摘要：通过对仪表阀门的定义、分类、作用、失效因素及选型标准的介绍，结合工程中一些典型应用，系统地分析了仪表阀门选型的重要参数和安全仪表系统可能存在的“短板”，指出在仪表阀门选型及应用中应该遵循系统、科学及创新的原则。文章对于全面提高安全仪表系统可靠性具有一定的实用价值。
关键词：仪表阀门；选择；安全仪表系统；可靠性
一、概述
随着技术的不断进步，考虑到石油产品易燃、易爆或有毒介质的特性，其对于仪表自动化水平具有较高的要求.为了保证人员及财产安全，避免因为生产失误等原因酿成灾难性的事故，应该把安全问题放在首位。具有安全保障的安全仪表系统（简称SIS）在越来越多的大型石油生产装置中得到配置，其中，SIS系统最重要的要求就是性能可靠。现场仪表阀门是SIS的重要组成部分，一个现代化的石油化工装置的控制系统中会广泛用到各式各样的阀门，跑、冒、滴、漏现象经常容易出现，往往是由于设计选型或使用维修不当造成，轻者影响产品质量，增加能耗，腐蚀设备，重者甚至造成安全仪表系统故障而给生产装置、人员和环境带来重大损失，因此人们在追求不断提高SIS系统的可靠性来保障安全生产的同时，也应该关注仪表阀门等辅助材料的质量控制，这样才能发挥安全仪表系统的整体性能。
二、安全仪表系统及仪表阀门的定义与作用
（一）SIS系统的作用及构成
对于装置安全保障的SIS系统来说，继电器、控制系统（PLC或DCS）、电磁阀和现场检测仪表，以及相应的开关等等组成了SIS系统，其中，整个系统最为重要的要求就是可靠性。SIS是系统化的概念，更关注整体性，从命名就可以看出来，SIS关注回路，关注系统整体，包括安全型的现场检测器件（变送器，仪表，传感器）和安全型的现场执行器件（安全关断阀，泄压阀，保护器）等。从广义上讲，SIS的硬件系统不仅包括SIS控制器及IO，还应包括所有跟控制器接口的其他输入部件，例如获得TUV SIL认证的传感器，变送器，检测装置；以及所有输出部件和现场设备，如获得TUV SIL认证的执行器（液压安全执行器，气动安全执行器，电动型安全执行器）。有些严格的现场，要求阀门本体也必须有相关认证（NPT核级证书等）。
（二）仪表阀门的定义及作用
对于流体管路的控制装置的阀门来说，为了保护正常运行管路设备，接通或切断管路介质的流通是其基本功能，同时，还能够调节压力和流量以及改变流向等等。
对于仪表系统中常用的管路附件的仪表阀门来说，除了具有阀门改变介质通路和流向，控制输送介质的一般功能外，还具有取样、测量、效验等辅助功能。仪表阀门最重要的技术性能指标之一则是密封性能。对于阀门的密封来说，主要包括三处，一是开启件与阀座两密封面间，二是填料与阀杆和填料位置，三是阀体与阀盖的连接位置。内漏指的就是前一处的失效问题，也就是所谓的关不严，这对于阀门截断介质的能力及仪表测量精度具有一定影响。外漏则是指后两处的失效，物料损失，环境污染则往往是外漏事故的产生后果。外漏现象尤其在燃易爆、有毒或有放射的介质中根本不允许，因此，可靠的密封性能对于仪表阀门来说必不可少。
三、SIS系统的可靠性要求及仪表阀门失效因素
（一）SIS系统的可靠性要求
在高安全性能要求的石油装置系统中，可靠性较高的SIS系统中的可靠性问题显得尤为重要。在可靠性工程理论的支撑下，随机事件的故障分布按照一定规律。在系统总故障中，95%是来自外部故障，只有5%故障发生在控制器系统。根据上述分析，外部设备的选择应该在系统设计时特别注意，只有这样才能提高整体SIS系统的可靠性，这就要求技术人员选择系统时要考虑包括选择高质量的仪表阀门对整体控制系统的影响。以提高对现场仪表和I/O卡的维修能力，提高运行水平。
（二）阀门失效的原因及对策
内部泄漏和外部泄露是阀门失效的两种形式。外部泄漏比内部泄露往往造成更为严重的后果。在石油工业中，原材料及能源的浪费往往是由于阀门外漏造成的，环境污染、甚至涉及到人身重大安全事故也有可能发生，这样就会给造成严重损失。
