀2号口与3号口不通，所以此路气路到此停止。而从仪表风总管过来的SUP2仪表风首先经过单向阀⑨，然后去储气罐⑧后再去过滤减压阀⑦，接着去1号两位三通气控阀⑤的1号口，由1号两位三通气控阀1号口与3号口相通，2号口不通，仪表风就由1号气控阀的1号口去此气控阀的3号口，进而进入切断阀的左侧、右侧气室，气缸左侧、右侧气体逐渐增多，导致左侧、右侧气室压力大于中间气室压力，推动气缸内活塞向中部靠近，而中部气缸内气体则通过仪表风管线去2号两位三通气控阀的3号口，此时由于2号气控阀失气，则此气控阀的3号口与1号口导通，则中部气体通过2号气控阀的1号口排出，至此切断阀就关闭了。

备注：-主仪表风供气；-控制气供气气路；-储气罐供气气路

3 结语

切断阀作为联锁系统的一员，在安全保护方面启到举足轻重的作用，在联锁设计过程中，必须将可能发生的所有异常情况都考虑到，实现切断阀的故障安全型，通过对切断阀复杂气路进行改进，将可能发生的隐形故障以显性故障形式体现出，保证了联锁系统的安全性的要求，提高了切断阀的安全等级，为装置的安全平稳运转贡献一份自己应该尽的义务。

[1] 唐丹蓉.电磁阀在石油化工装置安全联锁保护过程中的设计与应用[J].石油化工自动化，2003，39(4):12-15.

Improvement of Complex Gas Circuit of Shutoff Valve

Xu Jintao

(AromaticsDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.200540)

The working principle of complex gas circuit of shutoff valve was studied.The various possible abnormal situations were analyzed.In order to ensure shutoff valve meeting requirements of fail-safe type,improving measures were raised to increase the safety class of shutoff valve and the security of plant,which provided safeguard for safe and stable operation of plant.

shutoff valve,fail-safe type,safety class,improvement

2015-04-26。

徐进涛，男，1987年出生，2010年毕业于常州大学自动化专业，工学学士，助理工程师，主要从事于仪表管理工作。

1674-1099 (2015)03-0029-06

TH863

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