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摘 要：近年来，长距离输油管道一个主要的潜在不安全因素是来自管道内水击的破坏。及时消除异常压力波，避免水击破坏最主要的安全措施是在管道上安装水击泄放阀。通过分析输油站先导式和氮气式水击泄放阀的工作原理、常见故障及使用、维护要点，就先导式水击泄放阀集管块与主阀结合处的密封圈沟槽设计和监测预警措施进行探讨，以提高水击泄放阀在管道中使用的稳定性，保障输油管道安全运行。
关键词：水击泄放阀；故障；监测预警
1.水击泄放阀的工作原理
水击泄放阀专为引导来势凶猛的间歇式水击而设计，在水击到来时快速打开，然后无撞击关闭。开启压力与泄放量是水击泄放阀的两个重要参数。
1.1 先导式水击泄放阀的工作原理
先导式水击泄放阀主要由主阀、先导阀、集管块及过滤器等组成。其中主阀由阀体、阀座、滑塞、弹簧等构成；先导阀由弹簧、提动头（十字形的双活塞）和三个阀室（前室、中室和后室）等构成（见图1）；集管块介于先导阀和主阀之间，主要作用是进行流道的分布，过滤器安装在集管块侧面，可阻止油泥等杂质进入主阀滑塞腔内。水击泄放阀处于正常关闭状态时滑塞腔内的油品压力与阀前油品的压力相等。
当上游油品压力大于水击泄放阀设定压力，此时先导阀提动头在油品压力的推动下从左侧移到右侧，先导阀中室与后室相通，中室与前室隔开（如图1），水击泄放阀滑塞腔内油品流到下游管线内，作用在滑塞上的上游油品的压力大于弹簧的弹力，滑塞被顶开，水击泄放阀开始泄压。当上游油品压力衰减到小于设定开启压力时，先导阀提动头将从右侧移到左侧，滑塞将平稳关闭，水击泄放阀自动恢复到水击泄放前的工作状态。
图1 先导式泄压阀
1.2 氮气式水击泄放阀的工作原理
氮气式水击泄放阀主要由主阀和一套氮气控制系统组成。主阀由阀体、阀座、阀塞、滑塞套及弹簧等组成。氮气控制系统由氮气瓶、减压阀、压力表、引壓管、充气阀、排气阀、氮气压力传感器及氮气压力控制柜等组成。氮气式水击泄放阀投用前预先向滑塞腔内充入氮气至设定压力，这样滑塞腔内氮气的压力将使滑塞与阀座紧密贴合，使管道在正常压力下运行。当输油管线因某种原因产生瞬时的水击波，使管道内的压力超过水击泄放阀泄放压力时，滑塞被顶开泄放压力，当水击波压力衰减到小于泄放压力时，滑塞将平稳关闭，水击泄放阀自动复位。
2.水击泄放阀使用中存在的主要问题
2.1水击泄放阀误动作
水击泄放阀误动作，即阀前油品压力没有达到设定泄放压力时水击泄放阀就打开了。其中原因有：
⑴水击泄放阀本身故障。经过几年的运行，已有多个输油站的先导式水击泄放阀出现了因集管块与主阀接合处进出主阀滑塞腔的液体通道的“O”形密封圈失效，导致滑塞腔内的油品从“O”形密封圈破损处流出，结果是不仅阀内油品从集管块与主阀接合面处向外泄漏，而且主阀滑塞被打开泄放油品至泄压罐。此时，先导阀已失去控制，滑塞腔也无法保压，滑塞不能复位，如果发现不及时，有可能酿成大的生产事故。
⑵外界因素的干扰。因所输油品中含有的水分在管线中聚结，天气较冷时结冰而导致水击泄放阀误动作，部分含水油品泄放至泄压罐。
⑶水击泄放阀系统附件出现了故障。如氦气式水击泄放阀因为氮气瓶减压阀后的压力表内细金属管出现裂纹、或压力表连接处渗漏等引起氮气泄漏，导致水击泄放阀滑塞腔内氮气压力骤降，滑塞被打开造成非正常泄放。
2.2水击泄放阀内漏
出现水击泄放阀内漏的情况大致有以下几种：
⑴水击泄放阀动作后滑塞与阀座之间进入杂质，造成密封不严；
⑵密封件被刮伤，造成密封不严；
⑶密封件安装不当引起密封件损伤，或因密封件老化失效引起泄漏；
⑷密封件质量差，达不到密封要求引起泄漏；
⑸滑塞安装不正确，发生偏斜；等等。
3.水击泄放阀使用与维护要点
做好水击泄放阀的检查维护管理工作，保证水击泄放阀处于正常的工作状态，对管道的安全运行非常重要。
3.1水击泄放阀管线的吹扫冲洗
因为站内管线不能通球扫线，且弯道多，管道吹扫要特别注意吹扫站内管线，尤其是泄压管线，保证吹扫时间，避免焊渣、砂石等残留在管道内。在管线试运行期间采用旁通流程，以防杂质等进入泄放阀。管道投油后，由于泄压管线是死流段，即管内油品平时不流动，所以时间一长很容易在管内积存油泥、锈渣等杂质，可考虑定期对泄压管线进行冲洗。
