石油化工装置安全阀的选用及配管设计

('石油化工装置安全阀的选用及配管设计摘要：本文介绍了石油化工装置安全阀的分类，选用的原则，安全阀的安装及进出口的配管设计要求。关键词：安全阀分类安装配管设计在石油化工生产过程中，为防止由于火灾、操作故障、停水停电等原因可能造成设备及管道系统内压力超过设计压力而发生事故，应设置防止超压用的安全泄放装置。在非火灾或火灾事故情况下，安全泄放装置籍进口静压力作用开启泄放流体，以防止系统内压力超过预定的安全值。安全泄放装置包括安全阀及爆破片装置，由于爆破片是一次性产品，而安全阀可重复使用，因此，在石油化工生产装置上更广泛使用安全阀。安全阀是由弹簧作用或由导阀控制的阀门，当入口处静压超过设定压力时，阀瓣上升，泄放流体，以防止系统内压力超过预定的安全值，当压力降至回座压力时，可自动关闭阻止介质继续流出。一、安全阀的分类1.按现行国家标准《安全阀一般要求》GB/T12241-2005分类1.1直接载荷式一种仅靠直接的机械加载装置如重锤、杠杆加重锤或弹簧来克服由阀瓣下介质压力所产生作用力的安全阀。1.2带动力辅助装置式借助一个动力辅助装置，这种安全阀可以在压力低于正常整定压力时开启。1.3带补充载荷式该安全阀在其进口压力达到整定压力前始终保持有一个用于增强密封的附加力，该附加力（补充载荷）可由外部能源提供，而在安全阀进口压力达到整定压力时应可靠地释放。1.4先导式一种依靠从导阀排出介质来驱动或控制的安全阀，该导阀本身应符合直接载荷式安全阀标准要求。2.按阀瓣开启高度分类2.1全启式，h≥1/4d02.2微启式，1/4d0>h≥1/40d0h为开启高度，d0为喷嘴面积。3.按结构分类3.1封闭弹簧式和不封闭弹簧式封闭弹簧式是指安全阀弹簧罩是封闭的，弹簧不与大气接触，不封闭弹簧式则反之。3.2带扳手和不带扳手扳手的作用主要是检查阀瓣的灵活程度，有时也可用作紧急泄压用。3.3带散热片和不带散热片介质温度较高的场合，为降低弹簧腔室温度，可采用带散热片式。一般当排放介质温度超过300℃时，宜选用带散热片式安全阀。3.4有波纹管和没有波纹管一般安全阀都没有波纹管。有波纹管结构的安全阀称为平衡型安全阀，适用于介质腐蚀性较严重或背压波动较大的情况。二、安全阀的设置在不正常情况下，可能超压的以下设备和管道系统应设置安全阀：1.顶部最高操作压力大于或等于0.1MPa的压力容器应设安全阀。2.顶部最高操作压力大于0.03MPa的蒸馏塔、蒸发塔和汽提塔（汽提塔顶蒸汽通入另一蒸馏塔者除外），应设安全阀。3.在往复式压缩机各段出口或电动往复泵、齿轮泵或螺杆泵等容积泵的出口管道上（如设备本身已有安全阀者除外），应设安全阀。4.凡与鼓风机、离心式压缩机、离心泵或蒸汽往复泵出口连接的设备不能承受其最高压力时，上述机泵的出口管道需设安全阀。5.可燃气体或液体受热膨胀，可能超出设计压力的设备或管道应设安全阀。6.顶部最高操作压力为0.03～0.1MPa的设备应根据工艺要求设置安全阀。三、安全阀的选用安全阀的选用应根据压力容器及管道系统的操作条件、介质特性、载荷特点安全泄放量、背压力以及密闭性等因素综合考虑。1.安全阀适用于清洁、无颗粒和低粘度的流体。2.在石油化工生产装置中，一般只选用弹簧式或先导式安全阀。[1]3.一般可燃、易爆或有毒介质应选用封闭弹簧式安全阀，并将泄放介质引至安全地点；蒸汽或压缩空气等可选用不封闭弹簧式安全阀。