安全阀的应用与发展——访莱斯中国销售总监李宏业先生

admin 2017-10-24 15:51 50游览

安全阀的应用与发展

Application and Development of Safety Valve

——访莱斯中国销售总监李宏业先生

——Interview with Mr. Li Hongye, Sales Director of LESER China

 

文_《阀门用户》编辑部

 


 

 

安全阀是用于压力容器和管道系统中超过安全压力的自动保护装置,通常情况下是关闭的状态,甚至直至安全阀报废时,都没有在线发生一次开启,正因此,安全阀这个特殊装置的重要性可见一斑。那么,安全阀性能的稳定性不仅与安全阀本身,如选材、设计、加工制造等有关,也与安全阀的正确选型、安装、使用与维护密切相关。为了确定合适的阀门规格和型号,需要根据实际工况条件和已知数据进行仔细计算,从而确保安全阀选型的精准,保证适应所需的工作条件,同时也保证对工作人员与环境的保护。

安全阀工作的可靠性对于操作人员和工厂自身的保护来说特别重要,在大部分国家中已把它们作为强制性管理和保险验收的内容,并且颁布了与设计和使用有关的标准(见附录)。基于安全阀的特殊性,国家质量监督检验检疫总局将安全阀从特种设备压力管道元件(阀门)中分离出来,实施单独的安全阀附件行政许可,并制定了《安全阀安全技术监察规程》,对安全阀的材料、设计、制造、检验、安装、使用、校验、维修和安全阀制造许可条件等方面都进行了明确、具体的规定,并明确规定从事使用中的安全阀的运行维护、拆卸检修、校验工作的人员应当取得“特种设备作业人员证”,其目的就是保证安全阀的性能能够满足设备安全的要求。

LESER安全阀门公司成立于1818年,总部位于德国Hamburg,是欧洲最早且最大的安全阀专业制造商。其主要产品包括API 526系列安全阀、HP系列大口径安全阀、Compact系列适用于高温高压工况条件,全新升级先导式系列安全阀,可在线调校的310系列切换式安全阀、447系列全衬里抗强腐蚀安全阀及48X系列洁净级安全阀等。两个世纪以来,LESER公司以其高质量的产品、先进的安全阀技术以及周到及时的技术服务而享誉世界。特别是在石油化工领域,更以其独特领先的技术以及近两百年的生产及现场服务经验,而成为安全阀行业的领导者。

为扩大在华业务,并更好的服务于各领域的用户,为设备厂商和经营者提供更好的支持,LESER已在天津成立中国区的全资子公司——莱斯安全阀门(天津)有限公司,并于2013年7月开始正式运营,此外,并在北京、上海和深圳设有销售办事处。目前LESER中国,除对制造商支持和服务使用中文外,用户订购的所有LESER产品均为“德国制造”。专业的中国团队能够直接为客户提供精准快速的安全阀的选型报价,合同签订,跟踪生产发货及交付,文件制作,产品及技术培训,售后维修等,从而实现了对LESER中国直接为中国区本地客户的全程直接的专业服务。此外,针对中国更广泛领域的需求,莱斯中国制定出特殊应用领域的安全阀方案。根据客户应用的需求,LESER特殊系列安全阀适用的范畴有:尿素专用、醋酸专用、PTA专用、PVC专用、铝专用,以及乙烯等全系列特殊领域。

 

 

VUM记者:

首先,能否介绍下安全阀的起源及发展过程?

李宏业先生:

