上海申弘閥門(mén)有限公司
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之前介紹自力式壓力調(diào)節(jié)閥在化工行業(yè)應(yīng)用，現(xiàn)在介紹石油化工裝置安全閥設(shè)計(jì)選型安全閥作為壓力容器、壓力管等特殊設(shè)備的重要組成部分,在生產(chǎn)過(guò)程的安全性中發(fā)揮著重要作用,廣泛應(yīng)用于石化企業(yè)。為加強(qiáng)設(shè)備管理,石化公司目前使用各種設(shè)備管理軟件,如壓力容器和壓力管道。但是,這些軟件中安全閥的管理主要是基于設(shè)備管理賬戶(hù)的登記和建立,并且沒(méi)有安全閥的實(shí)時(shí)管理功能。建立了安全閥校準(zhǔn)系統(tǒng),與設(shè)備管理軟件共享數(shù)據(jù)庫(kù),統(tǒng)一管理安全閥文件的功能,實(shí)時(shí)查詢(xún)驗(yàn)證狀態(tài)和驗(yàn)證結(jié)果。設(shè)備管理有所改善,也提高了專(zhuān)業(yè)化水平和工作效率。 在石油化工裝置工程設(shè)計(jì)中人們一般只重視安全閥設(shè)定壓力與排量，而忽視安全閥的進(jìn)、出口管道設(shè)計(jì)，但安全閥進(jìn)、出口管道設(shè)計(jì)的正確與否對(duì)安全閥能否在設(shè)定的壓力與排量下工作影響極大。因此，要使安全閥真正起到保護(hù)設(shè)備與管道的作用，一定要重視安全閥的進(jìn)、出口管道設(shè)計(jì)。現(xiàn)根據(jù)工程實(shí)踐， 就石油化工裝置安全閥的進(jìn)、出口管道設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，供同行在設(shè)計(jì)中參考。本文由上海申弘閥門(mén)有限公司先導(dǎo)式安全閥，并終身為使用單位提供相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞：安全閥 進(jìn)口管道 出口管道 配管設(shè)計(jì)
上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：截止閥,電動(dòng)截止閥管道是設(shè)備或元件間介質(zhì)傳遞的重要部件，是工業(yè)產(chǎn)品的神經(jīng)。管道的設(shè)計(jì)是工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中復(fù)雜、繁瑣的部分。石油化工裝置是由機(jī)、泵、閥和塔、罐、容器等設(shè)備組成。按這些設(shè)備各自的功能，由管道將它們有機(jī)地結(jié)合在一起。
| 設(shè)備（材料）名稱(chēng) | 規(guī)格型號(hào) | 單位 | 計(jì)劃采購(gòu)數(shù)量 | 單價(jià)元 | 金額 | 用途 |
| 不銹鋼閘閥 | Z41H—150LB DN50 材質(zhì)：321 溫度：≤425℃ | 個(gè) | 4 | 1500 | 含硫氣手閥（技改） | |
| 不銹鋼閘閥 | Z41H—16C DN150 材質(zhì)：321 溫度：≤425℃ | 個(gè) | 2 | 7200 | 含硫氣手閥（技改） | |
| 閘閥 | Z41H-300LB DN200 碳鋼 溫度： ≤425℃ | 臺(tái) | 2 | 19500 | 53界區(qū)蒸汽閥（技改） | |
| 不銹鋼閘閥 | Z41H—16C DN50 材質(zhì)：321 溫度：≤425℃ | 個(gè) | 4 | 1500 | LV1063閥門(mén)（技改） | |
| 安全閥 | 型號(hào)：WA42Y-16C 彈簧式 公稱(chēng)直徑：200mm；工作壓力：0.7MPa；整定壓力：0.8MPa；工作介質(zhì)：解析氣；工作溫度：40℃ | 臺(tái) | 1 | 7000 | 含氧制氫系統(tǒng)吸附降阻優(yōu)化（技改） | |
| 安全閥 | 型號(hào)：WA42Y-16C 彈簧式 公稱(chēng)直徑：150mm；工作壓力：0.1MPa；整定壓力：0.18MPa；工作介質(zhì)：解析氣；工作溫度：40℃ | 臺(tái) | 1 | 4000 | 含氧制氫系統(tǒng)吸附降阻優(yōu)化（技改） | |
| 安全閥 | 型號(hào)：WA42Y-16C 彈簧式 公稱(chēng)直徑：200mm；工作壓力：0.03MPa；整定壓力：0.07MPa；工作介質(zhì)：解析氣；工作溫度：40℃ | 臺(tái) | 2 | 7000 | 含氧制氫系統(tǒng)吸附降阻優(yōu)化（技改） | |
| 安全閥 | 型號(hào)：WA42Y-16C 彈簧式 公稱(chēng)直徑：150mm；工作壓力：0.05MPa；整定壓力：0.18MPa；工作介質(zhì)：解析氣；工作溫度：40℃ | 臺(tái) | 1 | 4000 | 含氧制氫系統(tǒng)吸附降阻優(yōu)化（技改） | |