4.排放不可压缩流体（如水和油等液体）时，宜选用微启式安全阀，也可选用全启式安全阀；排放可压缩流体（如蒸汽和其他气体）时，应选用全启式安全阀。5.当介质具有腐蚀性、易结垢、易结焦，会影响安全阀弹簧的正常工作时，可选用平衡波纹管式安全阀。[1]但平衡波纹管式安全阀不适用于酚、蜡液、重石油馏分、含焦粉等介质上以及往复压缩机场所，因为在这些情况下，波纹管有可能被污染或被损坏。[2]6.排放水蒸汽或空气时，可选用带扳手的安全阀。当介质压力达到指定压力的75%以上时，能利用扳手将阀瓣提升。[3]7.考虑背压力时，对于弹簧式安全阀，背压不超过整定压力的10%时，选用普通型弹簧安全阀；背压大于整定压力的10%而小于30%时，选用平衡波纹管式安全阀；背压大于整定压力的30%而小于60%时，选用先导式安全阀。[2]8.对于要求安全阀的密封性能特别好的场合，可选用先导式安全阀。另外，大口径、大排量及高压系统可选用先导式安全阀。四、安全阀的安装及配管要求1.安装要求1.1安全阀应直立安装，并尽量靠近被保护的设备或管道。如不能靠近布置，则从被保护的设备或管道到安全阀入口的管道总压降，不应超过安全阀定压值的3%。1.2安全阀应安装在压力比较稳定，且应距振动源有一定距离的地方。这是因为安全阀设置位置应尽量减小压力波动的影响，安全阀跟振动源之间的距离可以参考API520以及HG/T50549.5的相关规定。[4，5]1.3安全阀宜安装在流体流态较稳定的管段部位，不应安装在较长的水平管道的死端，以免积聚固体物或液体。1.4安全阀应安装在易于检修和调节处，宜设置检修平台，周围要有足够的操作空间。布置重量大的安全阀时要考虑安全阀拆卸后吊装的可能，必要时应设吊杆。2.配管一般要求2.1安全阀的入口和出口配管不宜出现袋形，尤其气体安全阀入口管不应有下凹的袋形。2.2当安全阀入口和出口管道上设有切断阀时，应铅封开或锁开；当切断阀为闸阀时，阀杆应水平安装。当安全阀设有旁路阀时，该阀应铅封关或锁关。2.3当几个安全阀并联操作时，入口和出口总管的截面积不应小于各支管截面积之和。3.安全阀入口配管3.1安全阀入口配管应尽量短，并尽量靠近被保护的设备或管道。如因条件有限，安装位置较远时，自被保护的设备或管道到安全阀入口法兰间最大压力损失不超过安全阀定压值的3%，该压力损失按通过安全阀的最大流量计算得出，包括入口压力损失、管道阻力和切断阀阻力之和[2]。如压力损失超过安全阀定压值的3%，可适当加大安全阀入口管径来减少入口阻力降。3.2安全阀入口管道应采用长半径弯头。3.3安全阀入口管道的管径必须大于或等于安全阀入口口径，其连接大小头尽量设在靠近安全阀的入口处。3.4保护全充满液体的设备所用的安全阀，要安装在设备的顶部或顶部出口管道上。3.5安全阀入口管道应尽量避免袋形，如不能避免，则对于易凝介质，在袋形弯低点有连续流动的排液管接至同一压力系统，若凝液易结晶或凝固，则此排液管要伴热；对于不凝介质，在袋形弯的低点设置易于接近的放净阀。3.6安全阀排放时震动较大，在安全阀入口管与主管连接处必要时可采取拉筋加强，见图1。4.安全阀出口配管4.1安全阀出口管道应尽量短，出口管道的设计应考虑背压不超过安全阀定压的一定值。安全阀的背压为阀开启前阀出口处存在的压力与阀开启后介质流动所产生的流动阻力之和。各形式安全阀背压要求见前文三.