安全閥校驗用空氣緩沖罐施工圖的討論

李崇勇 王 伯 張 光

(中國石油遼陽石油化纖公司機械檢修部 遼陽 111003)

安全閥校驗用空氣緩沖罐施工圖的討論

李崇勇 王 伯 張 光

(中國石油遼陽石油化纖公司機械檢修部 遼陽 111003)

安全閥校驗時空氣緩沖罐通常當作氣瓶使用。結合一例高壓空氣緩沖罐施工圖，從制造的工藝審圖角度對緩沖罐的設計參數、設計準則及安全附件的符合性進行了分析討論，認為安全閥校驗用空氣緩沖罐的建造應考慮對疲勞失效風險的控制。建議安全閥校驗用空氣緩沖罐施工圖完善設計參數、管口接頭、設計準則及技術要求，以保證安全閥校驗時緩沖罐的本質安全，供安全閥校驗應用緩沖罐建造與使用等相關各方參考。

緩沖罐 設計準則 安全附件

某機修廠在制造高壓容器的同時修理閥門。該廠的閥門維修車間采用小型壓縮機和緩沖罐為校驗安全閥提供高壓空氣。由于沒有高壓容器設計資質，由廠設計科對安全閥校驗用壓縮空氣緩沖罐（簡稱緩沖罐）進行委托設計。緩沖罐施工圖設計文件于今年3月完成，由該廠自行制造。廠技術科在制造過程施工圖工藝性審圖時，發現幾個影響緩沖罐本質安全的不符合問題，經與閥門維修車間核實緩沖罐使用過程并得到確認后，將此問題及建議反饋給設計單位。設計單位修改設計文件后，該廠于9月完成了緩沖罐的制造。現對緩沖罐原設計的不符合問題進行討論，以供安全閥校驗用緩沖罐建造與使用等相關各方參考。這是一臺安裝在室內的兩鞍座臥式容器（由兩件封頭與圓筒組焊而成），罐體圓筒選用φ219×22mm的GB/T 6479中16Mn鋼管，封頭則是內表面為球面而外表面為平蓋形的16MnⅣ鍛件。施工圖要求緩沖罐按TSG R0004—2009、GB 150、NB/T 47042、HG/T 20584建造，為Ⅲ類高壓容器，技術特性見表1。

表1 技術特性

1 設計參數

設計壓力與設計溫度是壓力容器的重要設計參數，兩者一起作為設計載荷條件，前者決定容器受壓元件的計算應力水平，而后者則決定容器受壓元件材料的設計應力強度和沖擊韌性。設計壓力與設計溫度的確定關系容器的安全性與經濟性的協調統一，而合理確定則需要根據設計條件按規程標準規定的原則進行。

對于設計壓力，緩沖罐施工圖中注明：安全泄放裝置在管道中考慮。按TSG R0004—2009中8.2（4）規定[1]：壓力容器工作壓力低于壓力源壓力時，在通向壓力容器進口的管道上應當裝設減壓閥，如因介質條件減壓閥無法保證可靠工作時，可用調節閥代替減壓閥，在減壓閥或者調節閥的低壓側，應當裝設安全閥和壓力表。若減壓閥的最高壓力調定為緩沖罐的工作壓力26MPa（忽略管道壓降損失），而當緩沖罐設計壓力為29MPa時，按GB 150.1附錄B確定安全閥的整定壓力[2]：緩沖罐的超壓限度（Δp）應不大于設計壓力的10%或20kPa中的較大值，即Δp ≤ 2.9 MPa；安全閥整定壓力偏差（δ）不應超過±3%pz或±0.015MPa的較大值。

1）取pz= 1.05pw，pw= 26MPa，則pz=27.3MPa，考慮δ = ± 0.819MPa，pz= 26.48～28.12MPa。

根據安全閥相關壓力與整定壓力之間的關系[3]，并考慮整定壓力偏差（δ）得出：

ph≥0.85pz（22.51～23.90MPa），最小ph的上限值＜pw。

pt= 0.9pz（23.83～25.31MPa），pt的上限值＜pw。

pf≤1.10pz（29.13～30.93MPa），最大pf的上限值＜p+Δp（31.9MPa）。

可見，當pz= 27.3MPa時，盡管安全閥的最大pf的上限值滿足容器的超壓限度要求能夠安全泄放，但由于pt的上限值＜pw，安全閥的密封性能達不到要求。

2）取pz= 1.1pw，pw= 26MPa，則pz= 28.6MPa，考慮δ = ± 0.858MPa，pz= 27.74～29.46MPa。

根據安全閥相關壓力與整定壓力之間的關系[3]，并考慮整定壓力偏差（δ）得出：

ph≥0.85pz（23.58～25.04MPa），最小ph的上限值＜pw。

pt= 0.9pz（24.97～26.51MPa），pt的下限值＜pw。

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pf≤1.10pz（30.51～32.41MPa），最大pf的上限值＞p +Δp（31.9MPa）。