| 安全閥 | 型號(hào)：WA42Y-16C 彈簧式 公稱(chēng)直徑：200mm；工作壓力：0.05MPa；整定壓力：0.18MPa；工作介質(zhì)：解析氣；工作溫度：40℃ | 臺(tái) | 1 | 7000 | 含氧制氫系統(tǒng)吸附降阻優(yōu)化（技改） | |
| 安全閥 | 型號(hào)：WA42Y-16C 彈簧式 公稱(chēng)直徑：100mm；工作壓力：0.05MPa；整定壓力：0.18MPa；工作介質(zhì)：解析氣；工作溫度：40℃ | 臺(tái) | 1 | 1900 | 含氧制氫系統(tǒng)吸附降阻優(yōu)化（技改） | |
| 蝶閥 | D343H-16C DN100 碳鋼 ≤425℃ | 個(gè) | 6 | 500 | 新增672消防管線(xiàn)（技改） | |
| 蝶閥 | D343H-16C DN65 碳鋼 ≤425℃ | 個(gè) | 8 | 400 | 新增672消防管線(xiàn)（技改） |
一、石油化工裝置安全閥設(shè)計(jì)選型安全閥進(jìn)口管道的設(shè)計(jì)
1.滿(mǎn)足安全閥開(kāi)啟流速要求
安全閥按開(kāi)啟高度分類(lèi)有微啟式和全啟式及中啟式三種開(kāi)啟方式。
1.1微啟式安全閥
微啟式安全閥指閥瓣的開(kāi)啟高度是閥座內(nèi)徑的1/15～1/20。微啟式安全閥的動(dòng)作特性是比例作用式的。
1.2全啟式安全閥
全啟式安全閥是指閥瓣的開(kāi)啟高度是閥座內(nèi)徑1/3～1/4。全啟式安全閥的動(dòng)作特性屬于兩段作用式安全閥。
1.3中啟式安全閥
中啟式安全閥是指閥瓣的開(kāi)啟高度介于微啟式與全啟式之間。其動(dòng)作特性通常相當(dāng)于安全泄放閥。
對(duì)于液壓系統(tǒng)上用的安全閥，采用微啟式，而對(duì)大型石油化工工藝流程中用的安全閥，普遍采用全啟式。安全閥的配管，入口管道直徑不小于安全閥的入口直徑；要求壓力容器與泄壓閥之間的所有管道和管件通孔的面積應(yīng)與安全閥入口的面積相同。在一般設(shè)計(jì)工程中入口隔離閥的小流道面積選用等于或大于安全閥的入口面積。
2.石油化工裝置安全閥設(shè)計(jì)選型保證安全閥運(yùn)行平穩(wěn)、可靠
影響安全閥可靠運(yùn)行的主要原因如下。
2.1入口管道的阻力降太大，安全閥產(chǎn)生顫振，安全閥既要滿(mǎn)足正常的液流運(yùn)行，又要防止容器和管道內(nèi)的壓力超壓，起到保護(hù)作用。一般情況，安全閥設(shè)定的開(kāi)啟壓力，為正常流程工作壓力的1.15倍，排放壓力為 1.05～1.15倍的開(kāi)啟壓力。回座壓力應(yīng) ≥0.8倍的開(kāi)啟壓力。在國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中均限制了入口管道的阻力降，且要求很?chē)?yán)：國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn) GB/T12241-2005《安全閥一般要求》、HG/T20570.2-95《安全閥的設(shè)置和選用》規(guī)定：入口管道的阻力降不大于安全閥設(shè)定壓力（表壓）3%。因此在任何情況下，該壓力降都不得超過(guò)整定壓力的3%或大允許啟閉壓差的1/3（以?xún)烧咧械妮^小值為準(zhǔn)）。
結(jié)合 API標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中的壓力降應(yīng)理解為管道總阻力降，包括：管道摩擦阻力降、管道靜壓力降、管道速度阻力降。管道摩擦阻力降由兩部分組成：一部分是流體在管道內(nèi)流動(dòng)，由流體與管壁摩擦而引起的阻力降；另一部分是流體通過(guò)管件的變徑、變方向的部位和閥門(mén)時(shí)引起的阻力降。由于管道進(jìn)出口標(biāo)高不同而產(chǎn)生的壓力降稱(chēng)為管道靜壓力降。由于管道或系統(tǒng)的進(jìn)、出口端截面不等使流體流速變化所產(chǎn)生的壓差稱(chēng)為速度壓力降。若安全閥入口管道的總壓力降超過(guò)安全閥整定壓力的3%，可增大入口管徑以降低壓力降。
2.2安全閥距離壓力波動(dòng)源太近影響安全閥的正常運(yùn)行
通常安全閥應(yīng)安裝在受保護(hù)的設(shè)備或管道附近，這樣到泄壓裝置入口所產(chǎn)生的壓力損失會(huì)在允許的范圍之內(nèi)。但是，如果壓力源處存在著壓力波動(dòng)，且壓力的峰值接近于安全閥的整定壓力，這時(shí)安全閥應(yīng)安裝在遠(yuǎn)離此壓力源且壓力較穩(wěn)定的地方。在HG/T20570.2-95《安全閥的設(shè)置和選用》標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)此有明確規(guī)定。
2.3管道應(yīng)力對(duì)安全閥及其相連管道的破壞
核算在工作溫度范圍內(nèi)管道是否需要補(bǔ)償；同時(shí)要核算與安全閥入口管道相連的工藝管道熱脹冷縮的長(zhǎng)度變化。通常運(yùn)用計(jì)算機(jī)來(lái)計(jì)算是否需要補(bǔ)償，常用的軟件為 CAESAR。
