淺談化工項(xiàng)目中安全閥的設(shè)置及應(yīng)用

余文(四川省醫(yī)藥設(shè)計(jì)院有限公司，四川 成都 610000)

淺談化工項(xiàng)目中安全閥的設(shè)置及應(yīng)用

余文(四川省醫(yī)藥設(shè)計(jì)院有限公司，四川 成都 610000)

作為重要的安全保障措施，安全閥在化工裝置中的應(yīng)用已相當(dāng)普遍。但是在近些年的安全事故中，也有不少是由于安全閥故障及設(shè)置不當(dāng)造成的。由于設(shè)備超壓原因復(fù)雜，給安全閥的選型造成一定困難。本文從選用安全閥的影響因素、安全閥泄放量計(jì)算及工程實(shí)例說(shuō)明等方面闡述化工裝置中安全閥的正確設(shè)置，希望對(duì)化工從業(yè)人員一定的參考意義。

安全閥;泄放量;火災(zāi)工況

安全閥的合理設(shè)置需要綜合設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、安裝、使用、校驗(yàn)和維修等多方面因素，是制造商、設(shè)計(jì)者、使用者、監(jiān)管機(jī)構(gòu)共同參與才能完成的。對(duì)于工程設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，如何正確的計(jì)算和選用安全閥，在化工裝置中對(duì)于防止設(shè)備管道超壓、預(yù)防安全事故是極其重要的。

1 選用安全閥的影響因素[1]

（1）安全閥的形式

目前化工裝置中的安全閥主要按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 12241）、閥瓣開啟高度、結(jié)構(gòu)、平衡內(nèi)壓的方式等條件進(jìn)行分類。通過(guò)合理的分類，以細(xì)化安全閥的類型，從而使用者才可以根據(jù)不同的使用條件進(jìn)行安全閥類型的初步選擇。

（2）工藝系統(tǒng)

安全閥的設(shè)置首先應(yīng)滿足化工裝置的工藝系統(tǒng)要求。通常工藝對(duì)安全閥的要求主要體現(xiàn)在壓力、輸送介質(zhì)和泄放量三個(gè)方面。

（3）附屬管線

安全閥所屬管線，尤其是進(jìn)出口管道布置和支吊架選型對(duì)安全閥是否能夠正常運(yùn)行起到非常重要的作用。一般情況下，需要結(jié)合安全閥的實(shí)際安裝條件，進(jìn)行管道應(yīng)力計(jì)算，通過(guò)改變管道走向和設(shè)置合理的管道支吊架，以確保安全閥在各個(gè)工況下運(yùn)行時(shí)的應(yīng)力得以消除，避免局部應(yīng)力對(duì)被保護(hù)的設(shè)備和管道造成振動(dòng)或損壞。

2 安全閥的泄放量計(jì)算[2][3]

在安全閥的計(jì)算選型中，應(yīng)首先確定安全閥的泄放量。造成設(shè)備超壓的原因一般分為三大類：一是操作故障；二是動(dòng)力故障；三是火災(zāi)。安全閥的最大泄放量是指能夠排放任何一個(gè)單獨(dú)原因而引起的超壓。在確定泄放量時(shí)應(yīng)考慮有可能發(fā)生的不同事故工況下的泄放量并取最大值。不同事故工況下的超壓原因復(fù)雜，具體有：操作人員影響、閥門誤關(guān)閉、冷卻或回流發(fā)生故障、、控制閥故障、電力故障、不凝性氣體積聚、過(guò)度熱量輸入、換熱器管破裂、外部火災(zāi)等。本文著重介紹外部火災(zāi)工況下盛裝液化氣體容器的安全泄放量。其他事故工況下的泄放量按照相關(guān)規(guī)范取值即可。