可見，當pz= 28.6MPa時，安全閥的最大pf的上限值大于容器的超壓限度，并且pt的下限值＜pw，密封仍然達不到要求。

由上分析表明，按GB 150.1附錄B確定的安全閥整定壓力滿足不了安全閥的密封性能要求。緩沖罐應根據安全閥的整定壓力合理確定設計壓力，具體可參考文獻[3]。

文中符號：

pw──緩沖罐工作壓力，MPa；

p ──緩沖罐設計壓力，MPa；

pz──安全閥整定壓力，MPa；

pf──安全閥排放壓力，MPa；

ph──安全閥回座壓力，MPa；

pt──安全閥密封試驗壓力，MPa；

δ──安全閥整定壓力偏差，MPa；

Δp──緩沖罐超壓限度，MPa。

2 設計準則

鑒于閥門維修車間每月的檢修校驗安全閥工作量不確定，時而多時而少，旺季在裝置大檢修時往往為大批量（如今年公司大檢修時，2個月維修校驗安全閥的數量達2300多臺），且校驗的整定壓力各不相同，或舊閥檢修校驗或新閥使用前的整定壓力標定，而淡季則僅僅幾臺閥甚至可能一臺閥都沒有。實際上閥門校驗時，緩沖罐相當于氣瓶使用，即根據所需校驗的閥門壓力與數量，將緩沖罐充至一定工作壓力（≤26MPa），然后關閉壓縮機和進口閥。校驗閥門時打開緩沖罐的出口閥，隨著閥門校驗的進行，緩沖罐內空氣量在逐漸減少，壓力也隨之降低，可能到完成閥門校驗時緩沖罐的工作壓力降為0或尚有余壓，若有余壓待下次校驗時或繼續使用或需要再補充一定壓力后使用，若后期不再校驗閥門，可能將緩沖罐余壓放空為0。總之，緩沖罐在使用時存在這樣的壓力循環：0→≤26MPa→0或0→≤26MPa→余壓→2次充壓→余壓或0。

若每周檢修校驗閥門時緩沖罐按上面壓力循環2次計算，則一年52周壓力循環次數累計為104次。由此可見，在緩沖罐設計使用年限10年內，檢修校驗閥門時緩沖罐累計壓力循環為1040次，已超過1000 次[4]。所以，緩沖罐應按JB 4732—1995中附錄C進行疲勞失效的分析設計。

對于疲勞失效，容器建造的要點是控制峰值應力，而容器設計要解決的問題是盡可能降低由于局部應力集中如結構或材料和制造缺陷（尤其是焊接缺陷）等的不連續引起的峰值應力，這比提高鋼材的沖擊韌性（或降低沖擊試驗溫度）對疲勞容器的本質安全更為有效。

3 管口接頭

緩沖罐施工圖的管口只開設了3個管接頭（螺紋連接），即空氣進、出口與排污口。盡管“安全泄放裝置在管道中考慮”，但是緩沖罐也應裝設壓力表，以指示緩沖罐在充壓時或使用過程降壓時的罐內壓力，便于閥門校驗時的安全操作。所以，緩沖罐管口中應增設壓力表接頭。

4 結束語

在安全閥檢修校驗時，緩沖罐通常相當于氣瓶，在使用過程中存在這樣壓力循環：0→≤26MPa→余壓→2次充壓→余壓或0。為保證緩沖罐的本質安全，建議施工圖設計應做如下完善：

1）應考慮疲勞失效的可能性，按JB 4732—1995中附錄C進行疲勞失效的分析設計，并提出相應技術要求，給出緩沖罐充壓使用時對壓力循環次數限制的說明；

2）為安全閥校驗時方便并安全使用，緩沖罐應增設壓力表管口接頭。

[1] TSG R0004—2009 固定式壓力容器安全技術監察規程及釋義[S]．

[2] GB 150—2011 壓力容器及釋義[S]．

[3]李崇勇，張雅新，張光．液化石油氣儲罐安全閥整定壓力確定的討論[J]．中國特種設備安全，2015，31(9)：27-30．

[4] JB 4732—1995 鋼制壓力容器—分析設計標準(2005年確認)[S]．

Discussion on the Construction Drawing of Air Buffer Tank for the Safety Valves Verification

Li Chongyong Wang Bo Zhang Guang
(Petrochina Liaoyang Petrochemical Fibre Company Machinery Maintenance Department Liaoyang 111003)

The air buffer tank is often used as gas cylinders for the safety valves verification. Take a construction drawing of high pressure air buffer tank for instance, the design parameter, design criteria and conformity of safety accessories have been analyzed and discussed form drawing audit of manufacturing procedures, it is considered that the fatigue failure risk should be considered and controlled in air buffer tank construction for the safety valves verification. It is suggested to perfect the design parameter, nozzle joint, design criteria and requirements in drawing, which could ensure the essential safety and provide reference for the construction, use and other units of air buffer tank for the safety valves verification.

Buffer tank Design criteria Safety accessories

X924

B

1673-257X(2017)04-0040-02

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.04.008

李崇勇(1982～)，男，本科，工程師，從事壓力容器建造工作。

2016-09-02）