1.阀门外漏的原因分析
（1）阀杆在某个位置被咬死往往是由于选材不当或工艺落后所造成，这样的阀杆泄漏往往是由于阀门无法关闭或关闭不严造成介质泄漏。
（2）介质的泄漏往往是由于铸造阀体的砂眼等铸造缺陷， 阀体泄漏的原因经常容易通过水压试验发现。
（3）阀杆泄漏的原因主要是选材不当或工艺落后引起阀杆在某个位置被咬死，使阀门无法关闭或关闭不严造成介质泄漏。
（4）上部填料泄漏的原因通常是由于经常开关时阀杆与填料之间的磨损产生间隙不能及时补偿而泄露。
（5）阀体连接处泄漏系指阀体与阀盖之间的密封失效泄露。另外根据接口连接方式不同，可能会由于螺纹密封和卡套连接时质量或安装问题造成泄露。
2.阀门内漏的原因分析
内漏往往是由于阀门关闭不严形成的，发生位置往往是在阀座密封面。其原因主要分析如下：
（1）介质的泄漏常常是由于阀门的制造工艺存在问题密封不严而导致，如果用于测量将会造成误差或流量损失。
（2）阀头与阀座密封面磨损造成密封不严，也会引起泄漏损失。
（3）由于制造，运输、安装和使用中，损伤了阀门的密封面导致阀门泄漏。
（4）由于吹扫或过滤不严而介质内含有固体杂质造成阀座关闭不严，从而引起介质泄漏。
3.防止泄露的典型对策
分析造成阀门泄漏的关键问题，就是上述分析的阀体连接部位密封的泄漏（外漏）和阀门上部填料密封的泄漏（外漏）问题，应该高度重视对阀门的合理选择。
（1）防止填料泄漏（外漏）的对策。传统的填料设计需要较大的力来挤压填料而产生密封。这就要求有较大的力（或扭矩）作用于球阀。高扭矩不但开关费力也必然导致密封表面的快速磨损和产品使用寿命的缩短。维修和更换填料操作比较麻烦。这里，我们可以选用某品牌的加活载2件式填料设计，其优点在于填料可以沿上下或向里外滑动。因此填料螺母只要给予一个较小的力，就能产生密封，延长寿命。阀杆弹簧在填料上产生活负载，补偿温度，压力及磨损。特别是当阀杆的V形填料磨损时，楔形填料在弹簧力作用下产生相对运动，重新达到密封。不会引起泄漏，因此，一般来说我们是不需要重新紧固填料螺母。即使要进行维修，操作也是非常简单，便于在线维修，取得了良好的效果。
（2）防止阀体连接部位泄漏的对策。由通过设计补偿式阀座，在高压时，球被压迫向下游，压平下错阀座，形成密封。上游阀座随球运动维持密封；在低压时，锥形碟片弹簧加载的阀座压在球面上形成密封。维持密封，密封性质需要满足的要求分析如下：①满足多次拆卸后依然密封的要求；②能适应在急剧变化温度和压力工作条件下工作；③对振动和冲击载荷不敏感等；④结构简单、紧凑，金属消耗量少。
（3）防止阀杆、阀座泄露的对策。阀杆和阀座是阀门中重要的受力及磨损零部件，阀杆材料必须具有足够的强度和韧性且能耐腐蚀和擦伤，一般应对其表面进行强化处理。目前，除采用最好的材料和工艺外，在结构上也应该设计独特，比如，其阀杆采用下密封结构防止介质腐蚀，同时阀杆螺纹镀银减少扭力增加阀杆的寿命，另外还有一个特点是其阀头采用无旋转球头设计从而在阀头与阀座间防止非轴向旋转，产生的是平滑的阀座密封，这样可以允许重复的垂直压紧关闭，减少潜在的阀座密封泄漏，延长阀门的使用寿命，减少停车损失。
四、结语
随着现代流程工业自动化和远距离流体输送的发展，未来阀门将向高参数、节能、自控及模块化结构方向发展，并将通过不断采用新材料和新工艺，来提高阀门的使用寿命，从而保证装置和系统的安全运行。投用SIS系统的目的是在保障人身安全前提下，使生产设备安全、平稳、长效运行。通过可靠性的分析，我们可以明确SIS是系统化的概念，性能可靠不但依赖于控制器内部，更依赖于包括现场仪表阀门配件等所有外部设备，因此要高度重视系统中每个组成部件的质量。
参考文献：
[1]杨刚.炼油装置仪表测量管路用阀门种类的选用[J].石油化工自动化，2010（6）.
[2]缪煜新.石油化工装置中SIS的安全功能[J].石油化工自动化，2004（3）.
（作者单位：中国石油管道局天津设计院）