蒸汽管道安全閥出口管道布置

馬蕭

（華陸工程科技有限責(zé)任公司，西安 710076）

1 安全閥相關(guān)規(guī)范要求

綜合GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2018 版）[1]、GB 50316—2000《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》（2008版）[2]、SH 3012—2011《石油化工金屬管道布置設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]、TSG ZF001—2006《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[4]等規(guī)范中關(guān)于安全閥管線要求，設(shè)備和管道上的蒸汽安全泄壓裝置向大氣排放時(shí)，宜符合下列要求：

1）排放管口不得朝向鄰近設(shè)備或有人通過的地區(qū)。

2）操作壓力＞4.0 MPa 的蒸汽管道的排放管口高度應(yīng)高出以安全泄壓裝置為中心，半徑為8 m 范圍內(nèi)的操作平臺(tái)或建筑物頂3 m 以上。

3）操作壓力為0.6～4.0 MPa 蒸汽管道的排放管口的高度宜高出以安全泄壓裝置為中心，半徑為4 m 范圍內(nèi)的操作平臺(tái)或建筑物頂3 m 以上。

4）操作壓力＜0.6 MPa 的蒸汽及其他非可燃介質(zhì)管道排放管口高度宜高出鄰近操作平臺(tái)或建筑物頂2.2 m 以上。

因此，蒸汽管道安全閥放空口應(yīng)根據(jù)泄放蒸汽壓力的不同調(diào)整其泄放高度，同時(shí)放空管口不得朝向鄰近設(shè)備或有人通過的地區(qū)。為了方便安全閥校驗(yàn)的要求，安全閥布置要綜合考慮放空口的安全性以及安全閥檢修的便利性。

2 安全閥出口管線布置

2.1 安全閥出口管線水平排放

安全閥出口管線水平排放，排放管線末端切成45°切口，防止雨水進(jìn)入排放管線。安全閥出口管線采用此布置方式布置簡(jiǎn)單，節(jié)省材料及空間，但存在以下幾個(gè)問題：

1）把安全閥排向大氣的管口切成45°向下斜切口，往往由于切口方向不合適，致使排出物噴向平臺(tái)，存在安全隱患，不滿足規(guī)范要求。

2）根據(jù)《石油化工金屬管道布置設(shè)計(jì)規(guī)范》，按蒸汽管道安全閥排放口操作壓力對(duì)排放高度的要求，至少應(yīng)在2.2 m以上，如果按照此要求安裝安全閥，會(huì)導(dǎo)致安全閥的安裝高度過高，不方便檢修。

3）進(jìn)入安全閥出口管線的少量雨水及蒸汽排放的凝液無法排出。

通過以上綜合分析，此種安全閥布置方式若用于蒸汽管線安全閥出口管線，會(huì)引起安全閥安裝高度過高而不便于檢修的問題，因此，蒸汽管線安全閥出口管線不推薦使用此方案。

2.2 安全閥出口管線朝上排放

安全閥出口管線朝上排放，可以考慮將安全閥布置在相對(duì)容易檢修操作的平臺(tái)上，將排放管線布置在高點(diǎn)，滿足規(guī)范的要求，安全閥出口管線向上排放時(shí)，管道末端會(huì)有以下3 種處理方式：

1）安全閥放空管線末端不做處理。安全閥出口管線向上排放，放空口滿足規(guī)范高度要求，管道末端不做處理，直接放空。安全閥出口管線采用此布置方案，安全閥泄放時(shí)泄放的蒸汽朝上排出，阻力降相對(duì)較小，但是安全閥泄放的蒸汽覆蓋了安全閥上方的區(qū)域，因此，采用此種布置方案時(shí)，安全閥應(yīng)集中布置在相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域，避免安全閥起跳時(shí)出現(xiàn)危險(xiǎn)。由于放空管直接朝上，雨水等會(huì)直接進(jìn)入放空管線，放空管線需要考慮合適的排放措施。

2）安全閥放空管線末端加彎頭。安全閥放空管線末端加彎頭，滿足規(guī)范中放空口的高度要求，避開人員通行的區(qū)域。安全閥放空管線采用此方案可控制泄放方向，避開人員通行的區(qū)域，減少安全隱患，但由于管件增多，管道泄放的阻力降相應(yīng)增大。泄放介質(zhì)液體含量較高時(shí)，對(duì)于蒸汽介質(zhì)如果水含量較高時(shí)，使用彎頭會(huì)使安全閥泄放時(shí)在水平面上影響的區(qū)域擴(kuò)大，較難實(shí)現(xiàn)避開人員通行的區(qū)域。

