安全閥排放管的設置要求探討

薛紅偉

（西安特種設備檢驗檢測院 西安 710065）

鍋爐、壓力容器和壓力管道等承壓類特種設備的安全閥是一種對人身安全和設備運行起重要超壓保護作用的自動泄放閥。它是承壓類特種設備的最后一道安全保障，具有至關重要的作用和地位。

安全閥排放管是安全閥啟跳后用于排放和導引泄放介質流向安全地點的通道，是安全閥裝置中一個關鍵的結構，由于其處于安全閥末端位置，不承壓，往往被大家所忽視。認為反正是一個敞口的，內部不承壓、沒必要有太高要求，只要把泄放介質排到安全地點就可以了；相關的安全技術規(guī)范，如TSG G0001—2012《鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》、TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》、TSG D0001—2009《壓力管道安全技術監(jiān)察規(guī)程—工業(yè)管道》以及TSG ZF001—2006《安全閥安全技術監(jiān)察規(guī)程》等對安全閥的排放管要求不一，有的甚至沒有規(guī)定。即使有規(guī)定的也比較原則，如TSG G0001—2012《鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定“蒸汽鍋爐安全閥的排汽管應當直通安全地點，并且有足夠的流通截面積”等。

但由于安全閥排放管的材料、結構、質量、安裝偏差、固定方式等原因引起的事故屢見報道，有幾起事故安全閥的排放管問題甚至是事故的主要原因[1]。這引起業(yè)界對排放管的注意和關注，有必要對其進行探討和要求。

1 排放管設置不合理現(xiàn)象及分析

1）排放管規(guī)格小于安全閥的出口直徑。

針對這個要求相關特種設備的安全技術規(guī)范的規(guī)定種類也較多，易引起大家的多重理解，也是爭議較大的地方，有與安全閥進口相比較的，也有與安全閥出口直徑相比較的。但從安全角度出發(fā)，應當規(guī)定“排放管的內徑不小于安全閥的出口內徑”。

安全閥出口尺寸規(guī)格因安全閥的種類和排放的介質而異，針對一般排放液態(tài)介質的微啟式安全閥，安全閥出口與進口等徑；而對排放壓縮比比較大的氣態(tài)介質的全啟式安全閥，在安全閥啟跳時，氣體的體積會增大到幾倍至幾百倍，出口一般要比進口大一個規(guī)格等級。因此，在設置時，不按安全閥的出口接管規(guī)格，認為只要排放管規(guī)格不小于安全閥與承壓設備相連接的進口連接尺寸，將排放管的流通截面積隨意縮小的做法是錯誤的，如圖1、圖2所示。

圖1 排放管在安全閥出口處變徑

圖2 排放管在垂直段變徑

TSG ZF001—2006《安全閥安全技術監(jiān)察規(guī)程》對安全閥的排放管要求為“安全閥的出口管道直徑不小于安全閥的出口直徑”。直徑（一般指外徑）雖然相同，但會因管道壁厚的差異而造成實際的排放管道的截面積小于安全閥出口截面積。因此，規(guī)定“排放管的內徑不小于安全閥的出口內徑”是合理的，且不易引起誤解或多重理解。

2）排放管的焊縫質量無要求。

根據(jù)多起事故安全閥排放管的破壞結果統(tǒng)計，排放管的失效大多是從排放管道的對接環(huán)焊縫處或焊縫中的未焊透處、氣孔夾渣處開裂的。

安全閥開啟時，排放介質會在安全閥連接處、出口處及排放管內等處產(chǎn)生很大的反作用力，在排放管的彎頭、變徑等處產(chǎn)生剪應力及彎曲應力，在管道的薄弱處如焊縫處產(chǎn)生開裂甚至斷裂破壞，如圖3中的A、B部位。根據(jù)HG/T 20570.2—1995《工藝系統(tǒng)工程設計技術規(guī)定——安全閥的設置和選用》標準，安全閥在開啟時介質產(chǎn)生的反作用力按式（1）進行計算：式中：

FR——安全閥的排放反作用力，N；

W——安全閥排放量，kg/h；

k——氣體的絕熱系數(shù)；

T——排放氣體的溫度，K；

M——排放氣體的分子量；

A0——安全閥排放管截面積，mm2；

p2——排放管出口靜壓力，MPa。

根據(jù)該標準和式（1）對1992年06月發(fā)生的一起因排放管引起的事故安全閥參數(shù)（安全閥喉徑15mm，整定壓力16MPa）進行計算，在圖3中A處焊縫部位的應力達444MPa[1]，這個應力一般碳素鋼管或劣質鋼管是無法滿足的。

