徐進(jìn)濤

(中國石化上海石油化工股份有限公司芳烴部，200540)

切斷閥復(fù)雜氣路的改進(jìn)

徐進(jìn)濤

(中國石化上海石油化工股份有限公司芳烴部，200540)

研究了切斷閥復(fù)雜氣路的工作原理，分析了各種可能會出現(xiàn)的異常情況。為確保切斷閥達(dá)到故障安全型的要求，提出改進(jìn)措施，提高了切斷閥的安全等級，為裝置的安全平穩(wěn)運轉(zhuǎn)提供保障。

切斷閥 故障安全型 安全等級 改進(jìn)

隨著石化企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，工藝流程也日趨復(fù)雜，事故發(fā)生的幾率和危害程度也不斷增加，安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)越來越成為石化裝置不可缺少的一部分[1]，切斷閥的應(yīng)用在安全保護(hù)過程中也更加廣泛、復(fù)雜。

文章討論的切斷閥為加熱爐燃料氣切斷閥，正常時此切斷閥為打開狀態(tài)，從聯(lián)鎖系統(tǒng)保護(hù)角度來講，當(dāng)加熱爐爐管物料流量低低、燃料氣壓力低低、控制室停爐按鈕按下、就地停爐按鈕按下、燃料氣長明燈壓力低低這5個聯(lián)鎖條件中有一個

發(fā)生，切斷閥就關(guān)閉，而從工藝安全生產(chǎn)角度來講，當(dāng)此切斷閥出現(xiàn)斷電、斷氣、斷信號時，此切斷閥應(yīng)該保持關(guān)閉狀態(tài),所以此切斷閥為故障關(guān)閥門。

1 切斷閥復(fù)雜氣路現(xiàn)狀

1.1 目前切斷閥復(fù)雜氣路組成介紹

目前切斷閥復(fù)雜氣路由2個過濾減壓閥、2個兩位三通電磁閥、1個鎖止閥、1個兩位五通氣控閥、2個兩位三通氣控閥、1個儲氣罐、1個單向閥組成，具體見圖1介紹。

①-過濾減壓閥；②-兩位三通電磁閥；③-鎖止閥；④-兩位五通氣控閥；⑤-兩位三通氣控閥；⑦-過濾減壓閥；⑧-儲氣罐；⑨-單向閥

1.2 存在的問題

1.2.1 無法實現(xiàn)氣源中斷閥門關(guān)閉要求

儀表風(fēng)中斷氣路見圖2所示。此切斷閥類型為故障關(guān)閥門，但是當(dāng)氣源中斷時，閥門無法實現(xiàn)關(guān)閉功能，具體情況是當(dāng)儀表風(fēng)總管壓力出現(xiàn)斷氣情況時，由于儲氣罐進(jìn)口有一個單向閥，單向閥有單向?qū)ㄗ饔?，此時自動切斷儲氣罐與儀表風(fēng)總管的聯(lián)系，切斷閥的儀表風(fēng)供氣由儲氣罐提供。儲氣罐⑧的儀表風(fēng)先去過濾減壓閥⑦，然后分為3路：第一路為控制氣去鎖止閥③，第二路也為控制氣去兩位三通電磁閥②，第三路去過濾減壓閥①。第一路去鎖止閥③的儀表風(fēng)由于壓力大于鎖止閥的設(shè)定值350 kPa，氣可以通過鎖止閥③，然后去2個兩位三通氣控閥⑤，2個兩位三通氣控閥⑤有氣后，導(dǎo)致2個兩位三通氣控閥⑤各自的2號口與3號口導(dǎo)通。第二路去電磁閥②的氣由于電磁閥帶電，電磁閥帶電導(dǎo)致兩位三通電磁閥②的2號口與3號口導(dǎo)通，氣路通過1號電磁閥②的3號口后進(jìn)入兩位五通氣控閥④，導(dǎo)致氣控閥④的2號口與3號口導(dǎo)通，5號口與4號口導(dǎo)通。而第三路氣經(jīng)過過濾減壓閥①后，從兩位五通氣控閥④的2號后進(jìn)入后，再從此氣控閥的3號口去2號兩位三通氣控閥⑤的2號口，然后經(jīng)過此氣控閥的3號口后去切斷閥中部氣室，中部氣室內(nèi)氣體持續(xù)不斷的供應(yīng)，保證了中部氣室內(nèi)氣壓較左側(cè)、右側(cè)氣室壓力大，活塞牢牢地靠在氣缸的左側(cè)、右側(cè)，而氣缸左側(cè)氣室、右側(cè)氣室的多余氣體去1號兩位三通氣控閥⑤的3號口，然后從此氣控閥的2號口去兩位五通氣控閥④的4號口，最后從此氣控閥的5號口排出，因此切斷閥還是保持打開狀態(tài)，從工藝生產(chǎn)安全角度來講達(dá)不到要求。

