安全閥的選用及管線設計探討

何 簡,陳 虎,劉 駿

(中國五環工程有限公司,湖北 武漢 430223)

系統超壓是石化裝置中眾多不確定因素的一種。這種系統超壓很多是由于外部原因或人為誤操作而導致系統壓力超過容器和管道的設計壓力而引起，危害巨大，甚至引起爆炸。鑒于此種情況，通過合理設置安全閥，能夠避免設備或管線超壓，形成破壞，從而保護整個系統安全。本文綜合考慮多種要素，為優化安全閥的進出口管線設計提供參考，確保安全閥正常運行。

1 安全閥分類

安全閥是一種自動閥門，是一種常見的安全泄壓裝置。安全閥的種類很多，依據不同的分類標準，安全閥可以分為以下五種[1]，如表1所示。

表1 安全閥分類、特點和適用工況

2 安全閥選型的一般原則

根據不同的介質特性，安全閥選型也有所不同。安全閥選型的一般原則如表2所示[1]。

表2 安全閥選型的一般原則

3 安全閥的設置位置

為保證設備和管道的安全，下列位置處需設置安全閥[2]，如表3所示。

表3 安全閥的設置位置

4 安全閥入口管線設計

4.1 入口管線壓力降

國內外標準規范對安全閥入口管線的壓力降均有明確規定[3-6]：安全閥入口管線的壓力降不大于設定壓力的3%。安全閥進口管線的壓力降過大可能導致安全閥的快速開啟和關閉，會使安全閥產生顫振[3]，對安全閥造成損害。

為滿足此要求，入口管線配管設計時需考慮以下幾點[7]：

(1) 安全閥入口管線的公稱尺寸必須≥安全閥進口法蘭的公稱尺寸，其連接的大小頭也應盡量靠近安全閥入口。

(2) 安全閥應盡可能靠近被保護的設備或管線。

(3) 安全閥進口管線上采用長半徑(R≥1.5DN)彎頭。

(4)當安全閥入口管道較長時應提交工藝專業核算，以便擴大入口管徑減小壓力降。

4.2 滿足工藝介質要求

(1)當入口管線不可避免的出現袋形彎時，對于易凝結物質，則應在袋形彎低點處設置連續排液管并伴熱保溫；對于不凝結介質，在袋形彎低處設置易于操作的放凈閥，若介質易燃有毒，則不能就地排放，而應該引至安全地點排放[4]。

(2)若介質中含有雜質或者易腐蝕，則應在安全閥進口處設置爆破片。通過設置安全閥和爆破片，來使安全閥免受腐蝕或破壞，確保其正常運行。

5 安全閥出口管線設計

5.1 防止背壓過大

安全閥出口管的設計要考慮背壓不超過安全閥設定壓力的一定值。背壓過大會造成安全閥開啟壓力的偏差，導致流量下降，增加閥門的不穩定性。安全閥出口配管完成后，還應進行阻力降核算，以防止阻力降超過允許的范圍。

5.2 滿足工藝要求

根據不同的排放物，工藝有不同的排放要求。特別是針對特殊物料，一定要嚴格執行工藝特殊的排放要求。

5.3 防止反作用力的破壞

安全閥排放時會產生排放反作用力，此力會傳遞到安全閥、入口管道、固定管嘴和相連的容器壁上，可能會對管道和設備造成破壞，因此要格外注意安全閥的排放反力。安全閥的排放系統分為開式和閉式兩種，兩者的排放反力差別很大。針對開式系統，廠家一般會提供安全閥排放反力，基于安全考慮，工程上通常采用2倍的廠家數值。若廠家未提供，則可根據API RP520中推薦的方法計算[6]。對于閉式系統，API RP-520[6]中說明在穩態介質流工況下向密閉系統排放，一般不會產生大的作用力和力矩。該閉式系統排放反力的計算比較復雜，工程上為保險起見，一般也采用與開式系統相同的計算公式來計算反作用力[8]。安全閥的出口管線支架應結合安全閥出口反力的計算，并綜合考慮自身的自重、振動、風載荷、熱脹冷縮等綜合因素來合理設置。

5.4 出口避免袋形

安全閥出口出現袋形，會造成積液。出口管的設計需考慮以下幾點：①直接排向大氣：排放口應引至安全位置，并避開設備、平臺、梯子、電纜和人行通道，并在出口水平段的低點設置一個6～10mm直徑的排液孔。②排放至密閉系統：安全閥的出口管應避免袋形且坡向火炬主管，同時從主管上部順介質流向45°斜接入，一方面可防止總管內液體倒流，另外也可降低管線的阻力降。當無法避免袋形時，應在低點容易接近的位置設置手動放凈閥，并將排放管引至安全位置或引至單獨的收集罐收集。

5.5 出口管具有一定柔性

安全閥出口管和火炬總管要防止因溫度急劇變化或溫度不均勻產生應力，因此出口管應具有一定的柔性，必要時要進行應力計算。

6 常見安全閥故障及應對措施

安全閥在使用過程中會出現各種故障，需要及時進行故障的排除和處理，一些常見的安全閥問題及應對措施如表4所示[9]。

表4 安全閥故障及應對措施

7 結語

在設計過程中，應充分掌握安全閥的工作原理，重視安全閥的選用、設置和進出口管線設計，避免因設計不當造成安全事故，同時還應了解一些安全閥常見故障及應對措施。只有這樣，才能確保安全閥的正常使用，進而保護整個系統管路的安全。