（1）介質(zhì)為易爆液化氣體或位于有可能發(fā)生火災(zāi)環(huán)境下工作的非易爆液化氣體的容器，分有、無(wú)絕熱保溫層情況：

A）無(wú)絕熱保溫層時(shí)，安全泄放量按式（2.1）計(jì)算：

B）有完整的絕熱保溫層時(shí)（例如在火災(zāi)條件下，保溫層不被破壞），安全泄放量按式（2.2）計(jì)算：

（2.2）

（2）介質(zhì)為非易爆液化氣體的容器，置于無(wú)火災(zāi)危險(xiǎn)的環(huán)境下工作時(shí)，安全泄放量可根據(jù)有、無(wú)絕熱保溫層，分別參照式（2.1）或式（2.2）計(jì)算，取值不低于計(jì)算值的30%。

在式（2.1）及式（2.2）中，W為安全泄放量（kg/h），t為泄放溫度（℃），λ為保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)（KJ/（m·h·℃）），d0為保溫材料厚度（m），Hl為泄放條件下的氣化熱（KJ/kg），F(xiàn)為容器外壁校正系數(shù)，A為潤(rùn)濕面積（m2）。

其中，容器外壁校正系數(shù)F根據(jù)以下情況取值：

A）容器置于地面上：F=1.0

B）容器置于地面下用砂土覆蓋：F=0.3

C）容器頂部設(shè)有大于10L/(m2·min)的水噴漆裝置時(shí)：F=0.6

其中，潤(rùn)濕面積A根據(jù)以下情況取值：

A）臥式容器半球形封頭：A=3.14D0L

B）臥式容器橢圓形封頭：A=3.14D0（L+0.3×D0）

C）立式容器：A=3.14D0h1

D）球形容器：A=1.57D02或從地面起到7.5m高度以下所包括的外表面積，取兩者中較大值。

以上各式中，D0為容器外直徑（m），L為容器總長(zhǎng)度（m），h1為容器最高液位（m）。

3 火災(zāi)工況下泄放量計(jì)算實(shí)例

以下以國(guó)內(nèi)某工程的氯硅烷精餾塔塔頂安全閥為例說(shuō)明火災(zāi)工況下的泄放量計(jì)算。條件如下：該精餾塔外形尺寸：φ 2200×43760，裙座高度6.2m，塔身保溫材料為硅酸鋁鎂質(zhì)卷氈，導(dǎo)熱系數(shù)為0.1548 KJ/（m·h·℃），保溫厚度70mm。安全閥設(shè)定壓力0.6MP。塔頂物料質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為SiHCl3：93.8%；SiCl4：0.3%；SiH2Cl2：5.9%。通過(guò)相關(guān)流程模擬軟件計(jì)算得出泄放溫度為103.6℃，泄放條件下的汽化熱為155.8KJ/kg。

此工況屬于有完整保溫層的易燃液化氣體容器，應(yīng)按式（2.2）進(jìn)行計(jì)算。首先計(jì)算潤(rùn)濕面積，取離地面高度7.5米以下的潤(rùn)濕面積為計(jì)算面積。2

由此可知，此精餾塔在火災(zāi)工況下的安全閥泄放量為122.4kg/h。此處需要說(shuō)明的是，安全閥的最終泄放量選擇及安全閥選型還需考慮其他工況，并作出比較才能確定。

4 結(jié)語(yǔ)

安全閥在化工裝置中起著安全保障的重要作用，其計(jì)算、選型也至關(guān)重要。本文著重闡述了安全閥選型的影響因素，對(duì)火災(zāi)工況下的盛裝液化氣體容器的安全閥泄放量進(jìn)行了詳細(xì)分析，并列舉了工程實(shí)例。

[1]李曉亮,化工裝置中安全閥工藝設(shè)計(jì)及附屬管道應(yīng)力分析[D],2014.

[2]安全閥的設(shè)置和選用.HG/T 20570.2-95.

[3]壓力容器.GB150-2011.

余文（1983-），男，漢族，籍貫：湖北省仙桃市，職稱：中級(jí)工程師，研究方向：化工設(shè)計(jì)。