（中石油管道有限責(zé)任公司西氣東輸分公司，上海 200122）

0 引言

中石油提出到“十三五”末實(shí)現(xiàn)油氣管道關(guān)鍵設(shè)備全面國(guó)產(chǎn)化的目標(biāo)［1-2］，這是因?yàn)橥七M(jìn)油氣管道裝備國(guó)產(chǎn)化具有保障國(guó)家能源安全的重要戰(zhàn)略意義，同時(shí)對(duì)提高管道行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、促進(jìn)民族工業(yè)的發(fā)展及增強(qiáng)國(guó)家綜合實(shí)力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。然而，油氣管道關(guān)鍵設(shè)備完成國(guó)產(chǎn)化投產(chǎn)后，其使用效果是檢驗(yàn)國(guó)產(chǎn)化質(zhì)量的一個(gè)重要的考核指標(biāo)。

調(diào)壓裝置關(guān)鍵閥門(mén)出廠(chǎng)時(shí)各項(xiàng)性能測(cè)試雖然均合格，然而對(duì)于運(yùn)行一段時(shí)間后的閥門(mén)性能的變化則是必須關(guān)注的一個(gè)重大問(wèn)題。因此，為了對(duì)國(guó)產(chǎn)化調(diào)壓裝置關(guān)鍵閥門(mén)的質(zhì)量情況進(jìn)行跟蹤，了解其應(yīng)用情況、使用效果等，則有必要對(duì)投產(chǎn)運(yùn)行后的國(guó)產(chǎn)化調(diào)壓裝置關(guān)鍵閥門(mén)進(jìn)行測(cè)試分析，通過(guò)與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，找出國(guó)產(chǎn)化設(shè)備與典型國(guó)外同類(lèi)設(shè)備在性能上的差距。同時(shí)，收集國(guó)產(chǎn)化設(shè)備和國(guó)外同類(lèi)設(shè)備的失效數(shù)據(jù)，為國(guó)產(chǎn)化調(diào)壓裝置關(guān)鍵閥門(mén)的運(yùn)行維護(hù)及產(chǎn)品優(yōu)化升級(jí)提供重要的數(shù)據(jù)支撐。本文以安全切斷閥為例，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外4家制造商生產(chǎn)的閥門(mén)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，分析其性能上的差距，并對(duì)測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)的故障原因進(jìn)行分析。

1 現(xiàn)場(chǎng)性能測(cè)試方案

1.1 測(cè)試前現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研

目前國(guó)產(chǎn)化調(diào)壓裝置安全切斷閥主要分布在昆山（DN250）、樟木頭（DN300）及中衛(wèi)（DN400）等3個(gè)站場(chǎng)。為了在盡可能相近的工況下對(duì)國(guó)內(nèi)外閥門(mén)進(jìn)行測(cè)試對(duì)比分析，國(guó)外同規(guī)格的調(diào)壓閥門(mén)應(yīng)分布在以上3個(gè)站場(chǎng)（若有國(guó)外閥門(mén)，如中衛(wèi)站）或相近的上下游站場(chǎng)。最終確定了昆山、白鶴、芙蓉、樟木頭、求雨嶺、中衛(wèi)等6個(gè)測(cè)試站場(chǎng)。實(shí)地調(diào)研了每一個(gè)測(cè)試站場(chǎng)調(diào)壓裝置閥門(mén)的運(yùn)行狀況，具體包括：上游壓力來(lái)源、下游用戶(hù)性質(zhì)、上下游正常運(yùn)行的壓力范圍、備用管路情況等。本次測(cè)試選取的安全切斷閥分布站場(chǎng)、閥位號(hào)、制造商及相應(yīng)的規(guī)格匯總見(jiàn)表1。

1.2 安全切斷閥現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方案

通過(guò)實(shí)地調(diào)研了解的信息，并依據(jù)相關(guān)閥門(mén)產(chǎn)品及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（EN 14382、ISO 5208、IEC 60534等）［3-13］，最終制定現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試大綱及性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。本次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的調(diào)壓裝置工藝流程如圖1所示（中衛(wèi)站采用的是雙安全切斷閥+工作調(diào)壓閥的組合模式）。

