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石油化工安全閥設(shè)計(jì)選用 石油化工安全閥 石油化工安全閥設(shè)計(jì)選用 化工安全閥
本文介紹了石油化工裝置的分類，選用的原則，安全閥的安裝及進(jìn)出口的配管設(shè)計(jì)要求。基本把安全閥泄放量的計(jì)算全用到了。乙酸反應(yīng)系統(tǒng)中的一部分，由甲醇和一氧化碳在反應(yīng)釜中185℃和2.9MPa壓力下反應(yīng)生成乙酸，放熱反應(yīng)主要由換熱器帶走15%熱量，其余隨產(chǎn)品走。現(xiàn)計(jì)算反應(yīng)釜頂部安全閥。這期就嘮叨這些，這期例子中用到了爆破片和安全閥配合，下期說說爆破片。
石油化工安全閥設(shè)計(jì)選用關(guān)鍵詞：安全閥 分類 安裝 配管 設(shè)計(jì)
在石油化工生產(chǎn)過程中，為防止由于火災(zāi)、操作故障、停水停電等原因可能造成設(shè)備及管道系統(tǒng)內(nèi)壓力超過設(shè)計(jì)壓力而發(fā)生事故，應(yīng)設(shè)置防止超壓用的安全泄放裝置。在非火災(zāi)或火災(zāi)事故情況下，安全泄放裝置籍進(jìn)口靜壓力作用開啟，泄放流體，以防止系統(tǒng)內(nèi)壓力超過預(yù)定的安全值。安全泄放裝置包括安全閥及爆破片裝置，由于爆破片是一次性產(chǎn)品，而安全閥可重復(fù)使用，因此，在石油化工生產(chǎn)裝置上更廣泛使用安全閥。本文由上海五岳泵閥制造有限公司轉(zhuǎn)載分享，上海五岳專業(yè)生產(chǎn)各類，，并終身為使用單位提供相關(guān)產(chǎn)品。
安全閥是由彈簧作用或由導(dǎo)閥控制的閥門，當(dāng)入口處?kù)o壓超過設(shè)定壓力時(shí)，閥瓣上升，泄放流體，以防止系統(tǒng)內(nèi)壓力超過預(yù)定的安全值，當(dāng)壓力降至回座壓力時(shí)，可自動(dòng)關(guān)閉阻止介質(zhì)繼續(xù)流出。
一、石油化工安全閥設(shè)計(jì)選用安全閥的分類
1.按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《安全閥 一般要求》GB/T12241-2005分類
1.1直接載荷式
一種僅靠直接的機(jī)械加載裝置如重錘、杠桿加重錘或彈簧來克服由閥瓣下介質(zhì)壓力所產(chǎn)生作用力的安全閥。
1.2帶動(dòng)力輔助裝置式
借助一個(gè)動(dòng)力輔助裝置，這種安全閥可以在壓力低于正常整定壓力時(shí)開啟。
1.3帶補(bǔ)充載荷式
該安全閥在其進(jìn)口壓力達(dá)到整定壓力前始終保持有一個(gè)用于增強(qiáng)密封的附加力，該附加力（補(bǔ)充載荷）可由外部能源提供，而在安全閥進(jìn)口壓力達(dá)到整定壓力時(shí)應(yīng)可靠地釋放。
1.4先導(dǎo)式
一種依靠從導(dǎo)閥排出介質(zhì)來驅(qū)動(dòng)或控制的安全閥，該導(dǎo)閥本身應(yīng)符合直接載荷式安全閥標(biāo)準(zhǔn)要求。
2.按閥瓣開啟高度分類
2.1全啟式，h≥1/4d0
2.2微啟式，1/4d0>h≥1/40d0
h為開啟高度，d0為噴嘴面積。
3.按結(jié)構(gòu)分類
3.1封閉彈簧式和不封閉彈簧式
封閉彈簧式是指安全閥彈簧罩是封閉的，彈簧不與大氣接觸，不封閉彈簧式則反之。
3.2帶扳手和不帶扳手
扳手的作用主要是檢查閥瓣的靈活程度，有時(shí)也可用作緊急泄壓用。
3.3帶散熱片和不帶散熱片
介質(zhì)溫度較高的場(chǎng)合，為降低彈簧腔室溫度，可采用帶散熱片式。一般當(dāng)排放介質(zhì)溫度超過300℃時(shí)，宜選用帶散熱片式安全閥。
3.4有波紋管和沒有波紋管
一般安全閥都沒有波紋管。有波紋管結(jié)構(gòu)的安全閥稱為平衡型安全閥，適用于介質(zhì)腐蝕性較嚴(yán)重或背壓波動(dòng)較大的情況。
