干货分享│止回阀失效事故分析与解决对策，遇到问题拿出来直接找原因！

2018年3月12日，A炼油厂柴油加氢装置加氢进料泵联锁停泵后，因泵出口两道止回阀失效，导致系统内高压介质（柴油、氢气，5.07MPa）从泵出口经泵体反串入原料罐（设计压力0.38MPa），致使原料罐罐体撕裂，引起爆炸、起火。调查发现，该装置自2002年以来，一直没有对加氢进料泵出口止回阀进行过检修，企业管理制度中也没有对止回阀定期检修的要求。

事故暴露出的止回阀管理问题，在其他石化企业也普遍存在。因此，有必要对止回阀失效引起的事故进行专项分析，提出针对性措施，防止类似事故再次发生。

止回阀失效事故剖析

止回阀，又称单向阀、逆止阀，在石油化工行业中应用非常广泛，在一些高风险装置的关键部位如加氢装置高压离心泵出口、氢气压缩机出口、高压系统和低压系统界区都安装止回阀。一些企业由于在设计、选材、使用、检验、维修等环节管理不到位，导致止回阀失效，物料倒流，高压系统物料向低压系统反串，引起低压设备损坏，或发生物料泄漏，引发火灾、爆炸事故。

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历史上发生的止回阀失效事故

在历史上，国内外石化企业都曾多次发生由于止回阀失效导致的事故，具体情况如下表所示。

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止回阀失效形式分析

石油化工常用止回阀按结构可分为升降式、旋启式、蝶式等型式。对上表所列事故进行分析，止回阀失效分为止回阀内漏和止回阀外漏两种形式，具体的失效现象与说明及事故案例如下表所示。

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止回阀失效事故深层次原因剖析

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设计不合理

工艺设计和止回阀设计存在缺陷或不合理情况。

①工艺设计存在缺陷，对于物料倒流会产生危险的设备管道，没有在设置止回阀的同时设置紧急切断阀。

发生爆炸火灾事故的Ａ炼油厂柴油加氢装置，止回阀后虽然设置了快速切断阀，但气动头需现场关闭，没有参与联锁，没有进ＤＣＳ系统。该装置设计年代较早（1990年），虽然符合当时标准要求，但历经2002年、2010年2次改造，均未按规范要求进行改造。

《石油化工企业职业安全卫生设计规范（SH3047-1993）》第2.2.7条规定：物料倒流会产生危险的设备管道，应根据具体情况设置自动切断阀、止回阀或中间容器等。该条的条文说明指出：止回阀应和切断阀（遥控或手动阀）结合使用。如果需要严格防止倒流，则需采用自动切断阀，或结合生产流程的特点采取其他可靠措施。

②止回阀结构设计存在缺陷，选材不当，不能满足工艺要求，在使用过程中发生损坏。

1997年，某化学公司美国德克萨斯州烯烃装置发生爆炸事故，事故直接原因为：工艺气压缩机第5级吸气侧止回阀存在设计缺陷，阀门的“短轴”缺少二级轴固定，轴定位销承受较大的应力载荷，材质为渗碳钢，发生氢脆，在正常生产过程中轴从阀中吹出。2008年3月10日，某工厂合成气压缩机在运行过程中止回阀损坏。事故原因为阀门设计存在缺陷：旋启式单瓣止回阀在装置开停车过程中，阀门发生启闭动作对阀芯及附件有较大冲击力，”水锤”现象比较明显，导致阀瓣从摇臂上脱落，固定阀瓣的螺母及顶丝脱落。气体中高浓度的氢对顶丝、螺母表面有一定的腐蚀作用，导致顶丝、螺母的预紧力下降。

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止回阀选型不合理

设备选型没有考虑压差、直径等问题，不能满足工艺要求，导致阀门泄漏甚至失效。

A炼油厂柴油加氢装置爆炸火灾事故中，加氢进料泵出口采用同一形式双止回阀，都属于旋启式止回阀。《炼油装置工艺管道流程设计规范（SH/T3122-2013）》第1.1.7条要求对出口与入口压差大于4.0MPa的离心泵，宜在泵出口管道上设置双切断阀和不同形式的双止回阀，该条的条文说明指出：为了减少止回阀泄漏量，宜设置双止回阀。如果两个止回阀都采用同一种结构型式，当泵发生突然停止运转的情况时，出现阀瓣不能自动关闭导致倒流的几率较大。为了降低阀瓣不能自动关闭而引起倒流的几率，因此规范规定，设置两个不同类型的止回阀。虽然该装置设计年代较早（1990年），不适用2013年发布的设计规范，但选用同一形式的双止回阀是导致阀门失效的重要因素。