3.2水击泄放阀的排水排污
在管道试运行期间，一般都是油水混合物，水击泄放阀前管段及阀内会积存大量的水，当管道正式投油后应及时将水泄放掉。先导阀过滤器和主阀滑塞腔应定期排污。
3.3水击泄放阀的保温
由于先导式水击泄放阀阀内的油品平时是不流动的，当冬季来临气温骤然下降时，油品可能凝固，若油品中含水，凝固的可能性更大，一旦出现凝固，水击泄放阀发生误动作的可能性很大。所以冬季寒冷地区的管道在寒潮来临前要做好水击泄放阀的保温工作，防止意外的发生。
4.探讨
从实际使用情况来看，流量开关因为雨水易沿电源线和信号线浸入开关盒引起控制线路故障频发，很多流量开关不能正常发挥作用。设想一种新的监测方法：对阀前管段压力和主阀滑塞腔的压力进行对比监测，安装一个压差报警器，并将此信息传递到站控室和控制中心。根据先导式水击泄放阀的工作原理可知，在阀门发生超压泄放或误动作前，滑塞腔内压力必然低于阀前管线内压力，则阀门在动作前压差报警器定会发出警告，提醒操作人员注意并根据具体情况采取相应措施。
当差压器监测到的压差很小时，滑塞在滑塞腔内弹簧的作用下还不至于被打开，当压差达到一定程度，滑塞才被推开，这样对于因引压系统液体流道“O”形密封圈失效引起的油品外漏，或因遇上寒冷天气引压管内液体发生凝固堵塞而导致阀前压力不能传递到滑塞腔的情况，压差报警器能迅速检测到并发出警告，操作人员可紧急关闭水击泄压阀前的闸阀，停用水击泄压阀进行检修，防止情况恶化导致水击泄放阀误动作的发生。
5.结束语
水击泄放阀是保护管道免遭水击破坏最重要的安全设施，正确使用和维护水击泄放阀是保证管道安全运行的关键，由于采取了以上措施，水击泄放阀在管道中使用的稳定性会大大提高。但如何进一步提高水击泄放阀自身的安全性能是值得继续探讨的问题。
参考文献：
①曲慎扬.原油管道工程[M].北京：石油工业出版社，1991.
②严大凡.输油管道设计与管理[M].北京：石油工业出版社，1986.
③李仕.贵阳输油站水击泄压阀误动作原因分析及防范措施[J].管道技术与设备，2008（1）：32-33.
作者简介：
第一作者作者姓名：张妮（1993年2月）
性别：女
民族：汉
现供职单位：中国石油长庆油田第三输油处
第二作者：李磊（1990年11月）
性别：男
民族：汉
现供职单位：中国石油东方地球物理勘探有限责任公司
关键词：水击泄放阀；故障；监测预警
1.水击泄放阀的工作原理
水击泄放阀专为引导来势凶猛的间歇式水击而设计，在水击到来时快速打开，然后无撞击关闭。开启压力与泄放量是水击泄放阀的两个重要参数。
1.1 先导式水击泄放阀的工作原理
先导式水击泄放阀主要由主阀、先导阀、集管块及过滤器等组成。其中主阀由阀体、阀座、滑塞、弹簧等构成；先导阀由弹簧、提动头（十字形的双活塞）和三个阀室（前室、中室和后室）等构成（见图1）；集管块介于先导阀和主阀之间，主要作用是进行流道的分布，过滤器安装在集管块侧面，可阻止油泥等杂质进入主阀滑塞腔内。水击泄放阀处于正常关闭状态时滑塞腔内的油品压力与阀前油品的压力相等。
当上游油品压力大于水击泄放阀设定压力，此时先导阀提动头在油品压力的推动下从左侧移到右侧，先导阀中室与后室相通，中室与前室隔开（如图1），水击泄放阀滑塞腔内油品流到下游管线内，作用在滑塞上的上游油品的压力大于弹簧的弹力，滑塞被顶开，水击泄放阀开始泄压。当上游油品压力衰减到小于设定开启压力时，先导阀提动头将从右侧移到左侧，滑塞将平稳关闭，水击泄放阀自动恢复到水击泄放前的工作状态。
图1 先导式泄压阀
1.2 氮气式水击泄放阀的工作原理
氮气式水击泄放阀主要由主阀和一套氮气控制系统组成。主阀由阀体、阀座、阀塞、滑塞套及弹簧等组成。氮气控制系统由氮气瓶、减压阀、压力表、引壓管、充气阀、排气阀、氮气压力传感器及氮气压力控制柜等组成。氮气式水击泄放阀投用前预先向滑塞腔内充入氮气至设定压力，这样滑塞腔内氮气的压力将使滑塞与阀座紧密贴合，使管道在正常压力下运行。当输油管线因某种原因产生瞬时的水击波，使管道内的压力超过水击泄放阀泄放压力时，滑塞被顶开泄放压力，当水击波压力衰减到小于泄放压力时，滑塞将平稳关闭，水击泄放阀自动复位。
