化工裝置中安全閥工藝設(shè)計及附屬管道應(yīng)力探析

李芝榮

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司杭州分公司 浙江杭州 310000）

化工裝置中安全閥工藝設(shè)計及附屬管道應(yīng)力探析

李芝榮

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司杭州分公司 浙江杭州 310000）

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，化工行業(yè)也在快速發(fā)展中?；ば袠I(yè)的發(fā)展離不開化工裝置的使用，而在化工裝置中，安全閥的工藝設(shè)計尤為重要。不同的化工裝置要求不同的安全閥工藝。此外，對于其附屬管道的應(yīng)力計算與分析也是很重要的，要根據(jù)化工裝置的實際情況，通過對安全及其附屬管道應(yīng)力的計算，采用科學(xué)、合理的設(shè)計工藝，充分了解管線的受力情況，從而保證化工裝置的正常運行，促進化工行業(yè)的健康發(fā)展。本文主要對化工裝置中安全閥工藝設(shè)計及附屬管道應(yīng)力進行探索與分析。

化工裝置；安全閥工藝設(shè)計；安全閥附屬管道應(yīng)力

前言

安全閥是現(xiàn)代工業(yè)中，化工裝置的重要組成部分，不僅關(guān)系著化工裝置的安全運行，更關(guān)系著化工行業(yè)工作人員的人身安全。[1]因此，不但要保證安全閥的質(zhì)量，更要不斷提高其工藝技術(shù)，滿足工業(yè)發(fā)展的實際需要。在安全閥的工藝設(shè)計中，要嚴格遵循設(shè)計要求，科學(xué)、準確計算出出現(xiàn)事故時安全閥的安全起跳泄壓值，保證化工裝置在任何情況下的壓力值都不會超過國定的壓力值范圍。從而保證化工裝置正常運行，避免事故的發(fā)生，避免對工作人員造成生命安全威脅。此外，安全閥附屬管道的應(yīng)力計算也是很重要的，要根據(jù)實際情況，正確選擇安全閥出入口的配管，科學(xué)計算安全閥的許用應(yīng)力。保證其附屬管線的應(yīng)力不會出現(xiàn)超載的情況，從而真正提高化工裝置的安全性。

1 化工裝置中安全閥工藝設(shè)計要求

1.1 安全閥壓力的要求

安全閥的壓力一般由定壓、積聚壓力和背壓三個方面組成。在安全閥的工藝設(shè)計中，要特別重視其壓力情況，因為它關(guān)系著安全閥的性能。對于安全閥的定壓來講，安全閥的工作壓力要小于或者等于容器灰管道的設(shè)計壓力。而安全閥保護的壓力容器所允許的最大極具壓力應(yīng)該是設(shè)計壓力的10%，即使是在出現(xiàn)火災(zāi)的情況下，也不能超過20%?？傊?，要保證安全閥的定壓、積聚壓力、背壓都在所規(guī)定的范圍之內(nèi)，使安全閥正常的發(fā)揮其保護作用。

1.2 輸送介質(zhì)要求

安全閥關(guān)系著化工裝置的安全性，由于化工裝置的不同，輸送介質(zhì)也不相同，那么安全閥的選擇也不同。安全閥的輸送介質(zhì)也有一定的要求：①當排放可壓縮流體時，要選擇全啟式安全閥，當排放不可壓縮流體時，要選擇微啟式安全閥。②當輸送介質(zhì)具有腐蝕性或者容易形成污垢時，要選擇波紋管安全閥。③對于有害介質(zhì)的輸送，要選擇先導(dǎo)式安全中的不流動式安全閥，而對于輸送介質(zhì)較少的情況后，同樣要選擇先導(dǎo)式安全閥，但是是其中的流動式安全閥，總之，安全閥的選擇要根據(jù)輸送介質(zhì)的不同特性進行選擇，這也是安全閥工藝設(shè)計中比較重要的一點。此外，安全閥的結(jié)構(gòu)也是設(shè)計工藝中的一部分，通常情況，安全閥都要具有封閉式彈簧結(jié)構(gòu)，但是，波紋管安全閥除外，因為，波紋管安全閥主要是用于排放空氣、水蒸氣和水的，還要考慮輸送介質(zhì)的溫度，當超過規(guī)定的溫度要時，安全閥的彈簧式結(jié)構(gòu)要具有散熱性功能。④對于水蒸氣和空氣這種輸送介質(zhì)來說，安全閥一般都是帶扳手的。簡言之，安全閥的具體設(shè)計與選擇，要看具體的輸送介質(zhì)是什么性質(zhì)，有針對性的進行設(shè)計與選擇，才能保證化工裝置的正常運行。

1.3 排放量要求

在安全閥的工藝設(shè)計中，設(shè)計人員要根據(jù)化工裝置的具體需要計算出安全閥的計算流量和設(shè)計面積。[2]要考慮各種工況的特殊性，有針對性的設(shè)計其排放量。在化工行業(yè)中一般會發(fā)生的事故或者工況有：循環(huán)水故障，電力故事，換熱管破列等情況，外部情況如火災(zāi)等也時有發(fā)生。通常在計算安全閥的排放量，都是按單一故障的最大排放量來計算。其一，冷凝器故障，主要是指冷凝器失去部分或者全部功能。如果冷凝器全部功能都失去，那么安全閥的排放量以正常溫度和組分下的正常進料蒸汽量為標準。如果失去部分功能，那么排放量按正常故障下進入的冷凝量和蒸汽量的差值來計算。例如：對于冷凝器出現(xiàn)故障的排放量計算，還要考慮到回流罐流量、冷凝器對塔負荷影響的強弱等情況，綜合各種相關(guān)因素，科學(xué)、合理的計算其排放量，保證設(shè)計的科學(xué)、合理。

