弹簧全启式安全阀的FMECA分析

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安全阀作为流程工业中-个重要的物理保护层，广泛应用于锅炉、压力容器和压力管道系统，其动作可靠性和性能直接关系到装置和人员的安全，在石油化工装置长周期安全运行中具有重要作用。弹簧全启式安全阀是应用最为广泛的安全阀，因此，对弹簧全启式安全阀(以下简称安全阀)进行可靠性分析对流程工业的安全生产十分重要 。

在实际工作中，由于介质对安全阀的腐蚀以基金项目：浙江省识重点科技创新团队项 目(2012R10001-13)；十二五”科技支撑计划项 目(2011BAK06B02)· 25·弹簧全启式安全阀的FMECA分析 Vo130.No3 2013及对安全阀的安装、使用和调整不当等原因，常常会使安全阀产生各种故障，影响其功效和寿命，严重时不能起到安全保护的作用，影响设备的安全运行。因此，安全阀的定期检修在实际生产运行过程中就显得尤为重要。我国TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》 对安全阀实行定期校验制度，-般要求每年至少校验-次。但是，随着科学技术的发展，生产装置逐渐实行 3～5年的长周期运行，安全阀规定每年校验-次的要求与长周期运行是不相适应的 j。

目前，对于安全阀的失效分析大多停留在定性的分析上，较少涉及半定量或定量的分析，因此，安全阀的校验周期往往由校验者的个人经验确定，主观性较强 J。文中采用故障模式、影响和危害性分析方法(Failure Mode，Efects and Cfit-icality Analysis，以下简称 FMECA)对安全阀进行半定量分析，找出安全阀故障产生的原因并提出明确分析范围明确任务与功能分析1.系统定义确定故障判据故障模式分析确定故障原因有效的预防措施，使安全阀的安全控制作用得到充分发挥。并通过对安全阀的失效模式进行危害性分析，给出不同失效类型的严重等级，最终为安全阀的预防失效、故障诊断以及维修分析等提供依据。

1 FMECA分析方法及步骤FMECA作为-种主动检验的半定量分析方法，是以故障模式为基础，以故障影响或后果为目标的分析技术。FMECA分析方法被广泛应用于系统的设计、使用、维修等不同的寿命阶段，通过对产品的 FMECA可以发现系统可靠性存在的缺陷和薄弱环节，为提高系统的质量与可靠性提供可行性依据 。根据 FMECA标准 GJB/Z 1391-2006 5]，进行 FMECA分析的主要步骤如图 1所示 。

故障影响分析故障检测方法分析补偿措施分析图 1 FMECA分析步骤系统定义的主要目的是使分析人员能够了解系统需要分析的范围，明确分析系统的结构以及故障的评判依据。

故障模式影响分析主要是指通过统计、试验、分析、预测等方法找出产品所有可能出现的故障模式，通过分析故障产生的原因及影响，采取-定的改进措施，使系统的可靠性得到提高。

危害性分析是对产品每-个故障模式的严重程度及其发生的概率等综合影响进行分析，通过该分析能评估产品中所有可能出现的故障模式的影响等级。

2 对安全阀的 FMECA分析2.1 系统定义· 26·危害性分析3.CA得出分析结果通过对弹簧全启式安全阀结构的了解，其主要结构如图2所示。

安全阀的基本要求包括：开启准确、排放稳定、关闭及时、密封可靠，因此，对于在役安全阀可以通过检测其是否达到以上4个标准作为其是否故障的判据。

2.2 FMEA分析根据文献[6]对 10家企业5000台安全阀的抽样调查显示，由于堵塞而无法开启的阀门有 20台，起跳后无法关闭的安全阀有 8台。另外，通过对 655台安全阀进行抽查显示，发生严重泄漏的安全阀24台，占抽样总数的3.6%，开启压力降低的有 62台，占抽样总数的 9.5%，而开启压力升高的有35台，占抽样总数的5.6%，对于在役第 3O卷第 3期 压 力 容 器 总第 244期的安全阀，都存在不同程度的振颤。另外，根据对某特检院近 3年内安全阀的失效模式进行分析归纳，最终可以确定安全阀的失效模式主要有 6种 ：振颤、泄漏、频跳、超压不开启、未到规定压力起跳、回座压力低。 。

锁紧反导阀门固定调弹簧调整螺母阀盖弹簧垫片阀体螺栓锁紧螺栓阀体管塞图2 弹簧全启式安全阀的结构示意2.2.1 振颤振颤产生的原因-般有以下几个方面：(1)弹簧刚度过大导致介质在泄放时系统内压力存在波动；(2)调节圈位置不当；(3)阀门安装不合理；(4)排放能力超过进入的介质流量；(5)外部振动的传递。

安全阀振颤会损伤阀座与阀瓣上的高精度密封面，造成泄漏，影响安全阀的排放量以及开启压力，安全阀振颤还会使安全阀的导向套等部件产生磨损或胶着 。安全阀若发生振颤则往往有可能成为整个系统的振源，若不及时消除会使整个系统受到严重破坏。为了降低振颤的影响，需选用刚度适宜的弹簧并下调调节圈的位置。通过合理安置安全阀的位置，使其远离流阻较大的弯管区域也能减少振颤的影响。