-主儀表風(fēng)供氣；-控制氣供氣

1.2.2 鎖止閥氣路出現(xiàn)故障時，將變成隱性故障

目前的氣路在過濾減壓閥⑦至鎖止閥③這一段儀表管線存在儀表風(fēng)泄露情況，或者此段氣路出現(xiàn)堵住情況，并且足夠?qū)е逻M(jìn)鎖止閥③的儀表風(fēng)壓力小于鎖止閥③的設(shè)定值時，此切斷閥將繼續(xù)保持開狀態(tài)，具體見圖3所示。如果儀表巡檢過程未及時發(fā)現(xiàn)，此問題將變?yōu)殡[性故障，當(dāng)裝置需要聯(lián)鎖停車時，切斷閥將無法關(guān)閉，導(dǎo)致無法聯(lián)鎖停車，嚴(yán)重的話將導(dǎo)致安全事故。

具體分析如下：此時儀表總管的儀表風(fēng)首先通過單向閥⑨，然后再通過儲氣罐⑧后去過濾減壓閥⑦，然后分為3路：第一路為控制氣去鎖止閥③，第二路也為控制氣去兩個兩位三通電磁閥②，第三路去過濾減壓閥①。第一路去鎖止閥③的儀表風(fēng)由于鎖止閥儀表風(fēng)管線存在泄漏導(dǎo)致壓力小于鎖止閥的設(shè)定值350 kPa，儀表風(fēng)就無法通過鎖止閥③，也就無法通過2個兩位三通氣控閥⑤，2個兩位三通氣控閥⑤無氣后，導(dǎo)致2個兩位三通氣控閥⑤各自的1號口與3號口導(dǎo)通,2號口不通。第二路去電磁閥②的氣由于電磁閥帶電，電磁閥帶電導(dǎo)致兩個兩位三通電磁閥②各自的2號口與3號口導(dǎo)通，氣路通過1號電磁閥②的3號口后進(jìn)入兩位五通氣控閥④，導(dǎo)致氣控閥④的2號口與3號口導(dǎo)通，5號口與4號口導(dǎo)通。而第三路氣經(jīng)過過濾減壓閥①后，從兩位五通氣控閥④的2號后進(jìn)入后，再從此氣控閥的3號口出去后去2號兩位三通氣控閥⑤的2號口，由于2號兩位三通氣控閥⑤的2號與其他口不通，第一路氣到此結(jié)束。而氣缸中部的氣體通過儀表風(fēng)管線到達(dá)2號兩位三通氣控閥⑤的3號口，由于此氣控閥的3號口與1號口導(dǎo)通，氣缸中部的氣體通過此口排出。而左側(cè)、右側(cè)氣缸的剩余氣體首先到達(dá)1號兩位三通氣控閥⑤的3號口，由于此氣控閥的3號口與1號口導(dǎo)通，氣缸左側(cè)、右側(cè)剩余氣體通過此口排出。由于1號、2號兩位三通氣控閥⑤的一號口都與大氣端相連，最終左側(cè)、右側(cè)、中部的氣缸壓力都等于大氣壓，由于此切斷閥執(zhí)行機構(gòu)中不帶有復(fù)位彈簧，所以左側(cè)、右側(cè)活塞還是停留在原來位置，切斷閥還是保持打開狀態(tài)。

