石化裝置安全閥進(jìn)出口管道設(shè)計(jì)淺談

呂寧

（天津市化工設(shè)計(jì)院，天津 300193）

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石化裝置安全閥進(jìn)出口管道設(shè)計(jì)淺談

呂寧

（天津市化工設(shè)計(jì)院，天津 300193）

摘要：石油化工企業(yè)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演著重要角色，而安全閥是石油化工裝置中非常重要的安全設(shè)施，其進(jìn)出口管道設(shè)計(jì)是否合理對(duì)安全閥的正常使用影響很大。本文對(duì)石化裝置安全閥的進(jìn)出口管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行粗淺論述，結(jié)合多年化工項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)在設(shè)計(jì)中應(yīng)該的事項(xiàng)，供廣大石化工作者參考。

關(guān)鍵詞：石化裝置；安全閥；進(jìn)口管道；出口管道

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的需求也日益增大，而安全閥是石油化工企業(yè)中非常重要的安全設(shè)施，所以對(duì)其進(jìn)行研究有著很大的實(shí)踐意義。目前對(duì)安全閥的研究大多集中于排量和壓力方面，而對(duì)其配管設(shè)計(jì)的重視則明顯不夠，這樣就無法達(dá)到保證安全閥正常工作的要求，本文主要根據(jù)前人及本人工作、實(shí)踐，對(duì)安全閥的進(jìn)出口管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行研究，以供參考。

1　石化裝置安全閥進(jìn)口管的設(shè)計(jì)

1.1安全閥進(jìn)口管設(shè)計(jì)要降低其壓力降，從而保證運(yùn)行平穩(wěn)

安全閥的主要作用在于對(duì)石油化工裝置起到保護(hù)作用，而保證進(jìn)口管道的壓力降低于安全閥定壓值的3%或最大允許啟閉壓差的1/3（以在實(shí)際排放時(shí)的較小者為準(zhǔn)）是其基本要求。目前通常使用的降低安全閥進(jìn)口管壓力降的辦法主要包括：第一，安全閥盡可能安裝在容器的頂部或者出口管上，并且要離被保護(hù)的設(shè)備或管道盡可能近，其配管應(yīng)短而直；第二，被保護(hù)設(shè)備的安全閥進(jìn)口接管的直徑應(yīng)該大于或者等于安全閥進(jìn)口口徑，大小頭應(yīng)靠近安全閥進(jìn)口處；第三，安全閥進(jìn)口處使用彎頭時(shí)應(yīng)采用R1.5D的長(zhǎng)半徑彎頭；第四，如果采用了先導(dǎo)式安全閥，從設(shè)備或管道直接取壓時(shí)，可不受進(jìn)口管的壓力降小于安全閥定壓值的3%的限制，此時(shí)需要使用兩個(gè)連接管，分別連到主閥和導(dǎo)閥上。

為了進(jìn)一步穩(wěn)定安全閥的壓力環(huán)境，其設(shè)置應(yīng)該遠(yuǎn)離壓力波動(dòng)源，并且要遠(yuǎn)離壓縮機(jī)等產(chǎn)生強(qiáng)大振動(dòng)和破壞的大型設(shè)備［1］。

1.2安全閥進(jìn)口管設(shè)計(jì)要符合開啟流速要求

目前我國(guó)石油化工行業(yè)使用的安全閥開啟強(qiáng)度主要包括微啟式、中啟式和全啟式，不同的開啟強(qiáng)度適用于不同的保護(hù)系統(tǒng)。

微啟式安全閥是其中最小開啟強(qiáng)度的安全閥，主要包括兩種：閥瓣開啟高度在1/20流道直徑以上和開啟高度在1/40流道直徑以上，微啟式安全閥主要用于液體系統(tǒng)中。中啟式安全閥是開啟強(qiáng)度介于微啟式和全啟式之間的安全閥，與安全泄放閥作用相同。全啟式安全閥是閥瓣開啟高度在1/4流道直徑以上的安全閥，主要用于氣體系統(tǒng)中［2］。

