化工裝置中安全閥工藝設計及附屬管道應力探析

李芝榮

（中國瑞林工程技術有限公司杭州分公司 浙江杭州 310000）

化工裝置中安全閥工藝設計及附屬管道應力探析

李芝榮

（中國瑞林工程技術有限公司杭州分公司 浙江杭州 310000）

隨著社會經濟的不斷發展，化工行業也在快速發展中。化工行業的發展離不開化工裝置的使用，而在化工裝置中，安全閥的工藝設計尤為重要。不同的化工裝置要求不同的安全閥工藝。此外，對于其附屬管道的應力計算與分析也是很重要的，要根據化工裝置的實際情況，通過對安全及其附屬管道應力的計算，采用科學、合理的設計工藝，充分了解管線的受力情況，從而保證化工裝置的正常運行，促進化工行業的健康發展。本文主要對化工裝置中安全閥工藝設計及附屬管道應力進行探索與分析。

化工裝置；安全閥工藝設計；安全閥附屬管道應力

前言

安全閥是現代工業中，化工裝置的重要組成部分，不僅關系著化工裝置的安全運行，更關系著化工行業工作人員的人身安全。[1]因此，不但要保證安全閥的質量，更要不斷提高其工藝技術，滿足工業發展的實際需要。在安全閥的工藝設計中，要嚴格遵循設計要求，科學、準確計算出出現事故時安全閥的安全起跳泄壓值，保證化工裝置在任何情況下的壓力值都不會超過國定的壓力值范圍。從而保證化工裝置正常運行，避免事故的發生，避免對工作人員造成生命安全威脅。此外，安全閥附屬管道的應力計算也是很重要的，要根據實際情況，正確選擇安全閥出入口的配管，科學計算安全閥的許用應力。保證其附屬管線的應力不會出現超載的情況，從而真正提高化工裝置的安全性。

1 化工裝置中安全閥工藝設計要求

1.1 安全閥壓力的要求

安全閥的壓力一般由定壓、積聚壓力和背壓三個方面組成。在安全閥的工藝設計中，要特別重視其壓力情況，因為它關系著安全閥的性能。對于安全閥的定壓來講，安全閥的工作壓力要小于或者等于容器灰管道的設計壓力。而安全閥保護的壓力容器所允許的最大極具壓力應該是設計壓力的10%，即使是在出現火災的情況下，也不能超過20%。總之，要保證安全閥的定壓、積聚壓力、背壓都在所規定的范圍之內，使安全閥正常的發揮其保護作用。

1.2 輸送介質要求

安全閥關系著化工裝置的安全性，由于化工裝置的不同，輸送介質也不相同，那么安全閥的選擇也不同。安全閥的輸送介質也有一定的要求：①當排放可壓縮流體時，要選擇全啟式安全閥，當排放不可壓縮流體時，要選擇微啟式安全閥。②當輸送介質具有腐蝕性或者容易形成污垢時，要選擇波紋管安全閥。③對于有害介質的輸送，要選擇先導式安全中的不流動式安全閥，而對于輸送介質較少的情況后，同樣要選擇先導式安全閥，但是是其中的流動式安全閥，總之，安全閥的選擇要根據輸送介質的不同特性進行選擇，這也是安全閥工藝設計中比較重要的一點。此外，安全閥的結構也是設計工藝中的一部分，通常情況，安全閥都要具有封閉式彈簧結構，但是，波紋管安全閥除外，因為，波紋管安全閥主要是用于排放空氣、水蒸氣和水的，還要考慮輸送介質的溫度，當超過規定的溫度要時，安全閥的彈簧式結構要具有散熱性功能。④對于水蒸氣和空氣這種輸送介質來說，安全閥一般都是帶扳手的。簡言之，安全閥的具體設計與選擇，要看具體的輸送介質是什么性質，有針對性的進行設計與選擇，才能保證化工裝置的正常運行。

1.3 排放量要求

在安全閥的工藝設計中，設計人員要根據化工裝置的具體需要計算出安全閥的計算流量和設計面積。[2]要考慮各種工況的特殊性，有針對性的設計其排放量。在化工行業中一般會發生的事故或者工況有：循環水故障，電力故事，換熱管破列等情況，外部情況如火災等也時有發生。通常在計算安全閥的排放量，都是按單一故障的最大排放量來計算。其一，冷凝器故障，主要是指冷凝器失去部分或者全部功能。如果冷凝器全部功能都失去，那么安全閥的排放量以正常溫度和組分下的正常進料蒸汽量為標準。如果失去部分功能，那么排放量按正常故障下進入的冷凝量和蒸汽量的差值來計算。例如：對于冷凝器出現故障的排放量計算，還要考慮到回流罐流量、冷凝器對塔負荷影響的強弱等情況，綜合各種相關因素，科學、合理的計算其排放量，保證設計的科學、合理。