-主儀表風(fēng)供氣；-控制氣供氣

2 整改措施

2.1 整改后切斷閥聯(lián)鎖復(fù)位情況分析

整改后切斷閥聯(lián)鎖復(fù)位氣路見圖4所示。具體解析將結(jié)合圖4詳細(xì)介紹。

-主儀表風(fēng)供氣；-控制氣供氣氣路；-儲氣罐供氣氣路

切斷閥處于關(guān)閉狀態(tài)時，當(dāng)儀表風(fēng)壓力正常，供應(yīng)正常，兩個兩位三通電磁閥②都正常帶電后，從儀表總管來的SUP1這一路儀表風(fēng)分為3路，第一路為控制氣去鎖止閥③，第二路也為控制氣去兩個兩位三通電磁閥②，第三路去過濾減壓閥①。其中第一路去鎖止閥③的儀表風(fēng)由于壓力大于鎖止閥的設(shè)定值350 kPa，儀表風(fēng)就通過了鎖止閥③，然后去2個兩位三通氣控閥⑤，2個兩位三通氣控閥⑤有氣后，導(dǎo)致2個兩位三通氣控閥⑤各自的2號口與3號口導(dǎo)通。第二路去電磁閥②的氣由于電磁閥帶電，電磁閥帶電導(dǎo)致兩個兩位三通電磁閥②各自的2號口與3號口導(dǎo)通，氣路通過1號電磁閥②的3號口后進(jìn)入兩位五通氣控閥④，導(dǎo)致氣控閥④的2號口與3號口導(dǎo)通，5號口與4號口導(dǎo)通。而第三路氣經(jīng)過過濾減壓閥①后，從兩位五通氣控閥④的2號口進(jìn)入，再從此氣控閥的3號口去2號兩位三通氣控閥⑤的2號口，然后經(jīng)過此氣控閥的3號口后去切斷閥中部氣室，中部氣室內(nèi)氣體逐漸增多，進(jìn)而導(dǎo)致氣室內(nèi)活塞向兩側(cè)運動，導(dǎo)致氣缸的左側(cè)氣室、右側(cè)氣室的多余氣體去圖紙上方的兩位三通氣控閥⑤的3號口，然后從此氣控閥的2號口去兩位五通氣控閥④的4號口，最后從此氣控閥的2號口排出，而從儀表風(fēng)總管過來的SUP2儀表風(fēng)經(jīng)過單向閥⑨后去儲氣罐⑧，然后再去過濾減壓閥⑦，由于1號兩位三通的氣控閥2號口與3號口相通，1號口不通，所以正常情況下儲氣罐這一路氣路是不進(jìn)儀表風(fēng)的，至此切斷閥就打開了。

2.2 整改后切斷閥聯(lián)鎖動作情況分析

整改后切斷閥聯(lián)鎖動作氣路見圖5所示。當(dāng)聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)出停車指令后，兩個兩位三通電磁閥②同時失電，此時儀表總管來的SUP1這一路儀表風(fēng)首先分為3路：第一路為控制氣去鎖止閥③，第二路也為控制氣去兩位三通電磁閥②，第三路去過濾減壓閥①。第一路去鎖止閥③的儀表風(fēng)由于壓力大于鎖止閥的設(shè)定值350 kPa，氣可以通過鎖止閥③，然后去2個兩位三通氣控閥⑤，2個兩位三通氣控閥⑤有氣后，導(dǎo)致2個兩位三通氣控閥⑤各自的2號口與3號口導(dǎo)通。第二路去2個電磁閥②的氣由于電磁閥失電導(dǎo)致兩位三通電磁閥②的1號口與3號口導(dǎo)通，氣路無法通過任意一個電磁閥②的3號口后進(jìn)入兩位五通氣控閥④，導(dǎo)致氣控閥④失氣，氣控閥④失氣后導(dǎo)致自己的1號口與3號口導(dǎo)通，2號口與4號口導(dǎo)通。而第三路氣經(jīng)過過濾減壓閥①后，從兩位五通氣控閥④的2號后進(jìn)入，再從此氣控閥的4號口出去后去1號兩位三通氣控閥⑤的2號口，然后經(jīng)過此氣控閥的3號口后去切斷閥左側(cè)、右側(cè)氣室，左側(cè)、右側(cè)的氣室內(nèi)氣體增多，導(dǎo)致左側(cè)、右側(cè)的氣室內(nèi)活塞向中間運動，進(jìn)而導(dǎo)致中部氣室內(nèi)的多余氣體去2號的兩位三通氣控閥⑤的3號口，然后從此兩位三通氣控閥的2號口去兩位五通氣控閥④的3號口，最后從此氣控閥的1號口排出，而此時由儀表風(fēng)總管來的SUP2這一路儀表風(fēng)經(jīng)過單向閥⑨后去儲氣罐⑧，然后再去過濾減壓閥⑦，由于1號兩位三通的氣控閥2號口與3號口相通，1號口不通，所以正常情況下儲氣罐這一路氣路是不進(jìn)儀表風(fēng)的，至此切斷閥就關(guān)閉。