在設(shè)計(jì)安全閥進(jìn)口管時(shí)要符合開啟流速要求，首先是安全閥進(jìn)口接管的直徑應(yīng)該大于或者等于安全閥進(jìn)口口徑；其次要保證安全閥和被保護(hù)系統(tǒng)之間的所有管道、管件的通孔面積與安全閥進(jìn)口面積保持一致或略大；若安全閥進(jìn)口管上設(shè)置有隔離閥，那么該隔離閥的最小流道面積應(yīng)與安全閥進(jìn)口面積保持一致或略大。

此外，安全閥的進(jìn)口管道應(yīng)該盡量設(shè)計(jì)為自泄?fàn)顟B(tài)，使其能夠回流到被保護(hù)的設(shè)備或系統(tǒng)中。如被保護(hù)系統(tǒng)溫度較高，還應(yīng)考慮熱應(yīng)力對(duì)安全閥連接管道的影響。

2　石化裝置安全閥出口管的設(shè)計(jì)

2.1安全閥出口管設(shè)計(jì)要符合泄放流速要求

石油化工生產(chǎn)中涉及的大多為易燃、易爆、有毒、腐蝕性等流體介質(zhì)，一旦發(fā)生泄露對(duì)環(huán)境會(huì)造成很大污染，所以需要對(duì)安全閥開啟后排放的流體介質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格控制，須符合我國(guó)關(guān)于石油化工生產(chǎn)排放的要求。而安全閥系統(tǒng)若設(shè)計(jì)不當(dāng)還會(huì)造成不同程度的經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡，因此安全閥管道系統(tǒng)的正確設(shè)置也變得至關(guān)重要。根據(jù)石油化工設(shè)計(jì)中常用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 20570.2-1995《安全閥的設(shè)置和選用》一書，其對(duì)安全閥排放系統(tǒng)出口管的設(shè)計(jì)作出了規(guī)定：①安全閥出口管道直徑大小要控制在安全閥出口口徑之上，若出口管道上存在隔離閥，要保證隔離閥的最小流道面積大于安全閥排放面積［3］。②在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)置多臺(tái)安全閥的情況，當(dāng)多臺(tái)安全閥向同一個(gè)總管排放時(shí)需要保證總管的截面積能夠承受多臺(tái)安全閥同時(shí)運(yùn)行時(shí)的總排放量。③應(yīng)考慮安全閥排放時(shí)的反作用力對(duì)安全閥連接部位的影響。

在本人參與設(shè)計(jì)的某外資項(xiàng)目中，工藝包提供方給出的管道儀表流程圖中的某幾處安全閥進(jìn)出口管道存在變徑，我方對(duì)比產(chǎn)生質(zhì)疑，要求工藝包提供方重新核算該處管道壓力降及安全閥泄放量及時(shí)糾正了錯(cuò)誤，優(yōu)化了工藝。

2.2安全閥出口管設(shè)計(jì)要控制背壓大小，從而保證運(yùn)行平穩(wěn)

石油化工裝置安全閥出口管的背壓大小可能對(duì)安全閥的整定壓力或排量造成影響。如果背壓出現(xiàn)過大情況時(shí)就會(huì)使開啟壓力的偏差增大，從而造成運(yùn)行不穩(wěn)定的現(xiàn)象。安全閥出口管的背壓都是在泄壓裝置出口處產(chǎn)生，主要包括排放背壓和附加背壓，前者主要是指介質(zhì)通過安全閥流入排放系統(tǒng)所產(chǎn)生的壓力；而后者主要是指泄壓系統(tǒng)出口側(cè)產(chǎn)生的靜態(tài)壓力，既可以是可變狀態(tài)，又可以是固定狀態(tài)。

為保證石油化工裝置安全閥系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，在具體設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮設(shè)計(jì)中的最終管道走向、安全閥的形式、整定壓力、管道直徑等方面因素，同時(shí)還要核算背壓是否符合要求規(guī)定［4］。安全閥出口背壓Pb控制值可參照表1的參數(shù)：

