王亚文
天津华电北宸分布式能源有限公司 天津 300400
摘要：科技在不断发展，社会在不断进步，在燃气电厂，天然气紧急切断阀（ESD）担负着机组出现故障时切断燃料的重任。现针对一起天然气紧急切断阀误关故障，对其原因进行了分析，并提出了提升ESD阀运行可靠性的技术改造措施。
关键词：天然气紧急切断阀；技术改造；双冗余；可靠性提升
引言
我国气田井口一般设立于比较偏远的地区，因此存在着交通不便利、维护困难等相关问题。为了确保开发井可以顺利完成生产作业，一般需要在井口位置安装紧急切断阀，从而对可能出现的管线泄露等问题进行有效的制止，降低风险事故带来的损失。
1概述
液化天然气(LNG)作为管道天然气的有益补充，在优化能源结构，促进经济持续健康发展，实现节能减排和治理环境方面都发挥着重要作用，并有助于我国实现能源供应的多元化，从而促进国民经济的发展。随着LNG产业链的延伸，国内大量LNG卫星站和加气站建成投运，在LNG从接收站和液化厂到达LNG卫星站、加气站等中小型用户环节中，LNG槽车运输是目前最广泛且唯一的陆运方式。紧急切断阀作为LNG槽车装卸料过程中的重要安全保护元件，其功能影响到LNG槽车的安全。
2?燃气电厂天然气紧急切断阀可靠性提升技术改造
2.1电源布置
机组正常运行时，天然气ESD阀通过电磁阀得电处于常开状态；电磁阀失电时，ESD阀即自动关闭。ESD电磁阀供电布置：天然气调压站MCC母线电源取自集控楼PCA段及PCB段，经双电源切换装置后供电；调压站MCC母线上带有UPS装置电源负荷，UPS装置输出另有一路经220V/24V的AC/DC转换装置至单元机组ESD电磁阀电源。
2.2阀门选型
在对切断阀的阀门进行选取时，一般会应用反向闸阀，且其两侧可以达到双向密封效果，阀腔内能够按照实际情况完成自动泄压，同时设立相应的排污口，在阀门关闭的状态下可以顺利的进行排污。在实际运行时，在阀杆开始上升时，阀门会马上进行关闭；相反如果阀杆下降，则阀门就会开启，从而实现对井口介质的有效排除，同一般闸阀而言，其使用期限可以得到有效的提升。正常情况下，常规闸阀在进行关闭时，其阀杆会不断下降，井口杂质很容易阻隔在阀板与阀体当中，容易引发泄漏问题。而反向闸板阀在该处设置了具有一定容纳性的腔体，从而有效的避免出现杂质卡住的问题。另外，该阀门还设置了安全关断等一系列功能，也就是可以将介质压力转移到阀板上，促使阀板上升，此时阀门就会进行关闭。针对阀门的密封结构进行分析，其主要通过软性、硬性和油脂等三种密封方式联合进行，具有良好的可靠性。另外，其表层经过硬质合金的有效处理，可以成功的抵抗各种介质的侵蚀。
2.3易熔塞
气缸上设有易熔塞，当环境温度达到易熔塞的设定温度时易熔塞熔化，放出气缸中气体。在弹簧力的作用下，气缸活塞带动阀杆及阀瓣将阀门关闭，实现紧急切断功能。易熔塞是一种热启动的卸压装置，能防止由于过高的热量而引起的超压。易熔塞由塞体和易熔合金组成。为防止在空气压力作用下易熔合金被挤出，将塞体内孔设计为从受压端开始一系列孔径逐渐减小的阶梯形孔。易熔合金由铋、铅、锡、镉4种金属组成。按不同质量百分比组成时，可实现不同的熔化温度。易熔合金组成的4种金属纯度要求较高，其中铋的纯度不小于99.95%，铋中杂质含量应符合规定，铅的纯度不低于99.94%，锡的纯度不低于99.90%，镉的纯度不低于99.95%。
2.4执行机构
