先导式安全阀失效启跳分析及处理

张 辉

（中化泉州石化有限公司设备部，福建泉州362103）

先导式安全阀失效启跳分析及处理

张 辉

（中化泉州石化有限公司设备部，福建泉州362103）

针对某加氢装置循环氢压缩机出口先导式安全阀1130-PSV01015B，在正常运行中突然失效启跳，且不能回座的事故实例，从先导式安全阀的原理、结构特点和现场情况等方面，对该安全阀的失效启跳原因进行了分析，并提出了相应的操作维护建议和改进措施。

先导式安全阀 失效启跳 原因分析

先导式安全阀是常用安全阀的主要类型，主要由主阀和导阀两部分组成，导阀操作主阀的开启和关闭。先导式安全阀具有排量大、不受背压影响和动作灵敏，可以在非常接近开启压力下进行无泄漏操作、启闭压差小等优点，因此在石油化工设备和工艺中被广泛应用。安全阀在现场使用过程中一旦出现问题，就必须要求及时发现、及时处理，否则浪费能源，甚至发生安全事故［1］。

某公司加氢装置循环氢压缩机出口设计安装有两台先导式安全阀1130-PSV01015A／B（一用一备），自2009年5月装置投产运行以来，已连续正常运行2年半时间。2011年11月25日和2012年5月29日，在装置正常生产过程中，循环氢压缩机出口安全阀1130-PSV01015B两次突然失效启跳且不能正常回座（安全阀定压17.64 MPa，实际操作压力均为 15.46 MPa），致使循环机出口流量降低触发工艺联锁，分别导致装置非计划停工1次，给生产带来了较大影响。安全阀主要技术参数如表1所示。

1 先导式安全阀工作原理及结构特点

1.1 安全阀设计参数

安全阀设计参数见表1。

1.2 安全阀的工作原理

先导式安全阀由主阀和导阀组成。导阀随设备介质压力的变化而动作，主阀则由导阀的驱动或控制而动作。当被保护系统处于正常运行状况时，导阀阀瓣处于关闭状态，系统压力从主阀进口通过导管和导阀传入主阀阀瓣（活塞）上方气室。由于活塞面积大于阀瓣密封面面积，系统压力对阀瓣产生一个向下的合力，使主阀处于关闭、密封状态。

表1 安全阀的设计参数

当系统压力升高达到整定压力时，导阀开启，同时滑阀向上移动封闭导阀的进气通道。主阀阀瓣上方气室的介质经由打开的导阀排出，使主阀阀瓣上方压力降低，主阀阀瓣在进口压力的推动下打开而使系统卸压。当系统压力降低到一定值时，导阀回座并带动顶杆顶开滑阀。系统压力再次通过导阀传入主阀阀瓣上方气室，并推动主阀阀瓣关闭。其工作原理如图1所示。

图1 先导式安全阀工作原理

1.3 先导式安全阀的结构特点

1130-PSV01015B是由北京某石化技术装备工程公司设计制造的先导式安全阀，型号为HTXD-2503S。

2 失效启跳经过及原因分析

2.1 失效启跳经过及处理

2012年5月29日加氢处理装置因循环氢流量低触发工艺联锁，切断进料130 min。导致联锁动作的原因：循环氢压缩机出口安全阀1130-PSV1015B故障启跳且不能正常复位（安全阀定压17.64 MPa，当时操作压力15.46 MPa），系统内高压氢气自安全阀往火炬系统泄放，反应系统压力急剧下降，导致循环氢压缩机出口氢气流量低触发工艺联锁，装置被迫非计划停工。

安全阀启跳后装置系统压力急剧降低，反应系统压力自14.04 MPa降至8.4 MPa。当班操作人员判断并确认引起事件原因，在较短时间内投用备用安全阀，关闭故障安全阀前阀门，及时切断泄漏源，避免了事故的进一步扩大。

2.2 安全阀解体检查和失效分析

安全阀在省特检院专业人员拆检解体后发现：主阀瓣密封面融化损坏严重；阀瓣活塞外圈O型圈有明显熔胀软化现象，阀瓣两个O型圈之间的外圈表面附有部分橡胶粉末；阀瓣组件烧结严重，导致主阀瓣在导套内卡涩无法拆卸；导阀内滑梭上部O型圈破损严重；压圈和阀轴连接处的O型圈断裂且脱落至压圈外（此O型圈正常应该在压圈内）。该安全阀解体后内构件检查情况如图2至图5所示。

图2 阀瓣组件

图3 阀瓣主密封面

图4 压圈和阀轴连接处的O型圈

从安全阀启跳前后的压缩机出口压力曲线来看，循环机出口压力基本都稳定在15.46 MPa，不存在超压现象，因此可以排除是工艺超压的原因。

图5 滑梭上部O型圈

另外，根据失效安全阀解体检查的情况来看，其导阀引压管通畅无堵塞，导阀各内构件也未见水蒸气和其他杂质，同时参考安全阀启跳前后3 d循环机出口氢气采样组成分析，并无异常，因此也可以排除是由于引压管堵塞或工艺介质组成变化导致安全阀失效启跳。