安全阀的起源与工业的发展密切相关。17世纪,英国的工业进入起步阶段,工业生产和交通运输的发展迫切需要动力资源,当时主要是蒸汽机,在锅炉里把水烧成水蒸汽,水蒸汽在汽缸里推动活塞做功。由于缺少安全措施,锅炉的爆炸造成了很多安全事故,为了保护人身及设备安全,重锤式安全阀问世,虽然结构简单、精度不高,但能起到过压保护和蒸汽排放的作用。18世纪,瓦特对蒸汽机进行了改良,并得到广泛使用,引起了第一次工业革命,使用高温高压的蒸汽为蒸汽机的效率带来了巨大的提高,但这种蒸汽机比真空蒸汽机危险得多,安全阀在这里带来了很大的改进,在压力过高的情况下安全阀放气减压。由于技术提高,安全阀也随之发展,出现了弹簧加载式安全阀,这也是目前安全阀最基本的结构形式。19世纪三四十年代机器制造业实现机械化,当发电机发明之后,蒸汽机与发电机被结合在一起,出现了火力发电厂,为保证发电厂的安全运行,发明了脉冲式安全阀,这是先导式安全阀的前身。进入20世纪,随着经济全球化不断深入,标准化逐渐建立,同时石化、化工、钢铁冶金等大规模流程工业快速发展,其生产工艺具有连续性,过程和设备的特性往往是十分复杂的,对安全阀的要求越来越高,安全阀的类型不断完善,可以满足不同行业对于安全阀不同应用和性能标准的要求,而且各个国家的标准也都定义了许多不同的安全阀类型。例如,ASME I安全阀,是符合ASME《锅炉及压力容器规范》第I篇动力锅炉要求的安全泄放阀,用于锅炉应用,超压压力为3%,启闭压差4%; ASME III安全阀,是符合ASME《锅炉及压力容器规范》第III篇压力容器要求的安全泄放阀,超过压力10%,启闭压差7%;ASME VIII安全阀,是符合ASME 《锅炉及压力容器规范》第VIII篇压力容器要求的泄压装置。安全阀的发展趋势是分类将更加细致,不同材料的应用会进一步得到开发,调节精度、密封性能不断提高,尤其是先导式安全阀的应用会越来越广泛。

 


 

VUM记者:

工厂安全是各行业的重中之重,那么安全阀在安全生产中具体的作用是什么?安全阀有哪几种类型,分别代表的厂商有哪些?

李宏业先生:

对于高温、高压、易燃、易爆等连续性生产作业领域,对于安全阀的使用寿命、运行的安全性、稳定性要求非常高。连续流程有四大参数需要特别注意:压力、温度、流量、液位。为保证设备安全,生产运行的稳定以及人身安全、环境安全,有以下几道安全防线:第一道是控制仪表,如果显示的参数不正确,通过人为手动操作进行调节;第二道是控制系统,例如DCS联锁的设置是根据工艺安全的要求,在紧急状况下将设备和装置导入一个安全的可控状态;第三道是ESD(Emergency Shutdown Device)紧急停车系统,当生产过程出现意外波动或紧急情况需要采取某些动作或停车时,该系统能做出响应,使装置停在一定的安全水平上;多数情况下,安全阀是最后一道安全防线,如果以上安全措施都失效,那么安全阀就会发生起跳并进行压力泄放,防止受压设备中的压力超过设计允许值。安全阀是一种本质安全的保护措施,通过弹簧力和介质力自动起跳,没有任何人工参与和外力参与,从而防止了人为的误操作而带来的安全事故。安全阀的功能是通过下列动作过程来实现的:当系统达到最高允许压力时,安全阀能准确地开启,并随着系统压力的升高能稳定地排放,并在额定的排放压力下能排放出额定数量的工作介质,当系统压力降至一定值时应及时关闭,并在关闭状态下,保持必需的密封性。

因生产需求、设备性质和工艺要求等不同,采用的安全阀标准也不一样。常用的国际标准有美国机械工程师协会标准(ASME)、美国石油协会标准(API)、国际标准(ISO)、日本标准(JIS)、德国标准(DIN)、英国标准(BS)、俄罗斯标准(GHOST)等,常用的国内标准有国家标准(GB)、机械行业标准(JB)和特种设备安全技术规范(TSG)等,各标准对安全阀的规定有一定的区别。

安全阀按其整体结构及加载机构的不同,常用类型为弹簧加载式安全阀、平衡波纹管式安全阀和先导式安全阀。

弹簧加载式安全阀是普通安全阀,借助弹簧的关闭力来克服由阀瓣下方介质压力所产生作用力。如果介质对人身和环境无危害,例如无毒、非易燃易爆或者价格低廉,例如空气,那么可以直接排放到大气中,这种情况下使用普通安全阀。

