石油化工裝置安全閥的配管設計標準研究

牛芳菲，張舒晗，李世賢

（中國石油工程建設有限公司華北分公司，河北滄州 062550）

石油化工裝置安全閥的技術標準要求包括結構穩定、安全以及性能可靠。大多數情況下，安全閥作為安全泄放的裝置以滿足特殊條件下的穩定性生產要求。在實際的工程設計過程中，一些設計者過分關注基本的使用功能，卻沒有認識到安全閥配管設計對于系統的影響，從而帶來了不必要的麻煩與生產風險。為了進一步探討石油化工裝置安全閥的設計優化策略，對安全閥的相關分類情況進行分析。

1 石油化工裝置安全閥概述

1.1 安全閥分類

安全閥的分類標準參考國家現行的安全閥一般要求的分類，可以劃分為四個方面。第一個類型是直接載荷類型，該類型的安全閥主要依靠機械加載的方式來克服常規條件下的重力載荷影響達到相反作用力的安全閥設備。帶動力輔助安全閥。帶動力輔助安全閥一般是指壓力低于正常標準值情況啟動的安全閥類型。補充載荷類型安全閥。補充載荷類型安全閥主要通過外部能源進行壓力補充增強的方式來達到安全控制使用的實際要求，在安全閥的整體壓力達到一定數值后可以進行釋放。先導式安全閥。先導式安全閥借助于導閥的排出介質來達到安全控制的使用功能，該過程中導閥自身的設置應該以載荷安全技術標準為要求。

1.2 安全閥的設置與選用

在進行石油化工裝置安全閥的設置與選用過程中，需要遵從一定的原則與技術原理。在不正常情況下一些管道系統需要設置安全閥避免超壓問題。包括一些頂部操作壓力在0.1MPa以上的設備需要增設安全閥系統，一些頂部操作壓力在0.03MPa以上的汽提塔、蒸餾塔需要增設安全閥設備；往復式壓縮機等設備處于容積泵的出口管道區域的設備需要增設安全閥；鼓風機、離心泵以及其他往復式工作設備在連接設備后，其往往無法承受最高設計壓力，此時需要增設專用的安全閥設備。一些生產過程中會出現液體受熱膨脹等情況，此時有超出壓力的風險，要增設安全閥設備。

石油化工裝置安全閥的選用要考慮到管道的內部操作空間、穩定性需要以及壓力和密閉性需求。綜合多種因素進行考慮，做好安全閥的科學選用對于提升石油化工裝置安全閥配管設計水平具有重要的意義。一般來說，安全閥能夠適應各種低黏度的流體，并且選擇先導式安全閥為主的設計模式。如果是易燃易爆或者有毒的介質，則需要優先選擇彈簧式安全閥設計模式，通過泄放介質的方式來引流至安全區域內。排放不可壓縮的流體則需要考慮到安全閥的安全范圍，一些可壓縮的流體則應該盡可能選擇全啟動式安全閥設備。

2 石油化工裝置安全閥的配管設計要求

2.1 確保安全穩定

在石油化工裝置安全閥的配管設計之前，需要進行科學設計與分析，以確保輸送液體的過程中安全閥的選用能夠滿足實際的流速需求。在進行入口管道的設計時，要優先選擇入口面積與壓力容器內部通孔面積相符的設計模式。另外，為了避免在液體的輸送過程匯總出現環境的污染問題，還需要嚴格做好氣體與液體的排放控制管理工作。在降低入口管道壓力的同時，還可以通過波動源、安全閥保持一定的距離來達到穩定安全的設計要求。

2.2 降低出口管道的背壓

在出口管道的背壓設置時，應該盡可能地降低背壓的影響，通過管道靜載荷與入口應力控制的方式來達到及時處理積液的效果，同時也可以有效避免管道安全受到不良影響。根據工藝流程的設計要求，以及排放物的設計標準來做好介質排放控制等工作，根據管道的工藝材料要求來做好管道的整體設計規劃。

2.3 確保管道設計滿足國家技術標準要求

在整個石油化工裝置安全閥配管設計過程中，需要以國家相關技術標準為要求，否則會對后期的驗收、維修等環節產生不利的影響。

3 石油化工裝置安全閥的配管設計

石油化工裝置安全閥的配管設計要滿足安全控制的整體要求，一般來說需要劃分為進口管道與出口管道進行分別討論。

3.1 進口管道設計

在進行進口管道的設計時，需要優先解決的是入口直徑的問題。大多數情況下，石油化工裝置安全閥劃分為全啟、中啟與微啟三種模式，液壓系統中多以微啟動模式為主，而一些大規模的生產活動中則傾向于應用全啟模式。如果選擇微啟模式，那么設置的開啟高度應該以流道直徑5%為設計標準，考慮到實際的高度要求來做好流道直徑的設計，此時管道的面積應該高于流道的面積。一些常規設計中可能會出現入口隔離閥的添加，此時也應該保證該閥高于安全閥的入口面積設計要求。

針對入口管阻力降較大的實際情況，一些石油化工裝置安全閥可能會在使用過程中出現不規則震顫的問題，這是由于入口壓力較大所導致的結果。針對該問題，首先應該降低進口的整體壓力，通過石油化工裝置安全閥設置在上部的方式來降低配管的落差，這樣就可以達到安全閥安全保護的效果。其次，做好安全閥的接管直徑控制，通過接管直徑的對接來避免進口直徑發生偏轉的問題。在具體設計過程中，還需要綜合考慮到壓力脈沖等因素的影響，優先選擇一些先導式的安全技術來進行連接管的整體連接，在不影響壓力效果的前提下實現壓力穩定控制；最后，選擇長半徑的彎頭來進行設置，實現安全閥位置的合理調整。除此之外，為了避免安全閥出現振動，可以將壓力設置在穩定的區域內，如圖1所示。

圖1 進口管道設計示意圖

3.2 出口管道的設計

出口管道的設計同樣包括直徑、壓力以及排放設計的問題。其中，由于大多數的石油化工裝置生產介質為強腐蝕液體，所以在進行液體排放直徑的確定時，應該以適當高于設計標準的方式來執行，如果同時多個安全閥一起使用，也可以降低總排放壓力技術標準；在進行出口管道的設計時，則需要綜合考慮到管道背壓值的問題，做好不穩定性的測試，避免出現管道流量下降的問題。大多數條件下使用管道背壓設計的方式即可滿足實際的石油化工裝置安全閥使用要求。在進行排放出口設計時，需要避免其他方向的力矩對介質排出產生的負面影響，做好出口管道的位置設置，避免向人形區域排放介質轉移。如果需要進行一些特殊易燃氣體的排放，則需要做好氣體排放控制工作，并特別處理好安全地點的管道設置，提升整體性能。

4 結語

綜上所述，石油化工裝置安全閥的配管設計作為實現安全閥科學應用的基本條件，需要充分考慮到不同類型安全閥的分類要求與技術標準特征。在進行安全閥的配管設計時，需要考慮到入口直徑、入口壓力、出口直徑以及其他技術標準的客觀要求，做好整體規劃的同時也要減輕對于其他設備的不良干擾，從而最大限度地發揮石油化工裝置安全閥配管設計的價值，為推動行業可持續健康發展奠定良好的基礎條件。