圖3 泄放介質作用在排放管的焊縫部位示意圖

因此，應要求排放管焊縫的質量無影響強度的缺陷，接頭力學性能不低于兩側相連接母材的性能。

3）排放管使用非標準材料。

排放管在安全閥開啟后要承受較大的反作用力，如果強度不足，必然會引起排放管變形甚至斷裂。在排放管設計時，一定要按設計標準對其進行強度校核；在安裝時，一定要按設計要求選用符合管材標準的材料和規(guī)格，切不可為節(jié)省成本用非標準材料或低強度材料替代。

4）排放管與安全閥出口法蘭不同軸。

因安裝誤差、材料規(guī)格、材料尺寸偏差等原因導致的排放管與安全閥出口法蘭（或絲接口）不同軸，或同軸度偏差較大，在介質排放時的反作用力作用下，同樣會在安全閥連接處、安全閥出口處及排放管上出現(xiàn)彎曲應力引發(fā)事故。

5）疏水閥關閉或疏水管堵塞。

TSG G0001—2012《鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》第6.1.13條規(guī)定，“安全閥排汽管底部應當裝有接到安全地點的疏水管，在疏水管上不應當裝設閥門。”

對有冷凝水（液）產(chǎn)生的場合，在排放管上應當安裝有疏水管，疏水管上不應裝設閥門。但實際情況是好多疏水管上都裝設了疏水閥，這樣疏水閥誤關閉和疏水管堵塞等會造成冷凝水（液）對安全閥、排放管等的腐蝕，引起安全閥的失效和排放管的腐蝕破壞，也導致了多起事故的發(fā)生。

6）排放管不固定。

安全閥排放管無支架、管卡或吊架固定，這也是在特種設備檢驗時經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的一種普遍現(xiàn)象。

排放管不固定，一方面會在安全閥啟跳時介質高速度流出引起排放管的顫動或擺動；另一方面會由于泄放介質引起的反力作用到安全閥、管口及排放管上，導致事故發(fā)生。如圖4所示。

如果在安全閥裝置設計和安裝過程中，設置如圖5所示的管架和固定裝置，泄放介質的反力作用到管架上，從而改善了安全閥裝置的受力狀況，避免在關鍵部位承受較大的力和力矩，防止事故的發(fā)生。

7）排放管結構要盡量避免曲折和急轉彎。

排放管結構復雜、曲折多、有急轉彎等現(xiàn)象時，會引起介質泄放時阻力的增加。一方面形成較大的背壓力，影響安全閥的正常啟跳；另一方面，同樣會形成反力作用在各連接部位。

2 結束語

圖4 兩種設置不合理安全閥排放管示意圖

圖5 安全閥排放管支架固定示意圖

安全閥是承壓類特種設備安全的最后一道防線，看似簡單，但關系到特種設備的安全運行，一定要保證安全閥裝置的正確設置。排放管處于安全閥裝置的末端，加之相關的安全技術規(guī)范和產(chǎn)品標準對排放管的規(guī)定很少，或沒有或語焉不詳，因此易被大家忽視。但因安全閥開啟時，介質泄放引起的反作用力對排放管的材料性能、結構、焊縫質量、安裝偏差等提出了較高的要求。在承壓設備安全閥裝置設計、安裝、檢驗時，注意以下幾方面內容：

1）排放管的內徑不應小于安全閥的出口內徑；

2）排放管的焊接和焊縫質量應按相連接的特種設備作相同要求；

3）排放管的材料滿足強度要求，禁止使用非標準材料代替；

4）排放管安裝時，要保證其與安全閥出口同軸度；

5）排放管上安裝的疏水管保證暢通，一般不應安裝疏水閥；

6）排放管要用相應的管架、管卡等進行固定；

7）排放管應盡可能短，結構上要盡量避免曲折和急轉彎。

建議在特種設備安全技術規(guī)范和相關標準中增加相應的內容，以引起大家足夠的重視，以保證特種設備的安全運行。

[1] 賈文濤．安全閥排放管引起的事故[J]．中國鍋爐壓力容器安全，1992，8(06)：35-36.

[2] 秧未．一起安全閥排放管爆管事故的原因分析及預防[J]．安全健康及環(huán)境，2004，4(10)：6-7.

[3] 譚永新，王金玉，楊明．安全閥反力計算及出口管道設計淺析[J]．氮肥技術，2011，32(03)：1-3.

[4] HG/T 20570.2—1995 工藝系統(tǒng)工程設計技術規(guī)定——安全閥的設置和選用[S].