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没有止回阀检验、维修管理制度、标准

止回阀是存在运动部件的设备，存在损坏可能，必须对止回阀定期进行检验和修理，才能确保其可靠性。

一些关键部位的止回阀的重要性不低于安全阀，目前国家标准、企业的管理制度中对安全阀的检查和校验都有明确要求，但是没有对止回阀进行定期检验、维修的制度、规定、标准。止回阀不在国家强制检验范围之内，只是列入一般阀门管理。

在《压力容器安全技术监察规程》和《压力容器定期检验规则（TSGR7001-2013）》中，安全阀属于安全附件，止回阀不属于安全附件，规范对安全阀的检查和校验有明确要求，但是对止回阀没有定期检验的要求。《阀门的检验与试验（JB/T9092-1999）》、《工业阀门压力试验（GB/T13927-2008）》、国家标准《阀门的检验和试验（GB/T26480-2011）》、美国石油协会《阀门的检查和试验（API598-2009）》、国际标准化组织标准《工业用阀门阀门的压力试验（ISO/DIS5208：2007）》等国内外标准中，也没有对装置在用止回阀进行定期检查、试验、维护方面的要求。

由于缺乏相关制度，导致企业止回阀检验、维修工作不到位，形成管理真空，目前企业在用止回阀的可靠性很低，一些企业的止回阀在装置建成后很少检修，为装置埋下大量安全隐患。

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止回阀检验和维修困难

装置正常运行时，止回阀都是正向流动，只有装置处于异常状态、发生物料倒流时才动作，止回阀内漏很难发现。普通的在线阀门内漏检测仪检测的是正向流动，而止回阀的内漏是反向的，难以在线检测。一些止回阀安装在主要的工艺管线上，没有副线，不停工无法切出检查，有些甚至直接焊接在管线上，很难检查和检修。

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缺乏止回阀失效数据

由于缺少止回阀的失效概率数据，设备可靠性管理、量化风险评估缺少数据支持。如在保护层分析方法（LOPA）中，止回阀不能作为独立保护层使用。

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止回阀制造质量不高

目前国产止回阀的制造质量与国外同类产品相比，仍存在差距，企业部分关键部位止回阀仍使用进口止回阀。

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HAZOP分析未有效识别出止回阀失效的风险

      

一些企业在进行HAZOP分析时，没有对止回阀失效的风险，特别是逆流的风险进行分析。

止回阀设计、维护、检验标准对比

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设计规范中对止回阀内漏的分析

《炼油装置工艺管道流程设计规范（SH/T3122-2013）》第11.7条的条文说明指出：虽然止回阀可以起到阻止物流倒流的作用，但是仍然存在一定的泄漏量，当泵出口和入口压差大于4.0MPa时，止回阀的泄漏量将增大。

《石油化工企业职业安全卫生设计规范（SH3047-1997）》第2.2.7条的条文说明指出：止回阀和中间容器是不能完全防止倒流的，只能防止大量物料突然倒流，所以应和切断阀（遥控或手动阀）结合使用。如果需要严格防止倒流，则需采用自动切断阀，或结合生产流程的特点采取其他可靠措施，如液封、倒Ｕ形管等，设计人员应结合具体情况慎重处理。

因此，止回阀只能防止大量物料突然倒流，不能完全防止物料倒流，在工艺管线中前后压差比较大、存在高压串低压风险的部位，在设置止回阀的同时，必须设置自动切断阀。

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国内外标准中对止回阀检验与试验、选型的规定

目前国内适用于止回阀检验与试验、选型的标准有机械行业标准《阀门的检验与试验（JB/T9092-1999）》、国家标准《工业阀门压力试验（GB/T13927-2008）》、国家标准《阀门的检验和试验（GB/T26480-2011）》等。国外标准有美国石油协会（API）标准《阀门的检查和试验（API598-2009）》和国际标准化组织标准《工业用阀门阀门的压力试验（ISO/DIS5208：2007）》。