平衡波纹管式安全阀,该波纹管的有效面积等于阀座密封面的面积,用来抵消作用于设定压力上背压的影响。适用于高温高压、背压高或者介质不能直接排放到大气中的工况。

先导式安全阀通常由一个活动的不平衡阀瓣的主阀和一个外部的导阀(活塞)组成,依靠从导阀排出介质来驱动或控制主阀的开启和关闭,较平衡波纹管式安全阀,其背压补偿系数更高,把背压对动作特性的影响降低到最小限度,排放量大。例如反应釜在超压的过程中介质排放量非常大,如果使用平衡波纹管式安全阀最多需要16台,如果选择先导式安全阀,使用8台就足够了,甚至更少。会为用户带来很多优势,如安装量减少、维修量减少、工程量降低以及维护方便。当然先导式安全阀技术复杂程度较高,对于操作人员的技术水平提出了更高的要求。

从全球来看,占市场份额前三的安全阀制造商分别是Pentair Valves & Controls(滨特尔阀门与控制)、美国DRESSER(德莱赛,属于GE)、以及德国LESER(莱斯),其他厂商和品牌还包括美国Farris(属于Curtiss-Wright)、德国BOPP&REUTHER、意大利TECHNICAL、意大利AST、意大利PARCOL等。由于发展战略不同,每一家制造商都有自己的市场方向,并不断扩充产品范围。Pentair Valves & Controls是一家集团公司,整合了多家阀门企业资源,旗下安全阀品牌包括美国Anderson Greenwood、美国Crosby,以及英国安全系统有限公司(旗下品牌包括BAILEY、BIRKETT、AMAL、MARSTON 以及MARVAC),因此安全阀产品系列非常全,涵盖ASME I、ASME III、ASME VIII。DRESSER在中国和美国都有工厂,产品系列也比较齐全。LESER是一家全球化的公司,除德国总部外,直属的子公司遍布于世界近20个国家,分别在美国,法国,英国,波兰,印度,中国,巴西等,目前,中国区子公司,主要面向中国市场,以及部分亚洲市场,待正在进行的中国本土化项目建设完成,中国区的服务范围,在继续保证中国市场直接为主的服务区域,同时,也将对于其他区域的市场服务进一步扩大。不同于其他安全阀制造商,LESER只专注于安全阀。目前,德国工厂安全阀年产量达到13万台,库存充足,交货期短,从单个生产厂的产能来说,在全球是最大的。德国人富有工匠精神,精益求精,高度专注的精神和品质,这也是确保了LESER产品的质量、技术创新能力始终居于全球领先的地位。

国内比较领先的安全阀制造商是北京航天石化技术装备工程有限公司安全阀事业部,在国内所占市场份额和产品质量、技术更新能力具有一定实力。

就目前市场态势而言,安全阀的竞争还是很激烈的,当然核心是技术的竞争。产品由用户和市场决定,性价比高的产品,应用前景会更好。

 


 

 

VUM记者:

LESER的测试实验中心是美国以外,ASME授予的第一家安全阀测试实验中心认证。那么,进行安全阀试验的重要性体现在哪些方面?该实验中心能够实现哪些测试,特点是什么?

李宏业先生:

安全阀性能试验对于安全阀是非常重要的,关系到安全阀能否安全、稳定地运行,是一定要进行的步骤。通常来说,用户比较关注安全阀的两个性能指标:一是开启准确,二是密封可靠。但仅关注这两个性能指标是远远不够的,还要测量开启压力和速度、回座压力和速度、排放系数、排气反冲力、动作特性曲线、排气产生的噪音等各项参数。

LESER的测试实验中心在1990年就获得了ASME VIII认证,是除美国以外,全球第一家获得该认证的安全阀测试实验中心,具有为第三方提供检测服务的资质,可以检测欧洲所有安全阀厂商的安全阀产品是否符合ASME VIII标准。

对于安全阀测试实验中心来说,试验介质是非常重要的。安全阀适用的介质有液体、气体、蒸汽,大部分厂商的试验中心只能进行空气和水的试验,而不能进行蒸汽试验,而在莱斯的实验中心,可以满足全部介质的测试。对于蒸汽的测试,要注意的是,蒸汽的温度随着压力的升高而升高,在操作过程中,稍不留意,就会发生烫伤,甚至造成更严重的人身事故,非常危险。