3）安全閥放空管線末端加三通。安全閥放空管線末端加三通，放空口滿足規(guī)范中放空口的高度要求，避開人員通行的區(qū)域，三通又可分為普通三通和Y 形三通兩種。安全閥放空管線，影響安全閥泄放，但是由于有了兩個(gè)泄放口，因此，在布置時(shí)要充分考慮安全閥的位置及泄放口的朝向，避開人員通行的地方。Y 形三通相對(duì)于普通三通可以有效減少安全閥泄放時(shí)在水平面的影響范圍，對(duì)于泄放時(shí)夾雜水的蒸汽采用Y 形三通則更為有利，但是其在低點(diǎn)的雨水等液體的積聚情況可能較為嚴(yán)重，需要做好排液措施。

安全閥出口管線向上排放時(shí)，為了避免泄放阻力過大，減小安全閥泄放時(shí)承受的反作用力，可采用將放空管和安全閥出口管線脫開的方式。

放空管管徑較出口管的管徑大，主要起到導(dǎo)流的作用，在放空管下方設(shè)置集液盤，防止泄放氣體反沖，并在集液盤上設(shè)置積液排放口，這種安全閥出口管線布置方式有效減少了出口管的長(zhǎng)度，降低了安全閥泄放時(shí)的阻力降，對(duì)于高溫高壓蒸汽采用這種布置方式較為有利。

2.3 安全閥出口管線排液措施

安全閥出口管線需要充分考慮排液措施，避免出口管線積液影響安全閥泄放。針對(duì)雨水、凝液排放有以下兩種方案可供選擇：

1）安全閥出口管線設(shè)置排水孔。安全閥出口管線考慮雨水及凝液的排放，可在安全閥出口管線上設(shè)置排泄孔。根據(jù)TSG ZF 001—2006《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中排泄孔設(shè)置要求，蒸汽和液體使用的安全閥需在低于閥座密封面的集液最低部位設(shè)置排泄孔。排泄孔設(shè)置要求見表1。根據(jù)表中數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際安全閥尺寸及管道直徑合理設(shè)置排泄孔。

表1 安全閥出口管線排泄孔設(shè)置要求

蒸汽管道安全閥出口管線采用此種布置方式時(shí)，當(dāng)蒸汽管道安全閥起跳時(shí)，大量蒸汽從排放管線及排泄孔排出，如果有人員處于排泄孔下方，則有一定的安全隱患。因此，此方案在設(shè)置排泄孔時(shí)要考慮排泄孔下方是否有人員通行，當(dāng)安全閥布置在鋼格柵等未完全阻斷的平面及樓面時(shí)，不建議采用此方案。

2）安全閥出口管線設(shè)置排液管線。安全閥出口管線低點(diǎn)位置設(shè)置排液管線，引至安全處排放。這個(gè)方案有效解決了蒸汽管線泄放過程中的安全隱患及平時(shí)雨水等積液?jiǎn)栴}，推薦高溫高壓的蒸汽管道采用此方案。

蒸汽安全閥出口管線積液排放措施還要考慮寒冷地帶的防凍問題，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況設(shè)置可靠的防凍措施，避免排泄孔或者排液管線失去作用，影響安全閥的泄放。

3 安全閥出口管線管道支架布置方式

安全閥出口排放管設(shè)計(jì)時(shí)，如果在出口管道外加設(shè)放空管，安全閥出口管道支架設(shè)計(jì)還包括安全閥放空管支架設(shè)計(jì)。蒸汽由安全閥排入大氣時(shí)，在出口管中心線上產(chǎn)生與流向相反的作用力，致使安全閥與壓力容器壁連接管口根部有一個(gè)彎矩和剪力，以及出口管的自重、振動(dòng)和熱膨脹等力的作用，安全閥的出口管應(yīng)設(shè)置可靠的管道支架。通常在安全閥放空管道上靠近最上面排放口處設(shè)置固定支架，同時(shí)為了防止安全閥出口產(chǎn)生過大的橫向沖擊力，在固定支架下面的垂直管道上，每隔6～8 m 設(shè)置一處導(dǎo)向支架。