二、安全閥的設(shè)置
在不正常情況下，可能超壓的以下設(shè)備和管道系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置安全閥：
1.頂部zui高操作壓力大于或等于0.1MPa的壓力容器應(yīng)設(shè)安全閥。
2.頂部zui高操作壓力大于0.03MPa的蒸餾塔、蒸發(fā)塔和汽提塔（汽提塔頂蒸汽通入另一蒸餾塔者除外），應(yīng)設(shè)安全閥。
3.在往復(fù)式壓縮機(jī)各段出口或電動(dòng)往復(fù)泵、齒輪泵或螺桿泵等容積泵的出口管道上（如設(shè)備本身已有安全閥者除外），應(yīng)設(shè)安全閥。
4.凡與鼓風(fēng)機(jī)、離心式壓縮機(jī)、離心泵或蒸汽往復(fù)泵出口連接的設(shè)備不能承受其zui高壓力時(shí)，上述機(jī)泵的出口管道需設(shè)安全閥。
5.可燃?xì)怏w或液體受熱膨脹，可能超出設(shè)計(jì)壓力的設(shè)備或管道應(yīng)設(shè)安全閥。
6.頂部zui高操作壓力為0.03～0.1MPa 的設(shè)備應(yīng)根據(jù)工藝要求設(shè)置安全閥。
三、安全閥的選用
安全閥的選用應(yīng)根據(jù)壓力容器及管道系統(tǒng)的操作條件、介質(zhì)特性、載荷特點(diǎn)、安全泄放量、背壓力以及密閉性等因素綜合考慮。
1.安全閥適用于清潔、無顆粒和低粘度的流體。
2.在石油化工生產(chǎn)裝置中，一般只選用彈簧式或先導(dǎo)式安全閥。[1]
3.一般可燃、易爆或有毒介質(zhì)應(yīng)選用封閉彈簧式安全閥，并將泄放介質(zhì)引至安全地點(diǎn)；蒸汽或壓縮空氣等可選用不封閉彈簧式安全閥。
4.排放不可壓縮流體（如水和油等液體）時(shí)，宜選用微啟式安全閥，也可選用全啟式安全閥；排放可壓縮流體（如蒸汽和其他氣體）時(shí)，應(yīng)選用全啟式安全閥。
5.當(dāng)介質(zhì)具有腐蝕性、易結(jié)垢、易結(jié)焦，會(huì)影響安全閥彈簧的正常工作時(shí)，可選用平衡波紋管式安全閥。[1]但平衡波紋管式安全閥不適用于酚、蠟液、重石油餾分、含焦粉等介質(zhì)上以及往復(fù)壓縮機(jī)場(chǎng)所，因?yàn)樵谶@些情況下，波紋管有可能被污染或被損壞。[2]
6.排放水蒸汽或空氣時(shí)，可選用帶扳手的安全閥。當(dāng)介質(zhì)壓力達(dá)到壓力的75%以上時(shí)，能利用扳手將閥瓣提升。[3]
7.考慮背壓力時(shí)，對(duì)于彈簧式安全閥，背壓不超過整定壓力的10%時(shí)，選用普通型彈簧安全閥；背壓大于整定壓力的10%而小于30%時(shí)，選用平衡波紋管式安全閥；背壓大于整定壓力的30%而小于60%時(shí)，選用先導(dǎo)式安全閥。[2]
8.對(duì)于要求安全閥的密封性能特別好的場(chǎng)合，可選用先導(dǎo)式安全閥。另外，大口徑、大排量及高壓系統(tǒng)可選用先導(dǎo)式安全閥。
首先分析反應(yīng)釜頂部安全閥的功能，也就是什么工況會(huì)超壓。這個(gè)就直接對(duì)照20570來一項(xiàng)一項(xiàng)對(duì)照，這跟設(shè)計(jì)的時(shí)候選擇是否裝安全閥不一樣，是否裝安全閥就按照我上面說的方法，先裝上再計(jì)算，這里嘮叨的就是裝完了以后計(jì)算的過程。
*種超壓，外部火災(zāi)，反應(yīng)釜中甲醇、一氧化碳、乙酸都是具有著火的可能，因此這個(gè)環(huán)境中要考慮外部火災(zāi)。第二種超壓，進(jìn)口調(diào)節(jié)閥故障。第三種超壓是公用工程失效時(shí)。這里說一下出口切斷閥關(guān)閉，這個(gè)反應(yīng)釜的出口閥門關(guān)閉了以后會(huì)有連鎖直接將進(jìn)口的閥門關(guān)閉，因此這就不考慮出口閥門關(guān)閉的狀態(tài)。一般大型的反應(yīng)器類設(shè)備都有此安全連鎖。
