淺談化工項目中安全閥的設(shè)置及應(yīng)用

余文(四川省醫(yī)藥設(shè)計院有限公司，四川 成都 610000)

淺談化工項目中安全閥的設(shè)置及應(yīng)用

余文(四川省醫(yī)藥設(shè)計院有限公司，四川 成都 610000)

作為重要的安全保障措施，安全閥在化工裝置中的應(yīng)用已相當(dāng)普遍。但是在近些年的安全事故中，也有不少是由于安全閥故障及設(shè)置不當(dāng)造成的。由于設(shè)備超壓原因復(fù)雜，給安全閥的選型造成一定困難。本文從選用安全閥的影響因素、安全閥泄放量計算及工程實例說明等方面闡述化工裝置中安全閥的正確設(shè)置，希望對化工從業(yè)人員一定的參考意義。

安全閥;泄放量;火災(zāi)工況

安全閥的合理設(shè)置需要綜合設(shè)計、制造、檢驗、安裝、使用、校驗和維修等多方面因素，是制造商、設(shè)計者、使用者、監(jiān)管機構(gòu)共同參與才能完成的。對于工程設(shè)計人員來說，如何正確的計算和選用安全閥，在化工裝置中對于防止設(shè)備管道超壓、預(yù)防安全事故是極其重要的。

1 選用安全閥的影響因素[1]

（1）安全閥的形式

目前化工裝置中的安全閥主要按國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 12241）、閥瓣開啟高度、結(jié)構(gòu)、平衡內(nèi)壓的方式等條件進(jìn)行分類。通過合理的分類，以細(xì)化安全閥的類型，從而使用者才可以根據(jù)不同的使用條件進(jìn)行安全閥類型的初步選擇。

（2）工藝系統(tǒng)

安全閥的設(shè)置首先應(yīng)滿足化工裝置的工藝系統(tǒng)要求。通常工藝對安全閥的要求主要體現(xiàn)在壓力、輸送介質(zhì)和泄放量三個方面。

（3）附屬管線

安全閥所屬管線，尤其是進(jìn)出口管道布置和支吊架選型對安全閥是否能夠正常運行起到非常重要的作用。一般情況下，需要結(jié)合安全閥的實際安裝條件，進(jìn)行管道應(yīng)力計算，通過改變管道走向和設(shè)置合理的管道支吊架，以確保安全閥在各個工況下運行時的應(yīng)力得以消除，避免局部應(yīng)力對被保護(hù)的設(shè)備和管道造成振動或損壞。

2 安全閥的泄放量計算[2][3]

在安全閥的計算選型中，應(yīng)首先確定安全閥的泄放量。造成設(shè)備超壓的原因一般分為三大類：一是操作故障；二是動力故障；三是火災(zāi)。安全閥的最大泄放量是指能夠排放任何一個單獨原因而引起的超壓。在確定泄放量時應(yīng)考慮有可能發(fā)生的不同事故工況下的泄放量并取最大值。不同事故工況下的超壓原因復(fù)雜，具體有：操作人員影響、閥門誤關(guān)閉、冷卻或回流發(fā)生故障、、控制閥故障、電力故障、不凝性氣體積聚、過度熱量輸入、換熱器管破裂、外部火災(zāi)等。本文著重介紹外部火災(zāi)工況下盛裝液化氣體容器的安全泄放量。其他事故工況下的泄放量按照相關(guān)規(guī)范取值即可。

（1）介質(zhì)為易爆液化氣體或位于有可能發(fā)生火災(zāi)環(huán)境下工作的非易爆液化氣體的容器，分有、無絕熱保溫層情況：

A）無絕熱保溫層時，安全泄放量按式（2.1）計算：

B）有完整的絕熱保溫層時（例如在火災(zāi)條件下，保溫層不被破壞），安全泄放量按式（2.2）計算：

（2.2）

（2）介質(zhì)為非易爆液化氣體的容器，置于無火災(zāi)危險的環(huán)境下工作時，安全泄放量可根據(jù)有、無絕熱保溫層，分別參照式（2.1）或式（2.2）計算，取值不低于計算值的30%。

在式（2.1）及式（2.2）中，W為安全泄放量（kg/h），t為泄放溫度（℃），λ為保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)（KJ/（m·h·℃）），d0為保溫材料厚度（m），Hl為泄放條件下的氣化熱（KJ/kg），F(xiàn)為容器外壁校正系數(shù)，A為潤濕面積（m2）。

其中，容器外壁校正系數(shù)F根據(jù)以下情況取值：

A）容器置于地面上：F=1.0

B）容器置于地面下用砂土覆蓋：F=0.3

C）容器頂部設(shè)有大于10L/(m2·min)的水噴漆裝置時：F=0.6

其中，潤濕面積A根據(jù)以下情況取值：

A）臥式容器半球形封頭：A=3.14D0L

B）臥式容器橢圓形封頭：A=3.14D0（L+0.3×D0）

C）立式容器：A=3.14D0h1

D）球形容器：A=1.57D02或從地面起到7.5m高度以下所包括的外表面積，取兩者中較大值。

以上各式中，D0為容器外直徑（m），L為容器總長度（m），h1為容器最高液位（m）。

3 火災(zāi)工況下泄放量計算實例

以下以國內(nèi)某工程的氯硅烷精餾塔塔頂安全閥為例說明火災(zāi)工況下的泄放量計算。條件如下：該精餾塔外形尺寸：φ 2200×43760，裙座高度6.2m，塔身保溫材料為硅酸鋁鎂質(zhì)卷氈，導(dǎo)熱系數(shù)為0.1548 KJ/（m·h·℃），保溫厚度70mm。安全閥設(shè)定壓力0.6MP。塔頂物料質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為SiHCl3：93.8%；SiCl4：0.3%；SiH2Cl2：5.9%。通過相關(guān)流程模擬軟件計算得出泄放溫度為103.6℃，泄放條件下的汽化熱為155.8KJ/kg。

此工況屬于有完整保溫層的易燃液化氣體容器，應(yīng)按式（2.2）進(jìn)行計算。首先計算潤濕面積，取離地面高度7.5米以下的潤濕面積為計算面積。2

由此可知，此精餾塔在火災(zāi)工況下的安全閥泄放量為122.4kg/h。此處需要說明的是，安全閥的最終泄放量選擇及安全閥選型還需考慮其他工況，并作出比較才能確定。

4 結(jié)語

安全閥在化工裝置中起著安全保障的重要作用，其計算、選型也至關(guān)重要。本文著重闡述了安全閥選型的影響因素，對火災(zāi)工況下的盛裝液化氣體容器的安全閥泄放量進(jìn)行了詳細(xì)分析，并列舉了工程實例。

[1]李曉亮,化工裝置中安全閥工藝設(shè)計及附屬管道應(yīng)力分析[D],2014.

[2]安全閥的設(shè)置和選用.HG/T 20570.2-95.

[3]壓力容器.GB150-2011.

余文（1983-），男，漢族，籍貫：湖北省仙桃市，職稱：中級工程師，研究方向：化工設(shè)計。