氣體排放到大氣的安全閥，簡(jiǎn)化的反力計(jì)算公式如下：

式中，F(xiàn)為安全閥出口管中心線反力，N；W為氣體或蒸汽泄放量，kg/h；k為絕熱系數(shù)；T為入口絕對(duì)溫度，K；M為氣體或蒸汽的相對(duì)分子質(zhì)量。

其中，蒸汽安全閥泄放量可參照DL/T 5054—2016《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]11.5.1 條及11.5.2 條公式進(jìn)行計(jì)算得到。

當(dāng)蒸汽管道壓力未達(dá)到安全閥的整定壓力Ps前，安全閥進(jìn)口方向的蒸汽流速為零，因此，可近似認(rèn)為蒸汽的實(shí)際壓力等于蒸汽的滯止壓力P0。當(dāng)安全閥動(dòng)作時(shí)，安全閥進(jìn)口蒸汽達(dá)到穩(wěn)定流動(dòng)的實(shí)際壓力應(yīng)為排放壓力Pd，對(duì)于蒸汽安全閥，Pd可取1.03Ps。

在安全閥排放壓力P0下，蒸汽所能達(dá)到的最高工作溫度即為滯止溫度T0。對(duì)于主蒸汽系統(tǒng)，T0取用鍋爐過熱器出口蒸汽額定工作溫度加上鍋爐正常運(yùn)行時(shí)允許的溫度偏差；對(duì)于鍋爐汽包、除氧器、高壓加熱器等壓力容器，T0取用與排放壓力P0相對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽溫度；對(duì)于減壓閥后的蒸汽管道，建議T0取用減壓閥前蒸汽管道的最高工作溫度。滯止比容v0可在滯止壓力P0和滯止溫度T0確定后通過水蒸氣表得到。

根據(jù)式（1），結(jié)合具體項(xiàng)目的蒸汽及安全閥數(shù)據(jù)可計(jì)算反力，在安全閥出口管道設(shè)置合適的限位支架。

4 結(jié)論

基于本文討論的幾種安全閥出口管線布置方式，結(jié)合蒸汽介質(zhì)高溫且含水的特點(diǎn)，當(dāng)安全閥泄放時(shí)反作用力及出口管線管徑較小時(shí)，安全閥出口管線可考慮采用向上排放的方式（放空口末端不做處理）；當(dāng)安全閥泄放時(shí)反作用力及出口管線管徑較大，主要針對(duì)高溫高壓的蒸汽，安全閥出口管線布置推薦采用放空管與出口管線脫開的方式，既能減小對(duì)安全閥的反作用力，又能減小出口管線的阻力降。

安全閥排放管線考慮到排放時(shí)的噪聲，可在放空口末端安裝消音器，但消音器應(yīng)有足夠的流通面積，防止其產(chǎn)生的背壓影響安全閥的正常運(yùn)行和排放。當(dāng)放空口尺寸較大時(shí)需要設(shè)置防鳥網(wǎng)，避免雜物進(jìn)入管道影響安全閥的泄放。

安全閥出口管線要考慮雨水及蒸汽凝液排放問題，結(jié)合不同項(xiàng)目實(shí)際情況選擇合適的排放方式，并且要考慮排液的防凍措施。在條件允許的情況下推薦使用排放管線的方式。

安全閥出口管線要設(shè)置可靠的支架，靠近安全閥管線要設(shè)置限位架，當(dāng)放空管線與出口管線脫開時(shí)，放空管線頂部設(shè)置固定支架，之后每隔6～8 m 設(shè)置導(dǎo)向支架，可根據(jù)本文中安全閥的反作用力計(jì)算公式計(jì)算反作用力，根據(jù)實(shí)際的反作用力，選擇合適的支架形式，避免安全閥起跳時(shí)出口管線無可靠支架引起安全問題。

5 結(jié)語

蒸汽管線上安全閥放空管口的高度需結(jié)合泄放蒸汽的壓力確定其排放高度，并且安全閥要易于檢修，安全閥出口放空口不得朝向鄰近設(shè)備或有人通過的地區(qū)。裝置框架內(nèi)安全閥的布置，可在滿足規(guī)范要求的情況下，規(guī)劃出安全閥的集中布置區(qū)域，便于安全閥的檢修，以及出口管道的支撐。