圖1 調(diào)壓裝置工藝流程

具體測(cè)試步驟如下：

（1）由站場(chǎng)技術(shù)人員操作，根據(jù)現(xiàn)有分輸計(jì)劃，調(diào)整關(guān)閉作業(yè)路為停輸狀態(tài)。

（2）隔離及切斷：由站場(chǎng)技術(shù)人員操作，關(guān)閉并現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)入口球閥、出口球閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

（3）確認(rèn)電動(dòng)工作調(diào)壓閥為關(guān)閉狀態(tài)，并現(xiàn)場(chǎng)鎖定為STOP狀態(tài)。

（4）操作放空閥門(mén)，將管道內(nèi)壓力降至測(cè)試需要的數(shù)值（依各站場(chǎng)實(shí)際情況而定）。

（5）緩慢開(kāi)啟上游入口球閥及電動(dòng)工作調(diào)壓閥，通過(guò)調(diào)節(jié)監(jiān)控調(diào)壓閥指揮器，使得下游管道壓力升至測(cè)試設(shè)定值附近，然后調(diào)節(jié)安全切斷閥指揮器使其切斷，記錄此時(shí)管道下游壓力作為安全切斷閥的切斷壓力測(cè)試值。

（6）調(diào)節(jié)監(jiān)控調(diào)壓閥指揮器，降低下游壓力設(shè)定值，不致引起安全切斷閥在復(fù)位過(guò)程中發(fā)生切斷。然后緩慢開(kāi)啟放空閥，降低下游管道壓力使安全切斷閥能夠復(fù)位時(shí)關(guān)閉放空閥，記錄此時(shí)下游管道壓力值為復(fù)位壓力。

（7）緩慢開(kāi)啟放空閥，使下游管道壓力降至測(cè)試需要值時(shí)關(guān)閉放空閥，然后通過(guò)調(diào)節(jié)監(jiān)控調(diào)壓閥指揮器，使下游管道壓力緩慢上升，直至安全切斷閥切斷，記錄此時(shí)下游管道壓力值為切斷壓力測(cè)試值，并記錄超壓切斷響應(yīng)時(shí)間。

（8）重復(fù)4次步驟（6）和（7），加上步驟（5）中記錄的一次切斷，共計(jì)六次切斷測(cè)試，記錄六次切斷壓力測(cè)試值，并在后5次測(cè)試中選3次進(jìn)行快速切斷記錄響應(yīng)時(shí)間。切斷壓力設(shè)定值取6次切斷壓力實(shí)測(cè)值的平均值，響應(yīng)時(shí)間取3次快速切斷時(shí)響應(yīng)時(shí)間實(shí)測(cè)值的平均值。

（9）在第6次切斷測(cè)試后，緩慢打開(kāi)放空閥，使下游管道壓力降低（保持切斷閥上下游壓力差值約2 MPa），關(guān)閉放空閥，待下游壓力穩(wěn)定后開(kāi)始計(jì)時(shí)，記錄2次下游壓力，時(shí)間間隔為5min，測(cè)試安全切斷閥的內(nèi)泄漏量。

（10）依次設(shè)定另外2組安全切斷閥切斷壓力，重復(fù)步驟（5）～（9）。

中衛(wèi)站由于沒(méi)有監(jiān)控調(diào)壓閥，因此其測(cè)試超壓切斷的方案稍作改動(dòng)：調(diào)整上游旁通球閥和下游工作調(diào)壓閥的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)安全切斷閥的超壓切斷。

2 測(cè)試結(jié)果及故障模式分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果及性能對(duì)比分析