2014年,莱斯新测试中心在德国汉堡正式落成并投入运行。在这里,现在可以在背压条件下,实现对安全阀的功能、特性以及工作反应进行的测试。对存在组合背压和叠加背压的工作条件下进行测试,是测试项目的新特点。在背压环境下,对特殊的设备部分进行测试,是在一个单独的管道系统里完成的。这个系统安装在被测试的安全阀的出口,其包含了一个压力容器和相应的控制阀。通过这种方式,实现了对用户要求测试装置的真实重现。

 


 

VUM记者:

目前,中国本土的安全阀产品在技术和加工制造能力方面也在不断提高,但与国外品牌相比,还是存在一定差距,安全阀的设计制造难点有哪些?

李宏业先生:

安全阀最早是通过引进设备进入中国,然后在此基础上进行吸收再创新。中国的基础工业起步较晚,这在一定程度上制约了安全阀的技术发展。近年来,国产安全阀的质量和技术水平都在不断提升,得到了大部分用户的认可,尤其以北京航天石化安全阀事业部和苏州纽威为代表。对于用户来说,选择安全阀产品的前提是安全性及稳定性,按照安全重要程度将一套装置划分不同等级,或者根据介质是否具有危险性以及低廉或稀有程度划分为关键工况和非关键工况,如果是关键设备或是安全等级比较高的设备,例如应用介质为有毒、易燃易爆或腐蚀性特别强,会选择高可靠性、国内产品尚不能满足工况要求的进口产品。

安全阀在大多数情况下是不动作的,甚至直至安全阀报废都没有在线发生一次起跳,所以,虽然对于安全阀的重要性非常清楚,但缺少足够的重视程度,而且通常存在一个误区:安全阀的动作就是“一开一关”,达到最高允许压力时开启,降至一定值时关闭。但实际上远不止这样一个简单的概念,如何保证安全阀准确起跳、具有良好的机械性能、有效密封、稳定排放等等,涉及到很多基础学科,例如流体力学、结构力学、材料力学等,还必须要建立数学模型。

加工制造主要有以下难点:1、弹簧是安全阀的关键零部件之一,其质量直接影响到安全阀性能的稳定性。安全阀的整体压力是通过调整弹簧的压缩量获得的,在安全阀的结构尺寸已经确定的情况下,弹簧的弹性系数的稳定性决定了安全阀的排放压力、回座压力、开启高度和力学性能是否能够满足相关标准的要求。弹簧的弹性系数受温度影响,从自控的角度来说,弹簧的温漂、零漂与对弹簧材料温度的控制有关,尤其是特殊弹簧,国内在这方面还存在一定差距。2、从工业应用来说,安全阀属于静设备,但它的内部有一个动部件,安全阀应有合理的结构形式及良好的机械性能,保证在运行的过程中阀瓣不发生卡涩现象。3、建立阀体结构和内部结构的流体力学模型。4、喷嘴的结构设计要能够保证介质非常稳定地排放。5、安全阀的密封性能主要是通过阀瓣和阀座实现的,其加工精度对于安全阀的密封性能有很大影响,通常采用在表面堆焊硬质合金的方法提高密封性能和耐磨寿命,堆焊的工艺比较复杂,较难控制。以上难点是可以通过技术改进不断完善的,最主要的难点是质量控制,即使所有的零部件经检验合格,但组装过程中操作人员的操作水平、工作态度,以及调试过程中的把关控制,都有可能产生人为偏差,从而影响安全阀的性能。

 

VUM记者:

正确选型是保证工艺过程正常工作及安全生产的重要前提,安全阀有多种类型,在选型时有哪些方面需要注意?