对国内外止回阀检验和试验标准进行了对比，它们的相同点有：

①对各类阀门（包括止回阀）出厂前的检查、检验和补充检验、压力试验、压力试验程序、再试验都有详细规定，内容基本一致；

②没有对装置在用止回阀进行定期检查、检验、维护方面的要求。它们的不同点是：JB/T9092-1999、GB/T26480-2011均采标美国石油协会标准API598-2009，这3个标准的止回阀密封试验最大允许泄漏量、压力试验项目基本一致，对弹性密封副阀门、除止回阀外的所有金属密封副阀门、金属密封副止回阀分别给出泄漏量，见下表。

而GB/T13927-2008采标国际标准化组织标准《工业用阀门阀门的压力试验（ISO/DIS5208：2007）》，最大允许泄漏量的确定方法、压力试验项目与上述3个标准不同，考虑了泄漏等级，根据泄漏等级统一给出泄漏量，没有区分阀门类型，见下表。

《阀门的检验和试验（GB/T26480-2011）》给出了不同规格阀门密封试验的最大允许泄漏率，并规定：对于公称直径（DN）大于600ｍｍ的止回阀，允许的泄漏量由供需双方确定。

《工业阀门压力试验（GB/T13927-2008）》第6.3.2条规定：泄漏等级的选择应在相关阀门产品标准规定或订货合同中严格要求。若产品标准或订货合同中没有特别规定时，非金属弹性密封阀门按A级要求，金属密封副阀门按D级要求。通常D级适用于一般的阀门，比较关键的阀门宜选用Ｄ级以上泄漏等级。

对比以上标准，可见：

①目前国内涉及止回阀制造、检验、试验的标准与国外差别不大，国内标准基本都采标国外权威标准，导致目前企业在用止回阀可靠性差的主要原因在于制造质量不高、设备选型不合理以及使用过程中的检验和维护不规范；

②标准中最大允许泄漏量的确定方法、压力试验项目存在差异，《工业阀门压力试验（GB/T13927-2008）》中，按泄漏等级进行止回阀选型有很强的指导意义。关键部位止回阀选型的技术标准应就高不就低，试验指标从严，并根据实际风险，提高泄漏等级，保证购货质量。

止回阀失效风险控制措施与建议

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建立止回阀失效风险分级管控机制

石化装置不同场合使用的止回阀的工艺条件、失效概率不同，失效后导致的风险也不同，因此，止回阀的管理不能一刀切。

建议根据止回阀使用场合的工艺介质、公称直径、串压压差、压比、工艺波动情况、转动设备启闭频率、历史事故或事件情况、介质逆流HAZOP分析结果等，制定《止回阀风险识别和分级方法》和《止回阀分级管理制度》，指导企业对装置中的各类止回阀进行串压风险排查，确定止回阀的风险等级，进行分级管理，对高、中、低风险的止回阀确定不同的检验、维修策略，根据生产运行情况，安排检验、维修、更换，确保装置运行安全。

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建立止回阀失效数据库

建议加强止回阀失效数据的收集工作，制定止回阀失效数据搜集管理制度，由企业设备管理部门逐级填报止回阀检验、维修情况，积累失效数据，建立止回阀失效数据库，为量化风险评估、设备完整性管理提供基础数据。

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制定《止回阀选购指导意见》

目前市场上止回阀品种和型号很多，质量差异很大，由于对止回阀失效的风险认识不到位，企业在采购过程中缺少科学指导，导致一些质量不符合要求的止回阀安装到关键装置的关键部位。

建议依据最新的国家和行业标准，按照“就高不就低”的原则，确定止回阀检验、试验项目和指标，根据止回阀风险等级确定止回阀的泄漏等级，进行设备选型，制定《止回阀选购指导意见》，指导企业止回阀的选购、选型、检验、监造，通过加强设备选型，强化入厂检验、入厂监造、到货抽检环节的管理，确保采购质量。

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制定止回阀定期检验、维修的制度和标准

建议制定有关止回阀定期检验和维修的制度、标准，将风险等级高的止回阀列入企业强制检验范围之内，纳入特种设备管理，规定原则上每年至少校验一次，并参照有关国家标准，制定检验、维护的具体要求。在工艺条件允许的情况下，增设副线，便于止回阀切出检验、检修。对无法切出的风险等级高的止回阀，并制定妥善的工艺和安全措施，加强监控，在各类检修时安排校验。

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开展高可靠性止回阀研发

建议组织有关科研单位，开展高可靠性止回阀研发，有效降低失效概率和内漏量，实现本质安全。

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工艺改造

建议在加氢进料泵出口、氢气压缩机出口、高压系统和低压系统界区等存在类似风险的装置的止回阀后，设置联锁紧急切断阀。

来源：化工活动家