按1.2中的測(cè)試方案對(duì)表1中選取的各站場(chǎng)安全切斷閥進(jìn)行性能測(cè)試，詳細(xì)記錄現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)，按標(biāo)準(zhǔn)EN 14382的要求對(duì)超壓切斷壓力精度、響應(yīng)時(shí)間、復(fù)位壓差等性能評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行處理分析，閥門(mén)的內(nèi)泄漏量根據(jù)閥門(mén)下游管容、兩次測(cè)量閥門(mén)下游壓力的增加量及間隔時(shí)間，按理想氣體狀態(tài)方程折算到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的數(shù)值。最后按規(guī)格對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總見(jiàn)表2～4。

表2 DN250安全切斷閥測(cè)試數(shù)據(jù)

表3 DN300安全切斷閥測(cè)試數(shù)據(jù)

表4 DN400安全切斷閥測(cè)試數(shù)據(jù)

超壓切斷壓力精度和響應(yīng)時(shí)間作為安全切斷閥最為重要的兩個(gè)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，從表2～4中的測(cè)試結(jié)果可以看出，DN250/300/400國(guó)產(chǎn)化安全切斷閥和國(guó)外知名品牌產(chǎn)品的測(cè)試結(jié)果均滿(mǎn)足本次國(guó)產(chǎn)化調(diào)壓裝置關(guān)鍵閥門(mén)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)測(cè)試大綱的要求（以下簡(jiǎn)稱(chēng)測(cè)試大綱）；閥門(mén)的復(fù)位壓差及閥位反饋信號(hào)也均符合測(cè)試要求；然而，本次選取的6個(gè)測(cè)試站場(chǎng)共計(jì)4家國(guó)內(nèi)外制造商的安全切斷閥超壓切斷后的內(nèi)泄漏測(cè)試均超出測(cè)試大綱規(guī)定的泄漏等級(jí)（ISO 5208 A級(jí)（DN≤300）或IEC 60534-4 VI級(jí)（DN400））。綜合各測(cè)試站場(chǎng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果分析，國(guó)內(nèi)外安全切斷閥性能接近、差距不大?？紤]到閥門(mén)均已投產(chǎn)使用一段時(shí)間，密封面受氣流沖刷及介質(zhì)中含有異物粘附在密封面上，均導(dǎo)致閥門(mén)內(nèi)密封性能呈明顯下降趨勢(shì)，而超壓切斷壓力精度、響應(yīng)時(shí)間、復(fù)位壓差等關(guān)鍵性能均無(wú)明顯下降趨勢(shì)。

2.2 故障模式及原因分析

安全切斷閥測(cè)試過(guò)程中，出現(xiàn)以下故障：

（1）芙蓉站安全切斷閥（閥位號(hào)5202）進(jìn)行超壓切斷性能測(cè)試時(shí)發(fā)生故障：切斷后閥門(mén)不能復(fù)位。隨后站場(chǎng)工作人員通過(guò)打開(kāi)旁通閥將上下游管道內(nèi)的介質(zhì)壓力放空，依然不能復(fù)位。

故障原因分析：通過(guò)拆解切斷機(jī)構(gòu)后，發(fā)現(xiàn)切斷機(jī)構(gòu)內(nèi)的彈簧回彈性變?nèi)酰瑢?dǎo)致掛鉤不能復(fù)位。

處理方法：對(duì)切斷機(jī)構(gòu)內(nèi)的彈簧稍作拉伸，使其保持一定的彈性，然后對(duì)切斷機(jī)構(gòu)進(jìn)行清洗潤(rùn)滑，安裝好后再次進(jìn)行檢驗(yàn)（現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了2次切斷試驗(yàn)，均未發(fā)生故障），故障消除。

（2）樟木頭站2臺(tái)安全切斷閥進(jìn)行測(cè)試時(shí)發(fā)生故障：其中6202號(hào)切斷閥超壓切斷后不能復(fù)位，6102號(hào)切斷閥超壓切斷后復(fù)位手柄不動(dòng)作，且緊急切斷按鈕也無(wú)法動(dòng)作。

