蒸汽管道安全閥出口管道布置

馬蕭

（華陸工程科技有限責任公司，西安 710076）

1 安全閥相關規范要求

綜合GB 50160—2008《石油化工企業設計防火規范》（2018 版）[1]、GB 50316—2000《工業金屬管道設計規范》（2008版）[2]、SH 3012—2011《石油化工金屬管道布置設計規范》[3]、TSG ZF001—2006《安全閥安全技術監察規程》[4]等規范中關于安全閥管線要求，設備和管道上的蒸汽安全泄壓裝置向大氣排放時，宜符合下列要求：

1）排放管口不得朝向鄰近設備或有人通過的地區。

2）操作壓力＞4.0 MPa 的蒸汽管道的排放管口高度應高出以安全泄壓裝置為中心，半徑為8 m 范圍內的操作平臺或建筑物頂3 m 以上。

3）操作壓力為0.6～4.0 MPa 蒸汽管道的排放管口的高度宜高出以安全泄壓裝置為中心，半徑為4 m 范圍內的操作平臺或建筑物頂3 m 以上。

4）操作壓力＜0.6 MPa 的蒸汽及其他非可燃介質管道排放管口高度宜高出鄰近操作平臺或建筑物頂2.2 m 以上。

因此，蒸汽管道安全閥放空口應根據泄放蒸汽壓力的不同調整其泄放高度，同時放空管口不得朝向鄰近設備或有人通過的地區。為了方便安全閥校驗的要求，安全閥布置要綜合考慮放空口的安全性以及安全閥檢修的便利性。

2 安全閥出口管線布置

2.1 安全閥出口管線水平排放

安全閥出口管線水平排放，排放管線末端切成45°切口，防止雨水進入排放管線。安全閥出口管線采用此布置方式布置簡單，節省材料及空間，但存在以下幾個問題：

1）把安全閥排向大氣的管口切成45°向下斜切口，往往由于切口方向不合適，致使排出物噴向平臺，存在安全隱患，不滿足規范要求。

2）根據《石油化工金屬管道布置設計規范》，按蒸汽管道安全閥排放口操作壓力對排放高度的要求，至少應在2.2 m以上，如果按照此要求安裝安全閥，會導致安全閥的安裝高度過高，不方便檢修。

3）進入安全閥出口管線的少量雨水及蒸汽排放的凝液無法排出。

通過以上綜合分析，此種安全閥布置方式若用于蒸汽管線安全閥出口管線，會引起安全閥安裝高度過高而不便于檢修的問題，因此，蒸汽管線安全閥出口管線不推薦使用此方案。

2.2 安全閥出口管線朝上排放

安全閥出口管線朝上排放，可以考慮將安全閥布置在相對容易檢修操作的平臺上，將排放管線布置在高點，滿足規范的要求，安全閥出口管線向上排放時，管道末端會有以下3 種處理方式：

1）安全閥放空管線末端不做處理。安全閥出口管線向上排放，放空口滿足規范高度要求，管道末端不做處理，直接放空。安全閥出口管線采用此布置方案，安全閥泄放時泄放的蒸汽朝上排出，阻力降相對較小，但是安全閥泄放的蒸汽覆蓋了安全閥上方的區域，因此，采用此種布置方案時，安全閥應集中布置在相對獨立的區域，避免安全閥起跳時出現危險。由于放空管直接朝上，雨水等會直接進入放空管線，放空管線需要考慮合適的排放措施。

2）安全閥放空管線末端加彎頭。安全閥放空管線末端加彎頭，滿足規范中放空口的高度要求，避開人員通行的區域。安全閥放空管線采用此方案可控制泄放方向，避開人員通行的區域，減少安全隱患，但由于管件增多，管道泄放的阻力降相應增大。泄放介質液體含量較高時，對于蒸汽介質如果水含量較高時，使用彎頭會使安全閥泄放時在水平面上影響的區域擴大，較難實現避開人員通行的區域。

3）安全閥放空管線末端加三通。安全閥放空管線末端加三通，放空口滿足規范中放空口的高度要求，避開人員通行的區域，三通又可分為普通三通和Y 形三通兩種。安全閥放空管線，影響安全閥泄放，但是由于有了兩個泄放口，因此，在布置時要充分考慮安全閥的位置及泄放口的朝向，避開人員通行的地方。Y 形三通相對于普通三通可以有效減少安全閥泄放時在水平面的影響范圍，對于泄放時夾雜水的蒸汽采用Y 形三通則更為有利，但是其在低點的雨水等液體的積聚情況可能較為嚴重，需要做好排液措施。

安全閥出口管線向上排放時，為了避免泄放阻力過大，減小安全閥泄放時承受的反作用力，可采用將放空管和安全閥出口管線脫開的方式。

放空管管徑較出口管的管徑大，主要起到導流的作用，在放空管下方設置集液盤，防止泄放氣體反沖，并在集液盤上設置積液排放口，這種安全閥出口管線布置方式有效減少了出口管的長度，降低了安全閥泄放時的阻力降，對于高溫高壓蒸汽采用這種布置方式較為有利。