2.3安全閥安裝的位置和標(biāo)高要符合要求

石油化工裝置安全閥一般采用直立安裝，并且要與被保護(hù)的設(shè)備的距離盡可能近，避免安裝在水平管道的死端，主要是為了防止出現(xiàn)流體積聚現(xiàn)象。所以在安裝安全閥時(shí)一般位于設(shè)備或者管道系統(tǒng)的頂端位置。從安全閥標(biāo)高的角度來分析，其安裝標(biāo)高應(yīng)該高于匯總管的標(biāo)高。另一方面，為了方便后期拆卸、檢驗(yàn)、維修等方面的管理，安全閥應(yīng)該盡可能靠近平臺(tái)安裝并設(shè)置在操作平臺(tái)的邊緣處。在某多晶硅項(xiàng)目中，精致單元的精制塔上設(shè)置的安全閥均布置在了平臺(tái)邊緣處，并在平臺(tái)上做妥善支撐，且根據(jù)安全閥泄放時(shí)的反作用力對(duì)平臺(tái)局部進(jìn)行加固。

表1　不同種類安全閥出口背壓控制值

2.4安全閥出口管道直接排大氣

對(duì)于石油化工裝置中一些對(duì)環(huán)境無害的氣相介質(zhì)，其在安全閥后可以直接向大氣排放，這些安全閥出口管在設(shè)計(jì)時(shí)主要注意事項(xiàng)包括：第一，安全閥出口管一般朝上，管端要切成平口，這樣可以方便出口管快速排出氣體；第二，安全閥排出口須設(shè)置在安全位置，要避免朝向附近平臺(tái)、電纜、梯子、設(shè)備及人行通道以免造成安全隱患及人員傷害；第三，安全閥出口端通常都比安全閥高，為了防止冷凝液或雨雪集聚，需要在安全閥出口管的水平段最低點(diǎn)開淚孔；第四，安全閥排放口應(yīng)該高于以排放口為中心7.5m半徑內(nèi)的操作平臺(tái)、設(shè)備、地面的最高點(diǎn)2.5m以上；第五，為避免安全閥出口管道因?yàn)樾箟哼^大造成其應(yīng)力值超出規(guī)定的范圍，安全閥及相應(yīng)管道應(yīng)當(dāng)妥善支撐，支撐方式應(yīng)當(dāng)依據(jù)安全閥依附的管道或設(shè)備附屬構(gòu)件的具體情況確定；第六，安全閥出口管道連接放空總管時(shí)，應(yīng)順介質(zhì)流向45°斜插至放空總管頂部；第七，對(duì)于需要用蒸汽吹掃的出口管道應(yīng)該考慮管道的熱膨脹影響。

2.5安全閥出口管道排至密閉系統(tǒng)

對(duì)于石油化工裝置中易燃、易爆、有毒、腐蝕性的物料和大部分液體介質(zhì)，其在安全閥后需要通過管道排放至密閉系統(tǒng)。為避免安全閥出口管道出現(xiàn)袋型彎及總管物料倒流至子系統(tǒng)中，安全閥的安裝標(biāo)高應(yīng)在匯總管標(biāo)高之上，出口管道應(yīng)步步低坡向匯總管，并順著介質(zhì)流向45°傾角與排放總管頂部相連，如果出口管道公稱直徑小于40mm，可以90°的垂直角度與主管相連［5］，這樣可以降低管路壓力降同時(shí)實(shí)現(xiàn)向排放總管自泄的目標(biāo)。若安全閥出口管線在設(shè)計(jì)時(shí)無法實(shí)現(xiàn)步步低，可考慮在安全閥排放管道的低點(diǎn)設(shè)置比較容易接近的放凈閥。如果排放的流體屬于易凝物，可以在排放管道的低點(diǎn)設(shè)置蒸汽伴熱管，從而避免產(chǎn)生積液的現(xiàn)象。

3　結(jié)論

通過以上分析可以看出，石化裝置安全閥進(jìn)口管的設(shè)計(jì)要降低其壓力降、要符合開啟流速要求，從而保證平穩(wěn)運(yùn)行；而安全閥出口管的設(shè)計(jì)要符合安全閥泄放流速要求、要控制背壓大小，其位置和標(biāo)高要符合要求，只有這樣才能保證安全閥在運(yùn)轉(zhuǎn)中起到安全保護(hù)作用。

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doi：10.3969/j.issn.1008-1267.2016.01.018

中圖分類號(hào)：TQ055.8

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C

文章編號(hào)：1008-1267（2016）01-0050-03

收稿日期：2015-10-20