自力式调节阀在危险化学品领域防流体危险的方法与对策
王汉克
（浙江派沃自控仪表有限公司，浙江永嘉325105）
摘要：随着自力式调节阀在危险化学品领域的广泛应用，其存在的安全功能隐患和导致的危害已逐渐引起人们的重视。本文参照“控制阀安全要求”，分析了现行自力式调节阀，采用单膜片执行机构存在的流体危险的缺陷和危害;介绍了采用膜片冗余和具有显示报警功能的新型产品结构、防流体危害的功能和应用，以达到提供自力式调节阀的安全要求。
关键词：自力式调节阀危险化学品防流体危害冗余控制
中图分类号：TH138.52 文献标志码：B 文章编号：1007-7324（2017）01-
Fluid Risk Prevention Methods and Countermeasures of Self-actuated Regulator Application in Dangerous Chemicals Field
Wang Hanke
(Zhejiang Pari World Automation Meter Co.Ltd.,Yongjia,325105,China)
Abstracts:With wider application of self actuated regulator in dangerous chemical field, potential safety risk and relative harm caused by have aroused more and more people’s attention. Referencing to “Safety Requirements of Control Valve”, existing fluid risk defects and harm in common used self actuated regulator controlled through one diaphragm actuator are discussed. New products structure adopted with redundant diaphragm actuator and with indication-alarm functions, function and application for fluid risk prevention are introduced. It is to meet safety requirements of self actuated regulator.
Key words: self-actuated regulator; dangerous chemicals; fluid harm prevention; redundant control
众所周知，自力式调节阀源于城市供热控制，进而扩大到工业过程控制领域，随着石油化工生产的发展，自力式调节阀也不断应用在有高度危害介质、强腐蚀性介质、易燃易爆介质的过程控制中。因而该产品的安全性问题已经引起人们的高度关注！现根据中国2013年12月发布的强制性国家标准GB30439.4-2013《工业自动化产品安全要求第四部分：控制阀的安全要求》，改进了自力式调节阀的设计，采用了膜片冗余技术和显示报警功能，提高了产品的功能安全性，并已取得了良好的效果。
1 自力式调节阀的工作原理和产品特点
1.1 自力式压力调节阀的工作原理
自力式压力调节阀由调节机构、执行机构和引压导管三部分组成，如图1所示。自力式压力调节阀的工作原理：简单地讲，它不需要外加能源驱动和接受外来信号控制，只靠被控介质压力作用在膜片上的力与设定弹簧的反作用力比较操作，从而改变流体流量，实现被控压力的自动调节。
1.2 自力式压力调节阀的特点
从自力式调节阀的结构和原理知，该阀在实现压力控制过程中，它的调节机构和执行机构均直接和工艺介质密切接触，连续不断地受到介质参数和介质性质影响考验。它不同于调节阀只有阀体受其流体的压力、温度、介质性质影响。特别是在苛刻的工况条件下，自力式调节阀的执行机构所需考虑的功能安全性要比控制阀更加严谨和慎重！两者的区别如图2，图3所示。
2 自力式调节阀的结构缺陷和潜在危险
2.1 自力式调节阀的结构缺陷
目前，自力式调节阀大多采用单膜片执行机构结构形式，直接与介质接触进而控制，尽管可以通过采用滚动膜片或金属膜片提高性能；通过选择膜片的耐腐蚀和抗溶胀性材料提高安全性和使用寿命，但由于在结构设计中没采取膜片破裂时的冗余措施及就地显示报警功能，若用在危险化学品领域，如丙烯腈、发烟硫酸、苯等介质，其膜片破裂导致的后果将十分严重。
