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自力式压力调节阀在危险化学品领域防流体危险的对策
时间:2020-08-26 点击次数:196

针对危险化学品领域中自力式压力调节阀在应用过程中存在的安全隐患问题,参照“控制阀安全要求”,分析了现行自力式压力调节阀采用单膜片执行机构存在流体危险时的缺陷和危害;介绍了采用膜片冗余和具有显示报警功能的新型产品的结构、防流体危害的功能和应用,以达到自力式调节阀的使用安全要求。

自力式压力调节阀最初用于城市供热控制,进而应用于工业过程控制领域。随着石油化工生产的发展,自力式压力调节阀也不断应用于具有强腐蚀性,易燃易爆特性的介质过程控制中,因而该产品的安全性问题已经引起人们的高度关注。根据GB30436.4----2013《工业自动化产品安全要求》第四部分:控制阀的安全要求,浙江派沃自控仪表有限公司改进了自力式压力调节阀的设计,采用了膜片冗余技术和显示报警功能,提高了产品的功能安全性,并取得 了良好的效果。

1   自力式压力调节阀的工作原理及特点

1.1   工作原理

自力式压力调节阀由调节机构、执行机构和引压导管三部分组成,如图1所示。该调节阀不需要外加能源驱动和接受外来信号控制,通过比较被控介质压力作用在膜片上的力与设定弹簧的反作用力操作,从而改变液体流量,实现被控压力的自动调节。 

1.2  特  点 

1) 采用双膜片组合冗余功能。该阀的执行机构由2组膜片组成,1组为工作膜片,另1组为安全备用膜片或称检测膜片。该阀执行机构正常工作时,工作膜片与介质直接接触 承担压力信号的测量放大比较功能,完成自力式压力调节阀的压力控制。此时,备用膜片不接触工艺介质,不参与控制。当工作膜片发生破裂时,介质就注入备用膜片室和备用膜片接触,避免了介质的外泄漏,此时的压力信号怕测量放大比较功能由备用膜片完成,从而确保了自力式压力调节阀的安全运行并防止流体危险事件的发生,避免了人身伤害和环境污染。

2) 报警功能。当工作膜片正常时,由于被控介质没进入到备用膜片室,备用膜 片室内的压力表指示为零;当工作膜片破裂泄漏时,由于介质进入备用膜片室,备用膜片室就会有压力,该信号可以通过电接点压力表传到控制室,从而提醒操作员做出及时处理。

4  应用案例

该公司生产的带膜片破裂报警自力式压力调节阀,已于2009年应用于德司达(南京)染料有限公司调试危险介质领域的硝基笨(C6H5NO2)的压力控制和强腐蚀性介质领域的发烟硫酸(H2SO4.SO3)的压力控制和强腐蚀性介质领域的发烟硫酸(H2SO4.SO3)的压力控制。现场使用至今证明,该产品从未发生过由于膜片破裂而导致的控制失灵和物料的泄漏,确保了生产的安全,受到了用户的了评!

5  结束语

    自力式压力调节阀是一种适用于无仪表气源、调节精度要求不高场合的节能仪表,应用在危险化学品领域时,采用具有膜片冗余和膜片显示报警功能的自力式调节阀,提高了系统的可用性和安全性,得到了用户好评。

一般调节阀只有阀体受到流体的压力、温度、介质性质影响,而从自力式压力调节阀的结构和原理可知,该阀在实现压力控制过程中,它的调节机构和执行机构均直接和工艺介质密切接触,连续不断地受到介质参数和性质的影响,特别是在苛刻的工况条件下,自力式压力调节阀的执行机构所需考虑的功能安全性要比一般的调节阀更加严谨,两者的区别如图2、图3所示,图中阴影部分为接触介质部件。 

2 自力式压力调节阀的结构缺陷和潜在危险

2.1  自力式压力调节阀的结构缺陷

 目前,自力式压力调节阀大多采用单膜片执行机构结构形式,直接与介质接触进而进行控制,在使用过程中存在着执行机构的高压渗漏和破裂等产生的潜在危险。尽管可以通过采用滚动膜片或金属膜片提高性能,通过选择耐腐蚀和搞溶胀性的膜片材料可提高安全性和使用寿命,但由于在结构设计中没采取膜片破裂时的冗余措施及就地显示报警功能,若用在危险化学品领域,如丙烯腈、发烟硫酸、苯等介质,其膜片破裂导致的后果将十分严重。

自力式压力调节阀在设计制造时,应考虑在正常使用时可能遇到的流体危险并提供针对操作人员或周围环境的防护措施。为此,无论在正常使用或单一故障条件下,执行机构的零部件都不会由于破裂和渗漏而导致危险。

2.2  结构缺陷的潜在危险

2.2.1  自动控制失效的危险

由于自力式调节阀是靠被控变量的变化直接作用在动力部件膜片上进行操作的,当膜片破裂时,由于被控介质的泄漏必将会导致控制阀时,它就会在设定弹簧的作用下使阀处于阀后控制型的全开状态,呀使阀处于阀前控制型的全关状态,致使调节作用失效。

2.2.2  介质泄漏的危险

由于单膜片执行机构中的膜片,一面和被控介质接触,另一面和大气相通,膜片一旦发生破裂,介质将直接向外泄漏,因而危险化学品介质直接会造成操作人员的中毒、灼伤,甚至设备损坏和环境污染。

2.2.3  无膜片故障显示报警功能的危险

采用单膜片执行机构的自力式压力调节阀,在膜片破裂时如果没有显示报警功能,介质的泄漏和控制功能失效,无法被及时发现和处理,将使事故危害不断扩大,造成更加严重的安全后果。

值得注意的是这种潜在的流体危险,即使是采用如图4所示的2台自力式压力调节阀构成“2取1”的冗余控制,也无法克服膜片破裂所造成的后果。因为该冗余控制只有在设定值满足P2设定值<P1设定值和膜片无损坏的条件下,才能确保在工作阀发生故障时由备用阀对阀后压力继续实施控制。 

3 自力式压力调节阀防流体危险对策

   具有防流体危险的自力式压力调节阀在阀体结构设计上和一般自力式压力调节阀并无差别,两者间的区别主要表现在执行机构的结构和功能上。该执行机构采用了双膜片组合形式,增加了工作膜片破裂或渗漏时的报警显示功能。现以浙江派沃公司生产的带膜片破裂报警的自力式压力调节阀为例说明,该结构如图5所示。

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