先导式安全阀在天然气输气流程中的应用分析

赵洪波 赵媛媛

（1、中石化西南油气分公司油气销售中心，四川 德阳618000 2、中石化管道储运有限公司武汉输油处，湖北 武汉430070）

先导式安全阀（又称脉冲式安全阀）是一种安全保护用阀，依靠从导阀排出介质来驱动或者控制主阀的安全阀，导阀本身是标准的弹簧直接载荷式安全阀。它的启闭件受外力作用下处于常闭状态，当设备或管道内的介质压力升高，超过规定值时自动开启，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值。从而有效地对设备及管道进行保护，避免事故的发生。本文主要分析先导式安全阀的结构原理、反向是否能够导通、在大型集输站，在同一个放空系统，不同的压力等级的流程区的应用进行分析，对于长输管道碰口、清管等作业的投产置换方案编制及实施的安全防护措施的制定，具有较大的实际意义。

1 结构原理

如图1，先导式安全阀由主阀和导阀组成了，导阀随着系统介质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。

图1 先导式安全阀结构图

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。

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使系统泄压。

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。

2 反向导通

一般情况下，先导式安全阀都是在管线及设备超过设定压力时，泄放管道及设备的介质，降低其压力，从而有效地保护设备及管线安全运行。但当出口压力高于整定压力时，先导式安全阀能否打开主阀通道，从对主阀阀芯的拆解（如图2）的结构来分析，是能够打开主阀通道的。阀芯和导向筒之间有密封圈，防止上下游窜气失压。当安全阀反向压力高于整定压力时，将推动阀芯的O型密封圈带动阀芯上行，阀芯离开阀座，安全阀反向导通，放空管线的气体进入该安全阀保护的管线及设备。下面通过理论计算及2 个实验可以进一步验证。

图2 主阀阀芯实物拆解图

2.1 H 站整定压力0.38 兆帕先导式安全阀试验

2.1.1 理论近似计算。H 站输气流程属于复杂工艺流程，其中有高压工业用户，也有低压民用气。整个工艺流程共用一套放空系统。输Z公司的安全阀整定压力0.38 兆帕，距离5 米处有一个干线放空点，该放空点距离总放空管出口约100 米，根据某点压力计算公式，我们可以计算当放空压力达到0.38 兆帕时，放空起始压力的数值。

其中：P1 为起点压力

P2 为终点压力

Px为某点压力

X为某点距起始点的距离

L为管线总长

其具体数据为：Px（绝）=0.48MPa p2（绝）=0.1MPa X=5m L=100m

将数据带入公式，可以得出放空起始压力为：0.492MPa。由此可以推断当放空起始压力达到0.492MPa 时，距离5 米处的放空管线的绝对压力为0.38MPa。也就是说该点先导式安全阀的出口压力已经达到其整定压力。

2.1.2 试压验证

X 年X 月X 日，在H 站进行试验验证，该站属于综合性的集输站，既有工业用户，也有低压民用。同时该站实际流程共用一套放空系统。在距离先导式安全阀5 米处有一干线放空装置，其管线压力1.2MPa，Z公司实际压力0.12MPa，当开启干线放空装置放空时，Z公司管线的压力逐渐上升，至0.2MPa 时，关闭放空。

图3 在H 站现场实验

2.2 新购置整定压力3.0MPa 先导式安全阀试验

将新购置的整定压力为3.0MPa 的安全阀，反向连接，采用水压进行试验，结果当压力在0.05MPa 时，不泄漏。但当高于0.05MPa时，安全阀的正向进口已经有水冒出。此时由于安全阀的上阀腔没有加载压力，只有预设的弹簧压力压紧阀芯，由此可以证明该弹簧的预设压力也是0.05 兆帕。该实验也能证明先导式安全阀能够反向导通。

图4 现场采用水试压

3 结论

通过对不同规格、不同厂家的先导式安全进行分析和实验，可以证明先导式安全阀反向是可以导通的。

据调查了解天然气输配气站场的工艺流程都只有一个放空系统，无论是高压放空、还是低压放空，都是共用一条放空管线，还有的站是与用户、或者采气站共用一个放空系统。由于先导式安全阀能够反向导通，故当高压管线进行放空时，其放空介质就会进入低压管线及设备，如果属于同一介质时，会导致低压管线及设备的压力升高超压，损坏设备。如果不属于同一介质，会导致两种介质混合，如果空气与天然气混合，将会发生爆炸事故，如果是惰性气体与天然气混合，会造成用户不能正常点火。

由于有以上潜在的非常危险的因素，所以我们在管线碰口、管道的吹扫试压作业过程中，需要进行放空作业时，一定要充分分析输配气站的流程，使用阀门将高低压流程的放空系统隔开，避免介质的混合，引发安全事故。