（7）条，具体数值可查阅制造厂家资料，由工艺计算决定。4.2安全阀出口管道的管径必须大于或等于安全阀出口口径，其连接大小头尽量设在靠近安全阀的出口处。4.3允许向大气排放时安全阀出口管道配管应注意以下几点：4.3.1安全阀出口介质允许向大气排放时，排放管口不得朝向邻近设备、平台或有人通过的地方。4.3.2可燃气体、操作压力大于4.0MPa蒸汽管道的排放管口的高度应高出以安全阀为中心，半径为8m的范围内的操作平台或建筑物顶3m以上。4.3.3操作压力为0.6～4.0MPa蒸汽管道的排放管口的高度宜高出以安全阀为中心，半径为4m范围内的操作平台或建筑物顶3m以上。4.3.4操作压力小于0.6MPa蒸汽及其他非可燃介质管道排放管口的高度宜高出邻近操作平台或建筑物顶2.2m以上。4.3.5工业用水管道上安全阀的放空管口宜就地朝下排放。f.直接向上排至大气的安全阀出口管道，应在该管下端弯头附近开一个φ6～φ10mm的排液孔；对于蒸汽管道上的排液孔应接上小管道引至安全位置。4.3.6安全阀出口管道的布置，应考虑由于泄压排放引起的反作用力，并合理设置支架，必要时支架所在的平台需要考虑加固。4.4排入密闭系统时安全阀出口管道配管应注意以下几点：4.4.1石油化工装置大多数安全阀出口管都是接至火炬总管，应避免袋形，公称直径等于或大于50mm的安全阀出口管道排入密闭系统时，应顺介质流向45o斜接在排放总管的顶部，以免总管内的凝液倒流入支管，并可减少安全阀背压。4.4.2对于有可能用蒸汽吹扫的泄放管道，应考虑蒸汽吹扫产生的热膨胀，在管道适当位置采取自然补偿。4.4.3当排入放空总管或去火炬总管的介质带有凝液或可冷凝气体时，安全阀的出口应高于总管。若受条件限制，安全阀出口只能低于火炬总管或出口管需要抬高接入总管时，应在低点易于接近处设置排液阀，以免袋形管段积液。在寒冷地区，袋形管段可以采取蒸汽伴热防冻，蒸汽伴热可以使袋形管内的凝液汽化，避免积液。如果是易燃易爆或有毒介质凝液，排液阀后管线应接至安全处。图2是某PX装置吸附分离火炬气低点排液示意图，因为含芳烃，低点排液加了分液包采取密闭排放。4.5对于有些塔径较大，塔顶安全阀有多路的，安全阀出口各支路汇集处宜顺介质流向45°斜接到主管，如图3。4.6对于有些塔径较小，塔高较高，塔顶安全阀有多路的，可以将几个安全阀分层放置在塔顶平台以下的几层平台上，这样也便于安全阀检修吊装。4.7对于有些塔径较小，塔高不是很高，安全阀出口阀门可以放在顶平台下一层布置，便于操作，见图4。五、结语安全阀是石油化工装置常用的安全泄压装置，关系到装置的安全运行，因此要重视安全阀的选型、安装设计，避免设计不当造成安全事故。本文结合安全阀的分类、设置、安装要求、配管设计、安装实例等方面，供设计同行参考交流。参考文献[1]中国石化集团公司安全阀设置规定[J].安全健康和环境，2001，1（5）：5-8.[2]张德江，王怀义，刘绍叶.石油化工装置工艺管道安装设计手册第一篇设计与计算[M].北京：中国石化出版社，2009.[3]GB/T12243-2005弹簧直接载荷式安全阀[S].[4]API520Sizing，SelectionandInstallationofPressure-RelievingDevicesInRefineries[S].[5]HG/T50549.5化工装置管道布置设计技术规定[S].',)