故障原因分析：拆解6202號(hào)安全切斷閥的切斷機(jī)構(gòu)后發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部積蓄了大量水，且底部殘有淤泥。內(nèi)部積水和淤泥可能是由于閥門(mén)切斷機(jī)構(gòu)的防護(hù)等級(jí)過(guò)低，而南方雨水天氣較多，閥門(mén)長(zhǎng)期裸露在雨水天氣下運(yùn)行，導(dǎo)致雨水滲漏進(jìn)入切斷機(jī)構(gòu)，積水和淤泥的存在使得切斷裝置滾珠機(jī)構(gòu)銹蝕，經(jīng)年累月，造成內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)法正常轉(zhuǎn)動(dòng)。拆解6102號(hào)安全切斷閥的推力轉(zhuǎn)換器，發(fā)現(xiàn)氣動(dòng)活塞老化，活塞與轉(zhuǎn)換器內(nèi)壁面摩擦力增大，導(dǎo)致動(dòng)作出現(xiàn)卡滯，手柄不能復(fù)位。

處理方法：排出6202號(hào)閥門(mén)切斷機(jī)構(gòu)內(nèi)的積水，清除淤泥，對(duì)切斷機(jī)構(gòu)進(jìn)行清洗潤(rùn)滑，重新安裝后測(cè)試；打磨并清洗6102號(hào)閥門(mén)氣動(dòng)活塞后，重新安裝后測(cè)試。

（3）中衛(wèi)站位號(hào)36402安全切斷閥復(fù)位時(shí)有異響，并伴隨卡阻現(xiàn)象（復(fù)位過(guò)程中行程指針有卡頓）。

故障原因分析：氣動(dòng)活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)活塞密封環(huán)可能出現(xiàn)輕微磨損，出現(xiàn)漏氣，致使閥桿在上升過(guò)程中出現(xiàn)卡阻和異響。

處理方法：檢查活塞密封環(huán)和氣缸內(nèi)壁是否有磨損，若有則需更換密封環(huán)。

3 結(jié)論

（1）DN250/300/400國(guó)產(chǎn)化安全切斷閥關(guān)鍵性能已接近國(guó)外知名品牌產(chǎn)品的水平。隨著閥門(mén)服役時(shí)間的增加，閥門(mén)的內(nèi)密封性能明顯下降，而超壓切斷壓力精度、響應(yīng)時(shí)間等關(guān)鍵性能無(wú)明顯下降趨勢(shì)，但閥門(mén)動(dòng)作穩(wěn)定性變差。顯然，由于天然氣對(duì)閥座閥芯的沖刷及介質(zhì)中含有雜質(zhì)黏附在閥座和閥芯上，均能導(dǎo)致閥門(mén)內(nèi)密封性能的降低。在測(cè)試過(guò)程中，國(guó)內(nèi)外安全切斷閥均有故障出現(xiàn)（芙蓉站一臺(tái)RMG切斷閥，樟木頭站2臺(tái)吳忠儀表切斷閥），故障模式主要為超壓切斷后無(wú)法復(fù)位。主要原因?yàn)榍袛鄼C(jī)構(gòu)彈簧等易損件發(fā)生疲勞及切斷機(jī)構(gòu)滾珠機(jī)構(gòu)銹蝕，造成內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)法正常轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，后期維護(hù)的重點(diǎn)應(yīng)放在檢查閥門(mén)的內(nèi)密封性及提升閥門(mén)的穩(wěn)定性上，如定期更換密封件、切斷機(jī)構(gòu)彈簧，定期清理潤(rùn)滑切斷機(jī)構(gòu)及指揮器等。

（2）通過(guò)站場(chǎng)測(cè)試比較，國(guó)產(chǎn)化安全切斷閥（DN250/300）超壓切斷后的復(fù)位相對(duì)國(guó)外同規(guī)格產(chǎn)品較為吃力，一般需要2人共同操作完成。因此國(guó)產(chǎn)化安全切斷閥在復(fù)位操作力上還需要進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，以便于站場(chǎng)人員更輕松地對(duì)閥門(mén)進(jìn)行復(fù)位操作。