氣化裝置氧氣管線安全閥的優化配置

馮光 孫彥澤

摘要：就氣化裝置高壓氧氣管線上安全閥的設置問題，是需要在氣化裝置內單獨設置全流量高壓氧氣放空安全閥還是僅在空分裝置界區內設置全流量高壓氧氣放空安全閥，本文通過上下游裝置統一考慮與熱力膨脹計算后，給出一個只需在氣化裝置界區內高壓氧氣管線上僅設置熱力膨脹型安全閥的解決方案，并且給出相關的安全閥計算方法。

關鍵詞：

高壓氧氣、安全閥、氣化裝置、空分裝置

1.工藝流程簡述

本文所描述的高壓氧氣（8.5MPaG）管線為空分裝置送出氧氣產品管線與氣化裝置直接相連的主管部分管道，包括空分裝置內的產品氧氣管線上的所有閥門儀表，同時也包含氣化裝置界區內的該高壓氧氣管線上的所有閥門儀表。

由于空分裝置界區內氧氣產品管線上的儀表閥門設置與氣化裝置界區內的氧氣產品管線上的設置基本一致，下面附圖所示的氧氣管線即可用在空分裝置界區內，亦可以用在氣化裝置界區內，僅示意一個裝置界區內部分，不再重復示意。

如圖所示，通常空分裝置界區內的氧氣產品管線包含流量計、流量控制閥與均壓閥組、放空閥、以及相應的溫壓補償等儀表，本文未示意溫度補償；氣化裝置界區內與該附圖的區別僅在于無均壓閥。

2.安全閥的設置

空分裝置界區內必須設置全流量的氧氣放空安全閥和氧氣泄壓排放閥（至消聲器），在下游裝置不開車的情況下，需要將氧氣減壓排放至消聲器，如果高壓氧氣系統超壓則由安全閥泄放，從而保證空分裝置的安全運行。

當空分裝置穩定運行后，下游氣化裝置可能出現與空分聯動不及時，高壓氧氣超壓，此時在氣化裝置界區內設置氧氣安全閥會起到保護作用，但該氣化裝置界區內的高壓氧氣安全閥如果按照空分裝置所供應氧氣全量放空設計的話，安全閥的造價將極其昂貴，通常單臺DN80的全蒙乃爾材質（CL900）高壓氧氣安全閥國產價格也至少在250萬元左右。

如果將下游氣化裝置的壓力/流量控制信號及時與上游空分裝置送出高壓氧氣產品管線上的相關控制信號聯動，則可以將高壓氧氣在上游空分裝置界區內放空，這樣可以節省至少一臺全流量排放的高壓氧氣安全閥，但前提條件是上下游的高壓氧氣管線的設計壓力必須保持一致，如果下游氧氣管線設計壓力降低，則必須設置針對下游管線的安全閥，但管線的設計壓力往往對高壓氧氣管線的投資影響并不大，因此，本文考慮取消或者減小氣化裝置界區內氧氣安全閥。

當上下游高壓氧氣管線設計壓力保持一致，正常生產時氧氣并不會超壓，只有當下游氣化裝置突然跳車或者跳車后上下游切斷閥關閉，將管道內的高壓氧氣隔離，當有輸入熱源時將導致氧氣管線升壓，而此時只需要考慮熱力膨脹引起的泄放量即可。

3.安全閥泄放量計算

由于該氧氣管線通常布置在無熱源的區域，因此只需按照GB 50160-2008所提供的太陽輻射強度0.79-1.04kW/m2來計算管道的熱量輸入即可，熱量輸入按照管道一半面積考慮即可，計算公式如下：

W=Q/（Cpv*dT）

dT=T1-Tn=（Pd/Pn）*Tn-Tn

W，kg/h，泄放量

Cpv，kJ/kg?K，熱容

dT，K，溫差

T1，K，泄放溫度

Tn，K，操作溫度

Q，KJ/h，熱量輸入

Pd，MPaA，泄放壓力

Pn，MPaA，操作壓力

以某個項目現場300米長DN300高壓氧氣管線（操作壓力8.5MPaG，設計壓力9.5MPaG）為例，如果按全量泄放高壓氧氣42000Nm3/h，安全閥尺寸為DN80（CL900）；如果按照熱力膨脹泄放計算，則需排放的氧氣量為2065Nm3/h，排放量僅為全量放空的5%，參照HG/T 20570-95《工藝系統工程設計技術規定》中關于安全閥的設置和選用，可以直接計算得到按熱力膨脹選用的安全閥尺寸僅為DN20，對于選用蒙乃爾材質的安全閥進出口管線與安全閥本身而言，減小管道和閥門尺寸都可以大大減少相關投資，如果該舉例項目僅采用DN20安全閥，即可減少相關投資200萬左右，并且不影響上下游裝置的安全，流程組織也更為合理。

4.結論

通過本文對連接上游空分裝置與下游氣化裝置氧氣管線的安全性分析與工況計算，可以得到如下結論：即，氣化裝置界區內的氧氣管線（高壓氧氣、或設計壓力一致的氧氣管線），只需要將控制信號傳輸至上游空分裝置，通過空分調節氧氣排放，氣化裝置界區內氧氣管線僅設置一臺熱力膨脹型安全閥即可滿足安全要求，無需再設置全流量泄放的氧氣安全閥，可以大大節約特材管線與安全閥的投資。

參考文獻：

1 GB 50160-2008， 石油化工企業設計防火規范[S].

2 HG/T 20570-95， 工藝系統工程設計技術規定[S].