-主儀表風(fēng)供氣；-控制氣供氣氣路；-儲氣罐供氣氣路

2.3 整改后儀表風(fēng)中斷情況分析

整改后儀表風(fēng)中斷情況氣路見圖6所示。當(dāng)儀表風(fēng)總管壓力出現(xiàn)斷氣但兩個電磁閥還是正常帶電時，此時由儀表總管來的SUP1這一路儀表風(fēng)分為3路：第一路為控制氣去鎖止閥③，第二路也為控制氣去兩個兩位三通電磁閥②，第三路去過濾減壓閥①。由于儀表風(fēng)中斷導(dǎo)致第一路去鎖止閥③的儀表風(fēng)壓力小于鎖止閥的設(shè)定值350 kPa，儀表風(fēng)就無法通過鎖止閥③，也就無法去2個兩位三通氣控閥⑤，由于2個兩位三通氣控閥⑤無氣導(dǎo)致2個兩位三通氣控閥⑤各自的1號口與3號口導(dǎo)通。而第二路去電磁閥②的氣由于電磁閥帶電，電磁閥帶電導(dǎo)致2個兩位三通電磁閥②各自的2號口與3號口導(dǎo)通，但是由于儀表風(fēng)中斷，雖然1號電磁閥②的2號口與3號口相通，但是沒有儀表風(fēng)進(jìn)入兩位五通氣控閥④，導(dǎo)致氣控閥④的1號口與3號口導(dǎo)通，2號口與4號口導(dǎo)通。而第三路去過濾減壓閥①的儀表風(fēng)，雖然兩位五通氣控閥④的2號與4號口相通，但是由于儀表風(fēng)中斷，無法由此兩位五通氣控閥④的2號去此氣控閥的4號口，進(jìn)而無法去1號兩位三通氣控閥⑤的2號口，所以此路氣路不通。而從儀表風(fēng)總管過來的SUP2儀表風(fēng)由于存在單向閥，單向閥具有單向?qū)ㄐ?，?dāng)儀表總管氣源中斷時，自動切斷儀表總管與儲氣罐⑧的聯(lián)系，而此時儲氣罐⑧的儀表風(fēng)經(jīng)過過濾減壓閥⑦去1號兩位三通氣控閥⑤的1號口，由1號兩位三通的氣控閥1號口與3號口相通，2號口不通，儀表風(fēng)就由1號氣控閥的1號口去此氣控閥的3號口，進(jìn)而進(jìn)入切斷閥的左側(cè)、右側(cè)氣室，氣缸左側(cè)、右側(cè)氣體逐漸增多，導(dǎo)致左側(cè)、右側(cè)氣室壓力大于中間氣室壓力，推動氣缸內(nèi)活塞向中部靠近，而中部氣缸內(nèi)氣體則通過儀表風(fēng)管線去2號兩位三通氣控閥的3號口，此時由于2號氣控閥⑤失氣，則此氣控閥的3號口與1號口導(dǎo)通，則中部氣體通過2號氣控閥的1號口排出，至此切斷閥就由開變成關(guān)狀態(tài)。

