石化企业承压设备安全阀失效模式及失效原因

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1、石化企业承压设备安全阀失效模式及失效原因刘汇源，陈学东，刘扬合肥通用机械研究院石化企业承压设备安全阀失效模式及失效原因1.前言安全阀作为承压设备的超压保护装置，在使用中必须满足准确开启、稳定排放、及时关闭、密封可靠的要求。安全阀在使用过程中，除安全阀频跳是由于安全阀进口管路过长、管路存在节流物或安全阀调节圈调整不当引起的外，介质温度、压力、物性对安全阀的准确开启、及时关闭、可靠密封产生影响，造成安全阀使用一段时间后性能达不到要求，安全阀失效。从安全阀开启准确性方面来看，安全阀在使用中，存在着三种可能的失效

2、模式：（1）安全阀由于运动件粘死，或进出腔堵塞无法开启；（2）安全阀超压开启——介质压力达到安全阀整定压力而安全阀未开启，超过整定压力一定值后才开启；（3）安全阀提前开启——安全阀开启压力低于整定压力。从安全阀稳定排放方面来看，对于前后配管不合适，或安全阀调节圈调整有误的安全阀存在着动作时频跳这种失效模式。从安全阀动作后及时关闭性能来看，安全阀存在着弹簧断裂，不能回座这一失效模式。从安全阀可靠密封性能来看，安全阀在使用中存在着泄漏这一失效模式。可把上述安全阀在使用中可能的失效模式简化为6种形式：（1）安全阀

3、粘死、堵塞不能开启；（2）安全阀超压开启；（3）安全阀提前开启；（4）安全阀启跳后弹簧断裂无法关闭；（5）安全阀泄漏；（6）安全阀排放时频跳不稳定。石化企业生产装置多，介质参数广（介质压力从低压到高压，温度从低温到常温再到500多度高温），介质物性差异大（有腐蚀介质、非腐蚀介质；有环境温度下可自流介质，也有不可自流介质；有环境温度下易结晶、结焦、含杂质介质，也有洁净介质）。在上述6种安全阀可能的失效模式中，石化企业承压设备用安全阀存在哪些失效模式，哪些因素造成了安全阀这些失效模式，需要做大量的现场调查和试验

4、研究。2.现场调查和试验研究石化企业生产装置从生产流程上来说可归结为炼油装置、化工装置等。典型的炼油装置有常减压蒸馏装置、催化裂化装置；典型的化工装置有乙烯裂解装置、乙二醇装置、苯乙烯装置、聚丙烯装置等，这些装置介质物性和参数有典型代表性，本文重点对这些装置用安全阀进行调查和试验研究。2.1常减压蒸馏装置常减压蒸馏装置承压设备主要有电脱盐罐、初馏塔、常压塔、减压塔、储存容器等。安全阀介质主要有：电脱盐罐原油、塔顶油气、气包蒸汽、储罐汽油、煤油、分液罐瓦斯等。介质特点：（1）压力、温度不高（原油压力1.72M

5、Pa，温度120℃；油气0.3MPa，130℃；蒸汽1.88MPa、187℃）；（2）原油、油气、瓦斯等有腐蚀。原油中含有氯元素、硫元素，虽然各油田原油氯、硫含量不同，但它们对安全阀内件、阀体，尤其是弹簧（目前用的安全阀的弹簧材料为50CrVA）都有腐蚀，只是随氯硫含量不同，腐蚀程度不同而已。在对天津石化、洛阳石化、安庆石化、九江石化、茂名石化常减压装置现场运行情况进行调查后，调查结果表明天津石化、洛阳石化、安庆石化、九江石化炼制低含硫原油的常减压装置在两个运行周期内（2年）未发现安全阀启跳后不能关闭事故；

6、九江石化常减装置油气、原油、汽油安全阀出现过启跳后安全阀泄漏现象。对于安全阀在使用过程中是否出现进出口堵塞、运动件粘死、开启压力降低等现象，现场目视检查是无法做到的，必须从装置上拆下来检查和试验。为此，重点对茂名石化常减压蒸馏装置安全阀在校验期间进行检查和试验。在装置检修期间对一蒸馏装置安全阀校验时进行检查，发现9台重油、渣油安全阀内件腐蚀粘死，腔体被腐蚀产物堵塞，对三蒸馏30台安全阀中15台典型介质安全阀进行开启压力试验，结果见表1。从表1试验结果来看，此常减压蒸馏装置经过一年的在线运行，原油、油气、煤油

7、、柴油等介质安全阀开启压力出现了不同程度的降低，由于这些介质中不同程度地含有氯离子和硫化氢，对安全阀弹簧进行了不同程度的腐蚀，使弹簧变软（巧的是，开启压力偏差最大的那台原油介质安全阀，校验后重新安装到装置上运行，半年后弹簧断裂，使安全阀开启无法关闭）。试验的三台蒸汽安全阀锈蚀严重，二台根本无法打上压，一台开启压力降低。虽然常减压装置用安全阀在使用中开启压力普遍降低，但由于介质操作压力远低于安全阀整定压力（以茂名石化四蒸馏装置为例，介质操作压力同安全阀整定压力比较，最小偏差也达到-12.8%，最大达到-67%

8、），所以安全阀在运行中并未提前开启。从现场运行调查、校验时检查及开启压力试验结果来看，腐蚀和锈蚀是常减压蒸馏装置安全阀失效的主要原因，安全阀的失效模式主要表现为：（1）安全阀腐蚀粘死，腐蚀产物堵塞不能开启；（2）安全阀开启压力降低（腐蚀使弹簧变软）；（3）安全阀启跳后无法关闭（弹簧腐蚀断裂）。2.2催化裂化装置从常减压装置过来的原料油中含有硫化物，硫化物在裂化反应温度下分解成H2S，原料油中的元素硫在这种条件下也