2.2.2 泄漏安全阀泄漏是安全阀常见的失效模式，2009年大庆油田对其油厂加工矿企业的8000多台安全阀进行检查，其中完全合格的为 30.46%，轻微泄漏的安全阀为33.7%，严重泄漏需要马上维修的安全阀为24.8%，彻底报废需要更换的安全阀为 10.9% 。安全阀泄漏主要表现为 3种形式 ：界面泄漏、渗透泄漏、破坏泄漏。导致安全阀漏泄的原因主要有：(1)密封面被介质腐蚀而产生麻点、沟槽等损伤；(2)有杂质落到密封面上从而导致密封性不良；(3)上下阀体间的螺栓紧力不够、结合面的平面度太差；(4)弹簧弹力下降使得压紧力不够导致泄漏。

介质的不断泄漏会使硬质密封材料遭到腐蚀和破坏。另外，泄漏会引起介质损失，造成环境污染，若是介质属于易燃易爆介质，那么就有可能引起系统的火灾、爆炸等事故，会造成巨大的危害。

安全阀的泄漏大部分与阀门部件的锈蚀有关，特别是阀座和阀瓣间的锈蚀影响，另外，安全阀各部件的松动也会使得阀门的密封不良而产生泄漏。

为了减少泄漏的影响，需要对泄漏进行严密监控，通过分析泄漏发生的位置之后 ，参照 FMECA工作表的补偿措施进行及时维修。

2.2.3 安全阀的频跳引起安全阀频跳的原因如下：(1)系统内部流体压力的波动；(2)回座压力过高。

频跳会引起系统内部流体压力的波动，不稳定的压力波动可能会破坏整个系统。安全阀发生频跳还很容易造成密封面的泄漏。为了减少频跳的影响，需要降低弹簧的刚度，使其回座压力降低并且可以通过开大节流阀的开度将频跳消除，另外，需要检验弹簧的垫片是否变形、弹簧的调整螺帽是否松脱等。

2.2.4 超压不开启安全阀到达规定压力时不能开启的原因如下 ：(1)阀瓣和阀座之间由于腐蚀、粘着等因素影响而粘着或者堵住；(2)弹簧被介质粘着或锈蚀；(3)弹簧调整的开启压力在选定时偏高；(4)弹簧的材质不合格。

安全阀到达规定压力不能起跳就不能对系统进行超压保护，失去了安全阀作为超压保护装置. 27 。

CPVT 弹簧全启式安全阀的FMECA分析 VoD0.No3 2013的意义，使得系统会因为压力过大而爆炸，是巨大的安全隐患 mj。为了使安全阀能正常起跳，需要定期检查安全阀各部件的锈蚀情况，特别是锁紧螺栓、反冲盘以及阀瓣阀座之间的锈蚀，对锈蚀严重的部件需要立即进行更换。

2.2.5 未到规定压力就开启排放未到规定压力就开启排放的原因如下：(1)弹簧的弹力不足；(2)调整螺母意外松动；(3)新安全阀校验超期或新安装的安全阀在使用前未经校验就直接使用等。

安全阀若未达到规定压力开启会使系统出现误跳，影响正常的作业。为了解决未到规定压力就开启排放的问题，需要定期对安全阀进行校验，选用合适的弹簧并且对调整螺母进行紧固。

2.2.6 安全阀的回座压力低导致安全阀的回座压力低的原因如下：(1)阀瓣与导向套之间的径向间隙过小；(2)弹簧刚度过校安全阀回座压力低会使开启后介质长时间泄漏，既产生资源浪费又影响环境。为了解决安全阀的回座压力低的问题，需要检查各运动部件，将导向套的配合间隙调整至标准范围内，可增加润滑来消除卡涩的可能性。对于刚度不合格或产生疲劳松弛的弹簧需要及时更换。

2.3 危害性分析进行危害性分析时需要对产品每-个故障模式的严重程度及其发生的概率所产生的综合影响进行分类，通过危害性分析能评估产品中所有可能出现的故障模式的影响。文中采用风险优先数方法对安全阀的失效进行危害性分析。

风险优先数方法是按产品每个故障模式的风险优先数值进行排序，并采取相应的措施使风险优先数达到可接受的最低水平 。产品某个故障模式的风险优先数故障影响的严酷度等级x故障模式发生概率等级×故障检测难易等级。式中风险优先数越高，则其危害性越大，因此对于-个产品在进行检验时，最好按照风险优先数的大小从高到低依次进行检维修。

根据 FMECA标准 GJB/Z 1391-2006 J，在严酷度的评判中，严酷度等级分为 10级，严酷度最低等级为 1，其表示不会导致人员伤害或系统损坏，但是会导致非计划性维护或修理的破坏；严. 28 。

酷度的最高等级为1O，其表示会引起人员伤亡或者系统毁坏的故障。发生概率等级分为 10级，发生概率的最低等级为 1，其表示发生概率小于10～；发生概率的最高等级为 l0，其表示发生概率大于 10～。检测难度等级分为 1O级，检测难度的最低等级为 1，其表示非常容易检修；检测难度的最高等级为 10，其表示极难进行检修维护。

阀瓣、阀体、阀座、阀杆、弹簧任何的失效都会造成经济损失，阀瓣与阀座因为锈蚀而容易产生泄漏，泄漏容易导致环境的污染或者产生爆炸，所以其严酷度可设置为4。上下阀体间因为存在共因失效，也容易产生介质的泄漏。弹簧造成的影响最大，弹簧若是发生故障其会导致多种失效模式，