-主儀表風(fēng)供氣；-控制氣供氣氣路；-儲氣罐供氣氣路

2.4 整改后氣控鎖止閥存在問題后情況分析

整改后氣控鎖止閥存在問題后氣路情況見圖7所示。當(dāng)鎖止閥③氣路氣源壓力不足但是兩個電磁閥還是正常帶電時，此時由儀表總管來的SUP1這一路儀表風(fēng)分為3路，第一路為控制氣去鎖止閥③，第二路也為控制氣去兩個兩位三通電磁閥②，第三路去過濾減壓閥①。由于儀表風(fēng)中斷導(dǎo)致第一路去鎖止閥③的儀表風(fēng)壓力小于鎖止閥的設(shè)定值350 kPa，儀表風(fēng)就無法通過鎖止閥③，也就無法去2個兩位三通氣控閥⑤，由于2個兩位三通氣控閥⑤無氣導(dǎo)致2個兩位三通氣控閥⑤各自的1號口與3號口導(dǎo)通。而第二路去電磁閥②的氣由于電磁閥帶電，電磁閥帶電導(dǎo)致兩個兩位三通電磁閥②各自的2號口與3號口導(dǎo)通，儀表風(fēng)經(jīng)1號電磁閥去兩位五通氣控閥④，導(dǎo)致氣控閥④的2號口與3號口導(dǎo)通，4號口與5號口導(dǎo)通。而第三路去過濾減壓閥①的儀表風(fēng)，由于兩位五通氣控閥④的2號與3號口相通，儀表風(fēng)由此兩位五通氣控閥④的2號去此氣控閥的3號口，然后去2號兩位三通氣控閥⑤的2號口，但是由于此氣控閥2號口與3號口不通，所以此路氣路到此停止。而從儀表風(fēng)總管過來的SUP2儀表風(fēng)首先經(jīng)過單向閥⑨，然后去儲氣罐⑧后再去過濾減壓閥⑦，接著去1號兩位三通氣控閥⑤的1號口，由1號兩位三通氣控閥1號口與3號口相通，2號口不通，儀表風(fēng)就由1號氣控閥的1號口去此氣控閥的3號口，進(jìn)而進(jìn)入切斷閥的左側(cè)、右側(cè)氣室，氣缸左側(cè)、右側(cè)氣體逐漸增多，導(dǎo)致左側(cè)、右側(cè)氣室壓力大于中間氣室壓力，推動氣缸內(nèi)活塞向中部靠近，而中部氣缸內(nèi)氣體則通過儀表風(fēng)管線去2號兩位三通氣控閥的3號口，此時由于2號氣控閥失氣，則此氣控閥的3號口與1號口導(dǎo)通，則中部氣體通過2號氣控閥的1號口排出，至此切斷閥就關(guān)閉了。

備注：-主儀表風(fēng)供氣；-控制氣供氣氣路；-儲氣罐供氣氣路

3 結(jié)語

切斷閥作為聯(lián)鎖系統(tǒng)的一員，在安全保護(hù)方面啟到舉足輕重的作用，在聯(lián)鎖設(shè)計過程中，必須將可能發(fā)生的所有異常情況都考慮到，實現(xiàn)切斷閥的故障安全型，通過對切斷閥復(fù)雜氣路進(jìn)行改進(jìn)，將可能發(fā)生的隱形故障以顯性故障形式體現(xiàn)出，保證了聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全性的要求，提高了切斷閥的安全等級，為裝置的安全平穩(wěn)運轉(zhuǎn)貢獻(xiàn)一份自己應(yīng)該盡的義務(wù)。

[1] 唐丹蓉.電磁閥在石油化工裝置安全聯(lián)鎖保護(hù)過程中的設(shè)計與應(yīng)用[J].石油化工自動化，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。

徐進(jìn)濤，男，1987年出生，2010年畢業(yè)于常州大學(xué)自動化專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，主要從事于儀表管理工作。

1674-1099 (2015)03-0029-06

TH863

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