1.4 安全閥的泄放能力要求

安全閥的泄放能力非常重要，這是設(shè)計工藝中重要內(nèi)容之一。因此，在其工藝設(shè)計中，要根據(jù)安全閥的噴嘴喉等部位，根據(jù)閥芯的開啟高度，形成真實可靠地參考數(shù)據(jù)，從而計算出安全閥的泄放能力。

1.5 安全閥配管要求

安全閥的配管設(shè)計也是安全閥工藝設(shè)計的重要組成部分：①安全閥的出口和入口管道要具有一定的柔性。②管道上要設(shè)有切斷閥，閥桿方向要保持水平，切忌向上，避免滑板下滑使閥門關(guān)閉。③配管不能出現(xiàn)袋形管。這也是對安全閥配管的基本要求。

圖1 安全閥配管

2 安全閥附屬管道應(yīng)力分析

2.1 安全閥的排氣形式

安全閥的排氣形式主要有開式排氣系統(tǒng)和閉式排氣系統(tǒng)。[3]當安全閥打開時，氣體直接排放到大氣中，或者直接排放到與安全閥不連接的放空管道里，這就是開式排氣系統(tǒng)。在這種排氣方式中，對安全閥出入口管線與放空管之間的距離要有一定的要求。對于閉式排氣系統(tǒng)來說，氣體主要是通過與安全閥相連接的排氣管道排放出去的。

表1 安全閥距波動源的最小距離

2.2 安全閥排氣管的反作用力

首先，針對開式排氣系統(tǒng)的反作用力進行分析，一般在穩(wěn)定條件下，安全閥的反力有動量效應(yīng)和壓力效應(yīng)兩種。對于放空管來說，要根據(jù)具體情況計算出其所承受的壓力值，一般來講，放空管的支架能偶承受水平方向和垂直方向的合力，因此，放空管要避免出現(xiàn)反噴，要根據(jù)相應(yīng)的計算公式進行合理的計算。此外，對于閉式排氣系統(tǒng)來講，在其出口的反作用力較大，管道其他部位所受的壓力比較均衡。但是在不穩(wěn)定狀態(tài)下，管道會承受較大的沖擊力，因此，在設(shè)計時，要綜合考慮各種情況下，管道所能承受的最大壓力。避免安安全閥的附屬管道因為壓力過大而出現(xiàn)破裂。

2.3 背壓過大造成安全閥開啟壓力偏差，流量下降，不穩(wěn)定性增加

背壓是指由排放系統(tǒng)中的壓力而在泄壓裝置出口處產(chǎn)生的壓力，分為附加背壓和排放背壓。背壓傾向于減小閥門開啟的提升力，還會使安全閥產(chǎn)生顫振和頻跳。在常規(guī)安全閥（非平衡彈簧承載式安全閥）使用中，附加背壓為恒值時，可降低彈簧載荷以補償附加背壓，這時，建議排放背壓不應(yīng)超過允許的超壓，當允許的超壓為10%時，排放背壓不能超過整定壓力的10%。在安全閥出口管道配置時，首先根據(jù)工藝流程圖所給管徑、安全閥的形式和整定壓力以及最終管道走向布置，核算背壓是否符合規(guī)范要求。一般總背壓不大于10%整定壓力時選用非平衡彈簧承載式安全閥；總背壓大于10%整定壓力，小于50%整定壓力時選用平衡波紋式安全閥；當總背壓大于5%整定壓力時，可選用先導(dǎo)式安全閥。

2.4 排放管道中靜載荷以及排放時反作用力產(chǎn)生的入口應(yīng)力

不正確的安全閥排放管道設(shè)計會產(chǎn)生應(yīng)力并傳遞給安全閥及其入口管道?？赏ㄟ^正確的安裝和支撐方式、合適的管道撓度設(shè)置來消除應(yīng)力對系統(tǒng)的破壞。安全閥的排放系統(tǒng)分為開式和閉式兩種，計算其應(yīng)力分別采用不同的方法。

3 結(jié)論

綜上所述，安全閥的使用對化工裝置的安全運行具有重要作用，因此，在安全閥的設(shè)計過程中，要嚴格遵循設(shè)計要求，綜合考慮各種因素，同時，分析安全閥附屬管道的應(yīng)力，最終科學(xué)、合理的完成安全閥的工藝設(shè)計，使化工裝置正常運行，促進化工行業(yè)的健康發(fā)展。

[1]李曉亮.化工裝置中安全閥工藝設(shè)計及附屬管道應(yīng)力分析[D].大連理工大學(xué)，2014.

[2]王家?guī)停?安全閥常見故障的分析與處理[J].化工設(shè)備與管道，2012（4）：24～27.

[3]李會英.淺析石油化工裝置安全閥進出口管道設(shè)計[J].中國化工貿(mào)易，2012（05）：84～85.

[4]高文英，李曉明，于濤.安全閥排氣管道反力計算方法分析[J].能源與節(jié)能，2011（04）：78～80.

TH134

A

1004-7344（2016）35-0214-02

2016-12-1

李芝榮（1985-），女，山西大同人，化工工程師，大學(xué)本科，專業(yè)方向為化學(xué)工藝。