2.水击泄放阀使用中存在的主要问题
2.1水击泄放阀误动作
水击泄放阀误动作，即阀前油品压力没有达到设定泄放压力时水击泄放阀就打开了。其中原因有：
⑴水击泄放阀本身故障。经过几年的运行，已有多个输油站的先导式水击泄放阀出现了因集管块与主阀接合处进出主阀滑塞腔的液体通道的“O”形密封圈失效，导致滑塞腔内的油品从“O”形密封圈破损处流出，结果是不仅阀内油品从集管块与主阀接合面处向外泄漏，而且主阀滑塞被打开泄放油品至泄压罐。此时，先导阀已失去控制，滑塞腔也无法保压，滑塞不能复位，如果发现不及时，有可能酿成大的生产事故。
⑵外界因素的干扰。因所输油品中含有的水分在管线中聚结，天气较冷时结冰而导致水击泄放阀误动作，部分含水油品泄放至泄压罐。
⑶水击泄放阀系统附件出现了故障。如氦气式水击泄放阀因为氮气瓶减压阀后的压力表内细金属管出现裂纹、或压力表连接处渗漏等引起氮气泄漏，导致水击泄放阀滑塞腔内氮气压力骤降，滑塞被打开造成非正常泄放。
2.2水击泄放阀内漏
出现水击泄放阀内漏的情况大致有以下几种：
⑴水击泄放阀动作后滑塞与阀座之间进入杂质，造成密封不严；
⑵密封件被刮伤，造成密封不严；
⑶密封件安装不当引起密封件损伤，或因密封件老化失效引起泄漏；
⑷密封件质量差，达不到密封要求引起泄漏；
⑸滑塞安装不正确，发生偏斜；等等。
3.水击泄放阀使用与维护要点
做好水击泄放阀的检查维护管理工作，保证水击泄放阀处于正常的工作状态，对管道的安全运行非常重要。
3.1水击泄放阀管线的吹扫冲洗
因为站内管线不能通球扫线，且弯道多，管道吹扫要特别注意吹扫站内管线，尤其是泄压管线，保证吹扫时间，避免焊渣、砂石等残留在管道内。在管线试运行期间采用旁通流程，以防杂质等进入泄放阀。管道投油后，由于泄压管线是死流段，即管内油品平时不流动，所以时间一长很容易在管内积存油泥、锈渣等杂质，可考虑定期对泄压管线进行冲洗。
3.2水击泄放阀的排水排污
在管道试运行期间，一般都是油水混合物，水击泄放阀前管段及阀内会积存大量的水，当管道正式投油后应及时将水泄放掉。先导阀过滤器和主阀滑塞腔应定期排污。
3.3水击泄放阀的保温
由于先导式水击泄放阀阀内的油品平时是不流动的，当冬季来临气温骤然下降时，油品可能凝固，若油品中含水，凝固的可能性更大，一旦出现凝固，水击泄放阀发生误动作的可能性很大。所以冬季寒冷地区的管道在寒潮来临前要做好水击泄放阀的保温工作，防止意外的发生。
4.探讨
从实际使用情况来看，流量开关因为雨水易沿电源线和信号线浸入开关盒引起控制线路故障频发，很多流量开关不能正常发挥作用。设想一种新的监测方法：对阀前管段压力和主阀滑塞腔的压力进行对比监测，安装一个压差报警器，并将此信息传递到站控室和控制中心。根据先导式水击泄放阀的工作原理可知，在阀门发生超压泄放或误动作前，滑塞腔内压力必然低于阀前管线内压力，则阀门在动作前压差报警器定会发出警告，提醒操作人员注意并根据具体情况采取相应措施。
当差压器监测到的压差很小时，滑塞在滑塞腔内弹簧的作用下还不至于被打开，当压差达到一定程度，滑塞才被推开，这样对于因引压系统液体流道“O”形密封圈失效引起的油品外漏，或因遇上寒冷天气引压管内液体发生凝固堵塞而导致阀前压力不能传递到滑塞腔的情况，压差报警器能迅速检测到并发出警告，操作人员可紧急关闭水击泄压阀前的闸阀，停用水击泄压阀进行检修，防止情况恶化导致水击泄放阀误动作的发生。
5.结束语
水击泄放阀是保护管道免遭水击破坏最重要的安全设施，正确使用和维护水击泄放阀是保证管道安全运行的关键，由于采取了以上措施，水击泄放阀在管道中使用的稳定性会大大提高。但如何进一步提高水击泄放阀自身的安全性能是值得继续探讨的问题。
参考文献：
①曲慎扬.原油管道工程[M].北京：石油工业出版社，1991.
②严大凡.输油管道设计与管理[M].北京：石油工业出版社，1986.
③李仕.贵阳输油站水击泄压阀误动作原因分析及防范措施[J].管道技术与设备，2008（1）：32-33.
作者简介：
第一作者作者姓名：张妮（1993年2月）
性别：女
民族：汉
现供职单位：中国石油长庆油田第三输油处
第二作者：李磊（1990年11月）
性别：男
民族：汉
现供职单位：中国石油东方地球物理勘探有限责任公司