安全閥的選用及管線設(shè)計(jì)探討

何 簡,陳 虎,劉 駿

(中國五環(huán)工程有限公司,湖北 武漢 430223)

系統(tǒng)超壓是石化裝置中眾多不確定因素的一種。這種系統(tǒng)超壓很多是由于外部原因或人為誤操作而導(dǎo)致系統(tǒng)壓力超過容器和管道的設(shè)計(jì)壓力而引起，危害巨大，甚至引起爆炸。鑒于此種情況，通過合理設(shè)置安全閥，能夠避免設(shè)備或管線超壓，形成破壞，從而保護(hù)整個系統(tǒng)安全。本文綜合考慮多種要素，為優(yōu)化安全閥的進(jìn)出口管線設(shè)計(jì)提供參考，確保安全閥正常運(yùn)行。

1 安全閥分類

安全閥是一種自動閥門，是一種常見的安全泄壓裝置。安全閥的種類很多，依據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，安全閥可以分為以下五種[1]，如表1所示。

表1 安全閥分類、特點(diǎn)和適用工況

2 安全閥選型的一般原則

根據(jù)不同的介質(zhì)特性，安全閥選型也有所不同。安全閥選型的一般原則如表2所示[1]。

表2 安全閥選型的一般原則

3 安全閥的設(shè)置位置

為保證設(shè)備和管道的安全，下列位置處需設(shè)置安全閥[2]，如表3所示。

表3 安全閥的設(shè)置位置

4 安全閥入口管線設(shè)計(jì)

4.1 入口管線壓力降

國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對安全閥入口管線的壓力降均有明確規(guī)定[3-6]：安全閥入口管線的壓力降不大于設(shè)定壓力的3%。安全閥進(jìn)口管線的壓力降過大可能導(dǎo)致安全閥的快速開啟和關(guān)閉，會使安全閥產(chǎn)生顫振[3]，對安全閥造成損害。

為滿足此要求，入口管線配管設(shè)計(jì)時需考慮以下幾點(diǎn)[7]：

(1) 安全閥入口管線的公稱尺寸必須≥安全閥進(jìn)口法蘭的公稱尺寸，其連接的大小頭也應(yīng)盡量靠近安全閥入口。

(2) 安全閥應(yīng)盡可能靠近被保護(hù)的設(shè)備或管線。

(3) 安全閥進(jìn)口管線上采用長半徑(R≥1.5DN)彎頭。

(4)當(dāng)安全閥入口管道較長時應(yīng)提交工藝專業(yè)核算，以便擴(kuò)大入口管徑減小壓力降。

4.2 滿足工藝介質(zhì)要求

(1)當(dāng)入口管線不可避免的出現(xiàn)袋形彎時，對于易凝結(jié)物質(zhì)，則應(yīng)在袋形彎低點(diǎn)處設(shè)置連續(xù)排液管并伴熱保溫；對于不凝結(jié)介質(zhì)，在袋形彎低處設(shè)置易于操作的放凈閥，若介質(zhì)易燃有毒，則不能就地排放，而應(yīng)該引至安全地點(diǎn)排放[4]。

(2)若介質(zhì)中含有雜質(zhì)或者易腐蝕，則應(yīng)在安全閥進(jìn)口處設(shè)置爆破片。通過設(shè)置安全閥和爆破片，來使安全閥免受腐蝕或破壞，確保其正常運(yùn)行。

5 安全閥出口管線設(shè)計(jì)

5.1 防止背壓過大

安全閥出口管的設(shè)計(jì)要考慮背壓不超過安全閥設(shè)定壓力的一定值。背壓過大會造成安全閥開啟壓力的偏差，導(dǎo)致流量下降，增加閥門的不穩(wěn)定性。安全閥出口配管完成后，還應(yīng)進(jìn)行阻力降核算，以防止阻力降超過允許的范圍。

5.2 滿足工藝要求

根據(jù)不同的排放物，工藝有不同的排放要求。特別是針對特殊物料，一定要嚴(yán)格執(zhí)行工藝特殊的排放要求。

5.3 防止反作用力的破壞

安全閥排放時會產(chǎn)生排放反作用力，此力會傳遞到安全閥、入口管道、固定管嘴和相連的容器壁上，可能會對管道和設(shè)備造成破壞，因此要格外注意安全閥的排放反力。安全閥的排放系統(tǒng)分為開式和閉式兩種，兩者的排放反力差別很大。針對開式系統(tǒng)，廠家一般會提供安全閥排放反力，基于安全考慮，工程上通常采用2倍的廠家數(shù)值。若廠家未提供，則可根據(jù)API RP520中推薦的方法計(jì)算[6]。對于閉式系統(tǒng)，API RP-520[6]中說明在穩(wěn)態(tài)介質(zhì)流工況下向密閉系統(tǒng)排放，一般不會產(chǎn)生大的作用力和力矩。該閉式系統(tǒng)排放反力的計(jì)算比較復(fù)雜，工程上為保險起見，一般也采用與開式系統(tǒng)相同的計(jì)算公式來計(jì)算反作用力[8]。安全閥的出口管線支架應(yīng)結(jié)合安全閥出口反力的計(jì)算，并綜合考慮自身的自重、振動、風(fēng)載荷、熱脹冷縮等綜合因素來合理設(shè)置。

5.4 出口避免袋形

安全閥出口出現(xiàn)袋形，會造成積液。出口管的設(shè)計(jì)需考慮以下幾點(diǎn)：①直接排向大氣：排放口應(yīng)引至安全位置，并避開設(shè)備、平臺、梯子、電纜和人行通道，并在出口水平段的低點(diǎn)設(shè)置一個6～10mm直徑的排液孔。②排放至密閉系統(tǒng)：安全閥的出口管應(yīng)避免袋形且坡向火炬主管，同時從主管上部順介質(zhì)流向45°斜接入，一方面可防止總管內(nèi)液體倒流，另外也可降低管線的阻力降。當(dāng)無法避免袋形時，應(yīng)在低點(diǎn)容易接近的位置設(shè)置手動放凈閥，并將排放管引至安全位置或引至單獨(dú)的收集罐收集。

5.5 出口管具有一定柔性

安全閥出口管和火炬總管要防止因溫度急劇變化或溫度不均勻產(chǎn)生應(yīng)力，因此出口管應(yīng)具有一定的柔性，必要時要進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。

6 常見安全閥故障及應(yīng)對措施

安全閥在使用過程中會出現(xiàn)各種故障，需要及時進(jìn)行故障的排除和處理，一些常見的安全閥問題及應(yīng)對措施如表4所示[9]。

表4 安全閥故障及應(yīng)對措施

7 結(jié)語

在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分掌握安全閥的工作原理，重視安全閥的選用、設(shè)置和進(jìn)出口管線設(shè)計(jì)，避免因設(shè)計(jì)不當(dāng)造成安全事故，同時還應(yīng)了解一些安全閥常見故障及應(yīng)對措施。只有這樣，才能確保安全閥的正常使用，進(jìn)而保護(hù)整個系統(tǒng)管路的安全。