2.3 安全閥出口管線排液措施

安全閥出口管線需要充分考慮排液措施，避免出口管線積液影響安全閥泄放。針對雨水、凝液排放有以下兩種方案可供選擇：

1）安全閥出口管線設置排水孔。安全閥出口管線考慮雨水及凝液的排放，可在安全閥出口管線上設置排泄孔。根據TSG ZF 001—2006《安全閥安全技術監察規程》中排泄孔設置要求，蒸汽和液體使用的安全閥需在低于閥座密封面的集液最低部位設置排泄孔。排泄孔設置要求見表1。根據表中數據，結合實際安全閥尺寸及管道直徑合理設置排泄孔。

表1 安全閥出口管線排泄孔設置要求

蒸汽管道安全閥出口管線采用此種布置方式時，當蒸汽管道安全閥起跳時，大量蒸汽從排放管線及排泄孔排出，如果有人員處于排泄孔下方，則有一定的安全隱患。因此，此方案在設置排泄孔時要考慮排泄孔下方是否有人員通行，當安全閥布置在鋼格柵等未完全阻斷的平面及樓面時，不建議采用此方案。

2）安全閥出口管線設置排液管線。安全閥出口管線低點位置設置排液管線，引至安全處排放。這個方案有效解決了蒸汽管線泄放過程中的安全隱患及平時雨水等積液問題，推薦高溫高壓的蒸汽管道采用此方案。

蒸汽安全閥出口管線積液排放措施還要考慮寒冷地帶的防凍問題，根據項目的實際情況設置可靠的防凍措施，避免排泄孔或者排液管線失去作用，影響安全閥的泄放。

3 安全閥出口管線管道支架布置方式

安全閥出口排放管設計時，如果在出口管道外加設放空管，安全閥出口管道支架設計還包括安全閥放空管支架設計。蒸汽由安全閥排入大氣時，在出口管中心線上產生與流向相反的作用力，致使安全閥與壓力容器壁連接管口根部有一個彎矩和剪力，以及出口管的自重、振動和熱膨脹等力的作用，安全閥的出口管應設置可靠的管道支架。通常在安全閥放空管道上靠近最上面排放口處設置固定支架，同時為了防止安全閥出口產生過大的橫向沖擊力，在固定支架下面的垂直管道上，每隔6～8 m 設置一處導向支架。

氣體排放到大氣的安全閥，簡化的反力計算公式如下：

式中，F為安全閥出口管中心線反力，N；W為氣體或蒸汽泄放量，kg/h；k為絕熱系數；T為入口絕對溫度，K；M為氣體或蒸汽的相對分子質量。

其中，蒸汽安全閥泄放量可參照DL/T 5054—2016《火力發電廠汽水管道設計規范》[5]11.5.1 條及11.5.2 條公式進行計算得到。

當蒸汽管道壓力未達到安全閥的整定壓力Ps前，安全閥進口方向的蒸汽流速為零，因此，可近似認為蒸汽的實際壓力等于蒸汽的滯止壓力P0。當安全閥動作時，安全閥進口蒸汽達到穩定流動的實際壓力應為排放壓力Pd，對于蒸汽安全閥，Pd可取1.03Ps。

在安全閥排放壓力P0下，蒸汽所能達到的最高工作溫度即為滯止溫度T0。對于主蒸汽系統，T0取用鍋爐過熱器出口蒸汽額定工作溫度加上鍋爐正常運行時允許的溫度偏差；對于鍋爐汽包、除氧器、高壓加熱器等壓力容器，T0取用與排放壓力P0相對應的飽和蒸汽溫度；對于減壓閥后的蒸汽管道，建議T0取用減壓閥前蒸汽管道的最高工作溫度。滯止比容v0可在滯止壓力P0和滯止溫度T0確定后通過水蒸氣表得到。

根據式（1），結合具體項目的蒸汽及安全閥數據可計算反力，在安全閥出口管道設置合適的限位支架。

4 結論

基于本文討論的幾種安全閥出口管線布置方式，結合蒸汽介質高溫且含水的特點，當安全閥泄放時反作用力及出口管線管徑較小時，安全閥出口管線可考慮采用向上排放的方式（放空口末端不做處理）；當安全閥泄放時反作用力及出口管線管徑較大，主要針對高溫高壓的蒸汽，安全閥出口管線布置推薦采用放空管與出口管線脫開的方式，既能減小對安全閥的反作用力，又能減小出口管線的阻力降。

安全閥排放管線考慮到排放時的噪聲，可在放空口末端安裝消音器，但消音器應有足夠的流通面積，防止其產生的背壓影響安全閥的正常運行和排放。當放空口尺寸較大時需要設置防鳥網，避免雜物進入管道影響安全閥的泄放。

安全閥出口管線要考慮雨水及蒸汽凝液排放問題，結合不同項目實際情況選擇合適的排放方式，并且要考慮排液的防凍措施。在條件允許的情況下推薦使用排放管線的方式。

安全閥出口管線要設置可靠的支架，靠近安全閥管線要設置限位架，當放空管線與出口管線脫開時，放空管線頂部設置固定支架，之后每隔6～8 m 設置導向支架，可根據本文中安全閥的反作用力計算公式計算反作用力，根據實際的反作用力，選擇合適的支架形式，避免安全閥起跳時出口管線無可靠支架引起安全問題。

5 結語

蒸汽管線上安全閥放空管口的高度需結合泄放蒸汽的壓力確定其排放高度，并且安全閥要易于檢修，安全閥出口放空口不得朝向鄰近設備或有人通過的地區。裝置框架內安全閥的布置，可在滿足規范要求的情況下，規劃出安全閥的集中布置區域，便于安全閥的檢修，以及出口管道的支撐。