根据安全阀两次失效后拆检解体的结果，进行了横向对比，发现两次启跳过程及结果非常相似，二者之间存在一些共同点：（1）两次均是在正常操作压力下（15.46 MPa）发生起跳，且都未能正常复位；（2）起跳后均出现导阀内滑梭和阀座等关键位置的动密封O型圈破损和脱落；（3）阀瓣主密封面都发生了严重熔化，阀瓣O型圈都存在熔胀现象。对解体后的导阀进行显微放大检查后发现：导阀内阀轴、压圈和阀座等密封面存在细微机械损伤和变形等缺陷。通过深入细致地交流和讨论后认为：很可能正是由于这些密封面缺陷的存在，致使安全阀在正常投用时密封面的O型圈逐渐失去密封作用，导致安全阀在未达到定压值的情况下，突然失效启跳和不能正常复位。这也可以解释为什么该安全阀在线投用一段时间后才失效起跳的原因。导阀阀座密封面缺陷形貌如图6所示。

由于导阀阀座密封面存在缺陷和隐患，在长时间高压氢气的作用下，可能在阀座密封处某一点开始泄漏，这就造成高压氢气在此处节流。由于氢气在节流的情况下温度会上升，使阀座密封的O型圈在高温下慢慢局部破损失效（导阀阀瓣O型圈整体完好而只是在一点发生断裂，说明O型圈只是局部失效），最终导致主阀气室压力从导阀阀座处迅速泄放，主阀突然提前开启。另外，导阀的阀座密封失效，使主阀气室不能及时补气，而没有气室上部压力的作用，就没有足够的向下的压力使主阀阀瓣复位，导致主阀不能回座。安全阀起跳后导致大量高压氢气自主阀阀瓣处向火炬线迅速泄压，由于不能及时复位，氢气在阀瓣的节流作用下产生大量的热量，使得阀瓣主密封面熔化损坏严重和O型圈出现熔胀现象。这些现象与安全阀的拆检结果也比较吻合。因此，认为安全阀导阀内阀轴、压圈和阀座等密封面存在细微机械损伤和变形等缺陷，是导致此次安全阀失效起跳的根本原因。另外，主阀及导阀内O型圈的材质选型不当也可能是导致事故发生的另一原因。

图6 导阀阀座密封面缺陷

3 结论及建议

（1）先导式安全阀1130-PSV1015B导阀内阀轴、压圈和阀座等密封面均存在细微机械损伤和变形等缺陷，是导致其突然失效启跳及未能复位的根本原因。

（2）安全阀失效起跳后，大量高压氢气自主阀瓣处排放至火炬管网。由于阀瓣处的高压差和节流作用，导致氢气在泄压时产生瞬时高温，使阀瓣底盘颜色变黑，同时熔化了氟塑料密封圈，并导致阀瓣下端O型圈（离阀座较近的一端）熔胀变形，阀瓣和导套卡滞在一起，使阀瓣无法回座。

（3）此安全阀密封件材质设计选型不当。原设计主阀和导阀内O型圈材质均为三元乙丙橡胶，其抗老化性能较好，但是其耐油和耐芳烃性能较差。建议对O型圈材质进行升级和更换，将原来的三元乙丙橡胶升级为氟橡胶（FKM V9000）。

（4）建议省特检院在先导式安全阀定压维护时，严格按照《HTXD先导阀维护使用》操作，特别是导阀的安装和调试一定要严格执行，防止由于定压拆检导致内构件密封面损坏。

（5）认真排查装置内同类型安全阀的使用和维护状况，根据厂家提供的现场操作及检验的指导意见，细致认真检查和维护，以防止此类事故的再次发生。

［1］ 王明礼.先导式安全阀的故障判断和处理［J］.安全技术，2009，9（1）：25-26.

Reason Analysis and Treatment on System Crash of Pilot Operated Safety Valve

Zhang Hui
（Equipment Department of SINOCHEM Quanzhou Petrochemical Co.，Ltd.，Quanzhou 362103，China）

As for the system crash and unrecoverable accident happened on pilot operated safety valve 1130-PSV01015B of a hydrocracking unit circulating hydrogen compressor outlet，reasons were analyzed from the aspects of principle and structure feature of valve and field situation，corresponding maintenance suggestions and improvement measures were proposed.

pilot operated safety valve，system crash，reason analysis

2017-07-14；修改稿收到日期：2017-09-21。

张辉，工程师，本科，中化泉州石化有限公司设备部主管。E-mail：zhanghui8212＠126.com

（编辑 王菁辉）