由于自力式调节阀在设计制造时，应考虑操作人员或周围环境在正常使用时可能遇到的流体危险的防护措施，主要涉及执行机构的高压渗漏和破裂等产生的危险即潜在的伤害源。为了做到产品安全，无论在正常使用或单一故障条件下，执行机构的零部件都不会由于破裂和渗漏而导致危险。
2.2 结构缺陷的潜在危害
2.2.1 自动控制失效的危害
由于自力式调节阀是靠被控变量的变化直接作用在动力部件（膜片）上进行操作的。当膜片破裂时，由于被控介质的泄漏必将会导致控制失效。如发生在直接作用型压力调节阀，它就会在设定弹簧的作用下使阀处于阀后控制型的全开状态或使阀处于阀前控制型的全关状态，致使调节作用失效。
2.2.2介质的渗漏的危害
由于单膜片执行机构中的膜片，一面和被控介质接触，另一面和大气相通，膜片一旦发生破裂，介质将直接向外泄漏。危险化学品介质将造成操作人员的中毒、灼伤，设备损坏和环境污染。
2.2.3无膜片故障显示报警功能的危害
采用单膜片执行机构的自力式调节阀，在膜片破裂时没显示报警功能。一旦发生膜片破裂，介质的泄漏和控制功能失效，无法被及时发现和处理，将使事故危害不断扩大，造成更加严重的安全后果。
值得注意的是这种潜在的流体危险，即使是采用如图4所示2台自力式调节阀构成2取1的冗余控制 ，也无法克服膜片破裂所造成的后果。因为该冗余控制只有在设定值满足
p2设定值<
p1设定值和膜片无损坏的条件下，才能确保在工作阀发生故障时由备用阀对阀后压力继续实施控制。
图4 自力式调节阀后压力调节阀构成的冗余控制
3 自力式调节阀防流体危险对策
3.1 自力式调节阀防流体危险对策
从自力式调节阀结构缺陷分析，要想最大限度地避免流体危险的发生，并且能及时地将膜片破裂故障实时显示报警，确保在危险化学品领域应用的功能安全性，选用带有膜片冗余措施和具有膜片破裂显示报警的自力式调节阀是可借鉴的选择。
3.2 具有防流体危险的自力式调节阀
3.2.1 结构
具有防流体危险的自力式调节阀在阀体结构设计上和一般自力式调节阀并无差别，两者间的区别主要表现在执行机构的结构和功能上。该执行机构采用了双膜片组合形式，增加了工作膜片破裂或渗漏报警显示功能。现以浙江派沃公司生产的带膜片撕裂报警的自力式调节阀为例说明，该结构如图5所示。
图5带膜片撕裂报警的自力式调节阀结构示意
1）采用双膜片组合冗余功能。这种产品的执行机构由2组膜片组成。一组为工作膜片，另一组为安全备用膜片或称检测膜片。
该执行机构正常工作时，工作膜片与介质直接接触承担压力信号的测量放大比较功能，完成自力式调节阀的压力控制。此时，备用膜片不接触工艺介质，不参与控制。当工作膜片发生破裂时，介质就流入备用膜片室和备用膜片接触，避免了介质的外泄漏，此时的压力信号的测量放大比较功能由备用膜片完成，从而确保了自力式调节阀的安全运行并防止流体危险事件发生，避免了人身伤害和环境污染。
2）报警功能。当工作膜片正常时，由于被控介质没进入到备用膜片室，备用膜片室内的压力表指示为零；当工作膜片撕裂泄漏时，由于介质进入备用膜片室，备用膜片室就会有压力，该信号可以通过电接点压力表传到控制室，从而提醒操作员做出及时处理。
4 应用案例
该公司生产的带膜片撕裂报警的K23109型自力式调节阀，已于2009年应用在德司达（南京）染料有限公司的项目中。用在高度危害介质领域的硝基苯（C6H5NO2）的压力控制和强腐蚀性介质领域的发烟硫酸（H2SO4.SO3）的压力控制。经现场使用至今证明，该产品从未发生过由于膜片破裂而导致的控制失灵和物料的泄漏，确保了生产的安全，受到了用户的好评！
5 结束语
自力式调节阀是一种适用于无仪表气源、调节精度要求不高场合的节能仪表，应用在危险化学品领域时，采用具有膜片冗余和膜片破裂显示报警功能的自力式调节阀，提高了系统的可用性和安全性，得到了用户好评。
参考文献：
陆德民、张振基、黄步余石油化工自动控制设计手册
王勇 包伟华等 GB30439.4-2013 工业自动化产品安全要求第4部分：控制阀的安全要求
王松田严一自力式压力调节阀的特点及应用石油化工自动化2004年第4期
董垠峰关于自力式调节阀的解析与使用《盐业与化工》2015, 44(9):29-31
作者简介：王汉克（1970—），男，浙江永嘉人，毕业于中国人民大学MBA专业，获硕士学位，现就职于浙江派沃自控仪表有限公司，从事控制阀开发与应用，获得自力式调节阀的实用新型专利十余项，参与自力式调节阀机械行业标准制订，任公司总经理、工程师。
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