二、石油化工裝置安全閥設(shè)計(jì)選型安全閥出口管道的設(shè)計(jì)
1.滿(mǎn)足安全閥流速要求
由于石油化工流程中輸送的介質(zhì)大都為易燃、易爆、有毒有害、帶腐蝕性液體，為防止環(huán)境污染。安全閥開(kāi)啟后排放的液體必須嚴(yán)格控制，在國(guó)內(nèi)石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)外ASME標(biāo)準(zhǔn)中也有相關(guān)要求。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T20570.2-95《安全閥的設(shè)置和選用》明確規(guī)定：安全閥出口管道直徑不小于安全閥的出口直徑；在A(yíng)SME 第 VIII卷也有要求：推薦出口隔離閥的小流道面積應(yīng)等于或大于泄放閥的出口面積。因此安全閥管道設(shè)計(jì)時(shí)，排放管的通道截面積應(yīng)不小于安全閥出口截面積。當(dāng)多臺(tái)安全閥向一個(gè)總管排放時(shí)，排放總管的截面積應(yīng)保證能夠接受所有可能同時(shí)向其排放的安全閥的總排放量。
2.保證安全閥運(yùn)行平穩(wěn)、可靠
2.1背壓過(guò)大造成安全閥開(kāi)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(mén)開(kāi)啟的提升力，還會(huì)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(shí)，可降低彈簧載荷以補(bǔ)償附加背壓，這時(shí)，建議排放背壓不應(yīng)超過(guò)允許的超壓，當(dāng)允許的超壓為 10%時(shí)，排放背壓不能超過(guò)整定壓力的10%。在安全閥出口管道配置時(shí)，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(shí)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(shí)選用平衡波紋式安全閥；當(dāng)總背壓大于5%整定壓力時(shí)，可選用先導(dǎo)式安全閥。
2.2排放管道中靜載荷以及排放時(shí)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(jì)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力并傳遞給安全閥及其入口管道。可通過(guò)正確的安裝和支撐方式、合適的管道撓度設(shè)置來(lái)消除應(yīng)力對(duì)系統(tǒng)的破壞。安全閥的排放系統(tǒng)分為開(kāi)式和閉式兩種，計(jì)算其應(yīng)力分別采用不同的方法。
3.石油化工裝置安全閥設(shè)計(jì)選型安全閥出口介質(zhì)密閉排放
3.1安全閥出口管朝向向下，意味著安全閥的安裝標(biāo)高必須高于火炬氣匯集管的標(biāo)高，能自泄到排放總管內(nèi)。
3.2安全閥的排放管道應(yīng)坡向主管，盡量避免袋型彎，無(wú)法避免時(shí)，在低點(diǎn)要設(shè)易接近的放凈閥，對(duì)于易凝汽體，在低點(diǎn)設(shè)蒸汽伴熱管，以免積液。
3.3排放管與主管的連接，應(yīng)順介質(zhì)流向45°角斜接到放空總管頂部，既可以防止總管內(nèi)的凝液倒入支管，又可降低管路壓力降，DN≤40的管子可以90°垂直連接。
3.4安全閥出口管道應(yīng)妥善支撐，以防泄壓時(shí)過(guò)大彎矩造成管道應(yīng)力值超過(guò)許用應(yīng)力范圍，支撐方法應(yīng)根據(jù)安全閥所在的設(shè)備或管道附屬構(gòu)件的具體情況而定。
3.5應(yīng)防止出現(xiàn)任何可能導(dǎo)致排放管道阻塞的條件，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置排泄孔，以防止雨、雪、冷凝液等積聚在排放管中。安全閥的排放及疏液應(yīng)導(dǎo)至安全地點(diǎn)，應(yīng)特別注意危險(xiǎn)介質(zhì)的排放及疏液。
三、石油化工裝置安全閥設(shè)計(jì)選型結(jié)語(yǔ)
安全閥為石油化工生產(chǎn)裝置安全生產(chǎn)保駕護(hù)航，職責(zé)重大，其進(jìn)、出口管道的設(shè)計(jì)關(guān)系安全閥能否正常運(yùn)行。安全閥進(jìn)、出口管道設(shè)計(jì)應(yīng)該是比較復(fù)雜的，本文從滿(mǎn)足安全閥流速要求，保證安全閥運(yùn)行平穩(wěn)、可靠等方面結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)安全閥管道設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述，供設(shè)計(jì)同行以及石油化工生產(chǎn)企業(yè)參考。與本文相關(guān)的論文：自力式煤氣調(diào)壓閥組