李宏业先生:

安全阀在选型时主要注意三个方面:

一、压力。对于设备安全和连续流程来说,涉及设计压力、开启压力、操作压力,对于安全阀来说,涉及开启压力、过压、回座压力,要注意这三个压力和工艺的三个压力如何匹配,还要考虑工况应用的背压,以及背压和开启压力的占比,根据占比的不同选择不同结构的安全阀产品。

二、温度。由于安全阀几乎都是金属材料,金属材料的性能受温度影响,尤其是金属材料的强度受温度影响很大,温度越高金属材料的稳定性越差、强度系数越低,所以在不同的温度条件下要选择不同材料、不同壁厚的安全阀。

三、介质。可以将工艺介质分为以下几类:有毒有害、易燃易爆、通用介质、稀有介质等等。像氦、氖、氩、氪、氙这类稀有气体需要回收利用,光气、聚氨酯等剧毒介质禁止直接排放到大气,必须回收到安全装置中。对于安全阀制造商来说,一定要了解用户使用的工艺系统,了解用户的关注点和使用目的,才能为用户选择满足工艺要求的安全阀产品。

在选型上,从全球范围来讲,通常是工程公司和设计院会提供技术参数,并提出一个初步的选型方案,包括安全阀的执行标准、参数、材料等基本要求,设计院提出的是一个通用的要求,但不同的工艺流程对安全阀选型要求不同,安全阀制造商就需要在通用要求基础上提出正确的解决方案。一般情况下,设计院提供的参数并不是最终的数据,根据厂商的意见会作修改调整,同时厂商还会根据用户的特殊要求就材料、计算等方面进行技术交流,三方通过协商,确定一个最终的解决方案。

如果用户有需求,我们会为用户免费提供莱斯自行研发的安全阀选型系统,进行计算与选型,并为用户提供使用咨询和培训服务,该选型系统支持所有全球领先的标准和规范。但使用该系统进行选型的前提是,用户须对工艺和所有标准非常熟悉。选型系统只是为用户提供一个可参考的解决方案,涉及到具体工艺还是需要由我们为用户来提供。

 


 

VUM记者:

除了正确选型外,安全阀的正确操作也非常重要,那么安全阀的安装、使用与维护有哪些需要注意的方面?

李宏业先生:

安全阀本身的质量是保证安全、稳定运行的前提,但如果用户操作不当,那么就有可能使安全阀不能正常运行,因此安装和使用是非常重要的。在用户反馈的问题中,由于安装和使用不当造成的安全阀故障占80%。这就要求用户提高对安全阀产品知识和技术的认识,严格按照操作规范进行。安全阀属于精密型的机械仪表,对它的安装、使用要求比较高。对于连续流程工业来说,一套装置在建成后,会经过吹扫、气密、试压等几道工序,然后进行投料试车。用户常犯的一个失误是,在吹扫时就将安全阀安装在工艺管道上,由于安全阀处于关闭状态,吹扫过程中,杂物进入安全阀入口,打压测试时,安全阀起跳,回座时由于有杂物,安全阀就会失效。按照国家标准,在进行吹扫时,须采取以下措施:1、安全阀允许安装在工艺管道上,但安全阀的入口要增加盲板,进行密封;2、不安装安全阀,将安全阀与工艺管道的连接处使用盲板进行密封,在试压结束后将安全阀进行回装;3、安全阀上锁,但该措施存在一个风险,可能由于操作人员的疏忽而忘记拆除,造成安全阀无法正常工作。

在使用过程中要求工艺操作一定要平稳,如果压力波动比较大会造成安全阀起跳,根据国家标准,安全阀一旦起跳,须重新进行标定。

此外,用户所提供的技术参数一定要准确,应用介质一定要固定,例如提供的技术参数中介质为空气,但在使用过程中如果掺入氯气,氯气与水蒸气结合形成盐酸,会对安全阀造成腐蚀;或者提供的技术参数中介质为水,但实际介质中含有沙砾,那么就会对安全阀造成磨损。因此,用户不能随意更改工艺参数,如果需要更改,就要检查厂商提供的安全阀是否适合更改以后的工况,并及时与厂商进行沟通。

如果以上都能够按照标准规范正确操作,那么每年还须对安全阀进行检测,操作人员应当取得“特种设备作业人员证”。

 

VUM记者:

安全阀(safety valve)与减压阀(pressure reducing valve)、泄压阀(pressure relief valve)的作用都是防止工作压力超过预定的安全压力,那么这几者在结构、功能上的区别是什么?

