先导式水击泄压阀动作原理及典型故障分析

先导式水击泄压阀动作原理及典型故障分析作者：杨春花

来源：《内燃机与配件》2020年第07期

摘要：本文阐述了先导式水击泄压阀的组成结构与原理，分析了阀门误动作、先导阀过滤器堵塞、锥形阀芯无法复位或密封不严等典型故障原因，提出了处理措施与改进建议。

Abstract： This paper describes the structure and principle of pilot type water hammer pressure relief valve， analyzes the valve misoperation， pilot valve filter blockage， cone valve core can not reset or seal is not strict and other typical failure reasons， and puts forward the treatment measures and improvement suggestions.

关键词：水击泄压阀;动作原理;故障;联锁保护

Key words： water hammer relief valve;action principle;fault;interlock protection

0 ;引言

新建成品油管道一般采用密闭输送方式，发生水击时增压波可能引起液柱分离，超压严重时危及管道运行安全。为保护管道和附属设施安全，一般采用调节阀保护、泄压阀保护、压力开关停机保护等三级保护措施。作为保护输油管道系统的重要设备，水击泄压阀的动作性能直接关系到泄压阀保护功能能否实现。

1 ;先导式水击泄压阀的组成结构与动作原理

1.1 先导式水击泄压阀结构原理

现以DANEL先导式水击泄压阀为例，水击泄压阀由主阀、先导阀、过滤器、集成块及附属管线组成（见图1，集成块不可见）。

1.2 先导式水击泄压阀动作原理

先导式水击泄压阀的先导阀由前室、中室、后室组成，前室、中室、后室分别与水击泄压阀本体的前腔、中腔、后腔连通。正常工况下，管道流体对先导阀活塞的轴向力小于先导阀调整弹簧力，流体经过先导阀连通阀门本体前腔、中腔（见图2）。此时，管道流体对锥形阀芯的轴向力小于弹簧变形产生的预紧力，阀门关闭，锥形阀芯与阀座接触面形成密封带。

当成品油管道内产生瞬时水击，压力超过泄压阀预设压力值时，先导阀活塞动作，先导阀中室与后室连通。此时，水击泄压阀后腔与中腔相连（见图3），中腔泄压，弹簧对锥形阀芯的作用力小于上游流体对锥形阀芯产生的轴向力，阀芯快速开启，保护管道和设备不被破坏。

2 ;先导式水击泄压阀典型故障原因分析

根据水击泄压阀故障的外在表象，主要故障可归纳为三类：阀门误动作、先导阀过滤器堵塞、锥形阀芯无法复位或密封不严[1-3]。

2.1 阀门误动作

先导式水击泄压阀误动作一般表现为中腔泄压或欠压、先导阀误动作。可能原因为：

①多管组件与阀体连接的静密封面渗漏，阀门中腔泄压。当中腔压力补充不及时且锥形阀芯上游压力大于中腔背压、弹簧弹力的合力时，锥形阀芯开启，阀门误动作。

②先导阀过滤器堵塞、异物卡阻或过滤器内积水遇低温结冰，导致先导阀前室和中室产生差压，先导阀动作，阀门中腔和后腔连通后泄压，锥形阀芯开启，阀门误动作。

2.2 先导阀过滤器堵塞

正常工况下，先导阀、主阀内流体保持静止状态，过滤器内无介质流动。引起介质流动并将杂质带入过滤器的原因可能有三种情况：

①水击泄压阀开启测试时，中腔泄压后补压引起过滤器内介质流动;

②开启测试或阀门误动作后，锥形阀芯归位过程中阀门中腔补压引起介质流动;

③锥形阀芯与阀座密封不严，阀腔内介质流动引起过滤器内介质流动。当阀芯反复动作时，过滤器内杂质积累在滤芯外，引起过滤器堵塞;

④油品本身不洁净或清管作业等活动引起油品内杂质增加;

⑤油品含水率较高，过滤器内积水，当环境温度较低、伴热带未投用或发热量不足以及保温效果不佳时，积水结冰引起过滤器堵塞。

2.3 锥形阀芯无法复位或密封不严

锥形阀芯动作后无法复位或密封不严是水击泄压常见故障。长时间不复位或密封不严，可能引起泄压罐冒顶。引起主阀阀芯无法复位或密封不严的原因可能有：

①杂质停留于锥形阀芯、阀座接触面上，造成阀芯回位时密封不严;

②先导阀过滤器堵塞，造成主阀中腔与后腔连通后泄压，锥形阀芯无法复位;

③主阀弹簧件损坏或设计制造精度、安装不到位，造成弹簧变形产生作用力小于管道流体对锥形阀芯的轴向力;

④开启压力设定值低于水力计算确定值。

3 ;典型故障处理方法与改进建议

针对阀门误动作、先导阀过滤器堵塞、锥形阀芯无法复位或密封不严等三类典型故障，应根据阀门动作原理和密封原理，寻求解决措施。

①做好阀门等关键物资的驻厂监造和物资采购到货验收，确保弹簧设计制造具有足够的刚度，阀门密封性能、动作性能等性能出厂测试合格。

②要建立先导式泄压阀维护保养和检修规程，明确阀门检修周期及密封件更换周期。管道运营单位要充分利用停输机会，严格规程进行水击泄压阀开启压力定值测试，精确测试和调整先导阀开启压力，保证水击泄压阀开关动作可靠、反应灵敏;严格按照规程进行阀门解体检修，清理先导阀过滤器杂质和主阀密封面杂质，更换老化、损坏的密封件。

③低温时段要做好先导阀保温措施。北方地区要投用电伴热，设置保温岩棉和保温铁皮，防止先导阀中积水结冰，增大流体流动性，降低堵塞、异物卡阻和结冰风险。

④改造先导式水击泄压阀前的阀门执行机构，将手动执行机构更换为电动执行机构。同时，设置泄压罐高液位报警连锁关闭泄压阀前电动截断阀的保护逻辑，降低锥形阀芯无法复位或密封不严故障处理不及时的冒罐风险。

⑤加强对联锁保护功能涉及的流程、工藝参数和报警管理，以及保护装置休眠管理和联锁保护功能测试，确保安全保护装置、自动控制系统性能可靠。

4 ;结论

先导式水击泄压阀作为成品油管道水击保护系统的重要设备，设备完好状态至关重要。实际生产中，管道运营单位设备管理、自动化管理人员要熟悉掌握阀门故障现象的原因分析方法，严格按照维护保养和检修规程、连锁保护功能测试规程，做好阀门保养和检修、保护逻辑测试等工作，确保阀门和自动控制系统性能可靠。

参考文献：

[1]刘翌燕.先导式水击泄压阀动作原理和密封机理的分析[J]. 阀门，2010（04）：18-21.

[2]于京平，冯坤.水击泄压阀的应用及失效分析[J].油气储运， 2016（02）：173-175.

[3]代一平，谢志斌，等.先导式水击泄压阀泄漏原因及解决措施[J].油气储运，2017（02）：236-240.