1.4 安全閥的泄放能力要求

安全閥的泄放能力非常重要，這是設計工藝中重要內容之一。因此，在其工藝設計中，要根據安全閥的噴嘴喉等部位，根據閥芯的開啟高度，形成真實可靠地參考數據，從而計算出安全閥的泄放能力。

1.5 安全閥配管要求

安全閥的配管設計也是安全閥工藝設計的重要組成部分：①安全閥的出口和入口管道要具有一定的柔性。②管道上要設有切斷閥，閥桿方向要保持水平，切忌向上，避免滑板下滑使閥門關閉。③配管不能出現袋形管。這也是對安全閥配管的基本要求。

圖1 安全閥配管

2 安全閥附屬管道應力分析

2.1 安全閥的排氣形式

安全閥的排氣形式主要有開式排氣系統和閉式排氣系統。[3]當安全閥打開時，氣體直接排放到大氣中，或者直接排放到與安全閥不連接的放空管道里，這就是開式排氣系統。在這種排氣方式中，對安全閥出入口管線與放空管之間的距離要有一定的要求。對于閉式排氣系統來說，氣體主要是通過與安全閥相連接的排氣管道排放出去的。

表1 安全閥距波動源的最小距離

2.2 安全閥排氣管的反作用力

首先，針對開式排氣系統的反作用力進行分析，一般在穩定條件下，安全閥的反力有動量效應和壓力效應兩種。對于放空管來說，要根據具體情況計算出其所承受的壓力值，一般來講，放空管的支架能偶承受水平方向和垂直方向的合力，因此，放空管要避免出現反噴，要根據相應的計算公式進行合理的計算。此外，對于閉式排氣系統來講，在其出口的反作用力較大，管道其他部位所受的壓力比較均衡。但是在不穩定狀態下，管道會承受較大的沖擊力，因此，在設計時，要綜合考慮各種情況下，管道所能承受的最大壓力。避免安安全閥的附屬管道因為壓力過大而出現破裂。

2.3 背壓過大造成安全閥開啟壓力偏差，流量下降，不穩定性增加

背壓是指由排放系統中的壓力而在泄壓裝置出口處產生的壓力，分為附加背壓和排放背壓。背壓傾向于減小閥門開啟的提升力，還會使安全閥產生顫振和頻跳。在常規安全閥（非平衡彈簧承載式安全閥）使用中，附加背壓為恒值時，可降低彈簧載荷以補償附加背壓，這時，建議排放背壓不應超過允許的超壓，當允許的超壓為10%時，排放背壓不能超過整定壓力的10%。在安全閥出口管道配置時，首先根據工藝流程圖所給管徑、安全閥的形式和整定壓力以及最終管道走向布置，核算背壓是否符合規范要求。一般總背壓不大于10%整定壓力時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%整定壓力時選用平衡波紋式安全閥；當總背壓大于5%整定壓力時，可選用先導式安全閥。

2.4 排放管道中靜載荷以及排放時反作用力產生的入口應力

不正確的安全閥排放管道設計會產生應力并傳遞給安全閥及其入口管道。可通過正確的安裝和支撐方式、合適的管道撓度設置來消除應力對系統的破壞。安全閥的排放系統分為開式和閉式兩種，計算其應力分別采用不同的方法。

3 結論

綜上所述，安全閥的使用對化工裝置的安全運行具有重要作用，因此，在安全閥的設計過程中，要嚴格遵循設計要求，綜合考慮各種因素，同時，分析安全閥附屬管道的應力，最終科學、合理的完成安全閥的工藝設計，使化工裝置正常運行，促進化工行業的健康發展。

[1]李曉亮.化工裝置中安全閥工藝設計及附屬管道應力分析[D].大連理工大學，2014.

[2]王家幫，等.安全閥常見故障的分析與處理[J].化工設備與管道，2012（4）：24～27.

[3]李會英.淺析石油化工裝置安全閥進出口管道設計[J].中國化工貿易，2012（05）：84～85.

[4]高文英，李曉明，于濤.安全閥排氣管道反力計算方法分析[J].能源與節能，2011（04）：78～80.

TH134

A

1004-7344（2016）35-0214-02

2016-12-1

李芝榮（1985-），女，山西大同人，化工工程師，大學本科，專業方向為化學工藝。