一般在压力出现异常时，执行机构就会开始运作，阀门会在短时间内进行截断，从而有效的避免管线内出现安全事故。执行机构的功能主要包括：超压、欠压的有效保护，手动复位等。为了在气田管理中发挥出更大的效用，执行机构还可以进行远程控制。执行机构一般属于单项操作型，在进行关闭操作时需要依靠弹簧复位来实现具体的工作内容。在遇到恶劣作业环境时，需要立即将阀门关闭，从而起到安全保护的作用。另外，在执行机构中远程控制和保护功能不会出现彼此干扰，且保持良好的独立性。按照切断阀的蓄能方式进行区分，可以将其执行机构分为以下几种：液压、电液、弹簧蓄能式等。
2.5动作特征
(1)超温关闭当易熔塞在设定温度下熔化时，紧急切断阀实现超温关闭、紧急切断的特性。现有的国家标准和行业标准均规定易熔塞在环境温度达到70±5℃时，应能熔化，该数据来源于日本JLPANO.6:1977最后草案的规定，该标准已被JLPA206:2000代替。在JLPA206标准中规定，易熔合金的熔化温度应不超过110℃，并且JLPANO.6及JLPA206规定仅适用于LPG装置。美国NFPA59A标准中关于LNG槽车的技术要求则规定按照NFPA58标准执行，该标准规定易熔合金的熔化温度应不超过121℃。建议国内各相关制造企业及标准化管理部门应研究我国的相关标准是否按照JLPA206或NFPA58提高切断温度的可行性，从而确保LNG槽车装卸料过程的安全可靠。(2)紧急切断时间由于气动装置的活塞上设有弹簧复位机构，可以实现紧急关闭阀门、切断介质流道的特性，其切断时间小于10s。(3)防自然关闭LNG槽车在装卸料过程中，需连续运行48h，此时紧急切断阀处于全开位置。非事故状态下，阀门不允许自然关闭。因此阀门在全开状态下进行装卸时不能自然关闭，以保证LNG槽车的正常装卸料。
3技改措施
为提高ESD阀供电可靠性、机组运行稳定性，电厂技术人员针对系统设计上的缺陷提出以下技术改造措施：（1）将机组ESD电磁阀电源回路与PLC电源回路分离（PLC电源仍采用原有电源接线方式），改为独立供电。对ESD电磁阀采用双冗余配置、每个电磁阀独立供电方式，一路通过1号机组UPS和集控保安段经双电源切换装置后供电，另一路通过3号机组UPS和集控保安段经双电源切换装置后供电，并设置两套独立的UPS蓄电池组供电模式。两套UPS输出经整流后组成两个独立的DC24V供电系统，分别输出两条独立的DC24V母线给ESD阀双冗余配置的两个电磁阀供电，以此提高ESD阀控制电源回路供电的可靠性。（2）增加UPS进线电源消失监测报警，在两路AC220V输入和两路DC24V电磁阀电源增加辅助继电器对电源进行监测，报警信号接至操作台声光报警器，实现实时监视UPS进线电源状态，达到可及时发现电源跳闸、电磁阀失电等故障的效果。该电厂通过技术改造，ESD阀供电可靠性大大提升，后续运行再未出现机组ESD电磁阀失电导致ESD阀误关的现象。
结语
随着人们对于天然气资源的需求量增大，气田管理区域的不断增多，对气田实行数字化管理建设成为当前的主要发展趋势，而且在新的安全生产法和环境保护法的实行条件下，对于紧急切断阀的要求也越来越高。所以不断加强对紧急安全气阀的应用与完善，利用集气站站控系统、气田生产数字化管理平台对气井实施生产动态分析和远程开关井操作，解决紧急状态下关井和大规模关井的问题，为建设数字化现代大气田奠定坚实的技术基础。
参考文献
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