李宏业先生:

顾名思义,产品名称是由它的结构和功能决定的。减压阀的功能是减压,通过弹簧或节流部件使出口压力比入口压力减小,也就是将原来的压力较高的流体,通过减压阀后将其降到压力较低的要求。安全阀和泄压阀从整体功能上来说是一个概念,都是起开关作用,但两者的具体应用和功能又有区别,泄压阀主要应用于膨胀类介质,也就是液体介质,液体在不同温度下体积不同,压力也不同,如果温度升高,则体积变大,压力升高,就需要泄压阀排放多余的压力,随着压力升高阀瓣缓慢提升,降到额定值时阀瓣缓慢下落,动作特性为线性,应用在非紧急情况下。而安全阀应用于液体、空气和蒸汽介质,要求在一瞬间打开,动作为快开快关。

 

VUM记者:

随着中国对逸散性排放标准的提高,对于安全阀提出了哪些要求?LESER采取了哪些应对措施?

李宏业先生:

每一家安全阀制造商都会根据不同国家的标准要求而不断完善、更新产品性能,尤其是在环保方面,对于各个国家来说都是重中之重,LESER为满足环保要求也有相应的解决方案。对于安全阀而言,满足环保要求主要体现在准确起跳和低泄漏率。准确起跳是对安全阀的最基本要求,每一家安全阀制造商都能满足这一要求,而LESER在这方面也具有一定优势。

关于泄漏率,安全阀的密封性能试验都会执行API 527标准,达到气泡级密封,例如安全阀不开启,密封测试时泄漏量采用10公斤压缩空气试压,1分钟之内产生30个气泡以下则符合标准要求。对于LESER来说,安全阀泄漏率优于 API 527 标准要求。同时为能给用户提供安全可靠的阀门功能,LESER 密封表面加工概念包含各种不同的解决方案,从而达到减少介质的损失。我们莱斯公司提出了“纳米级密封”概念,LESER Nanotightness正是这一概念最新的开发成果,显著改善了金属密封安全阀的密封性能,通过对喷嘴和阀瓣的设计与生产进行改良,确保了纳米级表面粗糙度和平整度,能够达到软密封的密封性能,特别适用于稀有介质或危险介质。众所周知,软密封可以实现“零泄漏”,但软密封受介质和温度影响较大,苛刻工况还是适合选用硬密封。LESER Nanotightness具有以下优势:因极少介质排放至大气中而降低对环境的污染,并减少了密闭排污系统的使用,介质损失降低 50%,为用户大大节省成本,介质损失降至一年仅几个立方米(取决于安全阀的压力和规格),提高设备效率。

 

 

附录 

 

见下页表1和表2。

 

 


 

 

 

编者后记 

 

在此次两个多小时的访谈中,李总对于生产安全的深刻认识,以及对于具有自主研发能力的中国本土阀门企业的肯定和树立民族品牌的期望,给记者留下了深刻印象。切实从人类和环境的安全角度出发,体现的不仅是企业的责任,更是对人的生命和大自然环境的尊重。在这个浮躁的社会,如果以人为本的理念能够传递到每一位厂商、设计人员以及终端用户的心中,那么安全事故是否会减少,甚至避免呢?

除了以上专访内容,李总在其他方面的见解也值得借鉴,与读者分享。

■ 关于发展理念

李宏业先生:

LESER之所以在中国发展迅速,一是具有德国工匠精益求精的精神;二是赶上了中国经济发展的高峰期;三是团队具有凝聚力和专业性,每个人都有自己的专业知识,朝着共同的目标努力。

■ 关于用户

李宏业先生:

我们会与用户进行定期交流,用户是企业的生存根本。我们非常注重售后服务,只要用户有需求,就会为他们提供帮助。对于用户来说,安全阀关系到生产安全问题,作为安全阀制造商要把用户利益放到企业利益之前,要把用户的利益作为我们自身的利益来思考,这是一种合作共赢、共同发展的理念。

■ 关于国产化

李宏业先生:

中国本土安全阀品牌的发展壮大以及阀门“国产化”政策对LESER而言不仅是考验,更是激励我们不断创新、研发出性能更优越、更能满足用户需求的安全阀产品的动力。

正在进行的本土化建设,产品将主要针对中国市场,其实也是实现了产品的国产化,成本会下降,但品质不会下降,这是我们的初衷,也是我们坚守的原则,人身安全、生产安全、环境安全是一条红线,绝不能触碰。我们始终绷着这根弦,为用户提供解决方案的前提是安全。

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