這三種超壓現(xiàn)象，我們必須單獨(dú)計(jì)算，再選擇其中泄放量zui大的那個(gè)選取安全閥。
*種，外部火災(zāi)，這個(gè)反應(yīng)釜沒有保溫層同時(shí)又不能及時(shí)排走泄漏物，因此我們選用7.0.10-6的公式（這個(gè)事例當(dāng)時(shí)他發(fā)了論文了，我之所以沒有引用他的論文是因?yàn)樗撐睦锩孢@個(gè)部分他寫錯(cuò)了，
第二種，設(shè)備入口管調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。根據(jù)20570.2中的公式7.0.5計(jì)算，這個(gè)沒疑問，不解釋
算出W=201409 kg/h，
第三種，公用工程失效。加入停電了，循環(huán)泵就不行了，冷卻水故障了，換熱器就沒做用了，這時(shí)循環(huán)帶走的15%的熱量產(chǎn)生的超壓就是我們?cè)撔狗诺舻牟糠帧＿@里為了方便給出了Q，（沒給出Q的時(shí)候我們就拿換熱器的Q來計(jì)算）W=Q/H=23397kg/h。這里注意的是H一定要選取泄壓工況的氣化潛熱。
對(duì)比三種，zui大的是第二種，因此就按照第二種泄放量來提安全閥的計(jì)算泄放量。再根據(jù)安全閥樣本中提供的C0值計(jì)算出喉徑面積，這個(gè)安全閥因?yàn)榉诺氖强扇細(xì)怏w，放空口會(huì)去火炬系統(tǒng)，因此要做背壓校正。其實(shí)現(xiàn)在安全閥的供應(yīng)商服務(wù)都很好，只要有個(gè)泄放量他就會(huì)幫你選擇一個(gè)，甚至你不會(huì)算他都幫你算了，但是作為設(shè)計(jì)人員，會(huì)計(jì)算才是硬道理，大家根據(jù)自己的情況努力吧。
大家看到上面的計(jì)算過程很復(fù)雜，情況很多，因此我推薦大家盡量少的采用安全閥（呵呵，客觀理由，開玩笑的，安全*），這是個(gè)過程，在剛開始設(shè)計(jì)的時(shí)候都是安全閥特別多，然后逐漸的就減少下來了，畢竟對(duì)工藝有個(gè)理解吸收應(yīng)用的過程，舉個(gè)例子，zui早我做一個(gè)廢水回用的小項(xiàng)目，設(shè)了101個(gè)安全閥，那可是管道上也有，設(shè)備上也有，進(jìn)口也有，出口也有。當(dāng)時(shí)沒有個(gè)量的概念，也不知道101個(gè)是多還是少，后來審核給刪了80多個(gè)，后來做項(xiàng)目多了點(diǎn)才認(rèn)識(shí)到，一套苯乙烯裝置也就100個(gè)左右，一套乙烯裂解才240個(gè)左右吧，所以大家多出來交流交流，讓新人也有個(gè)量的概念。
四、安全閥的安裝及配管要求
1.安裝要求
1.1安全閥應(yīng)直立安裝，并盡量靠近被保護(hù)的設(shè)備或管道。如不能靠近布置，則從被保護(hù)的設(shè)備或管道到安全閥入口的管道總壓降，不應(yīng)超過安全閥定壓值的3%。
1.2安全閥應(yīng)安裝在壓力比較穩(wěn)定，且應(yīng)距振動(dòng)源有一定距離的地方。這是因?yàn)榘踩y設(shè)置位置應(yīng)盡量減小壓力波動(dòng)的影響，安全閥跟振動(dòng)源之間的距離可以參考API520以及HG/T50549.5的相關(guān)規(guī)定。[4，5]
1.3安全閥宜安裝在流體流態(tài)較穩(wěn)定的管段部位，不應(yīng)安裝在較長(zhǎng)的水平管道的死端，以免積聚固體物或液體。 1.4安全閥應(yīng)安裝在易于檢修和調(diào)節(jié)處，宜設(shè)置檢修平臺(tái)，周圍要有足夠的操作空間。布置重量大的安全閥時(shí)要考慮安全閥拆卸后吊裝的可能，必要時(shí)應(yīng)設(shè)吊桿。
2.配管一般要求
2.1安全閥的入口和出口配管不宜出現(xiàn)袋形，尤其氣體安全閥入口管不應(yīng)有下凹的袋形。
2.2當(dāng)安全閥入口和出口管道上設(shè)有切斷閥時(shí)，應(yīng)鉛封開或鎖開；當(dāng)切斷閥為閘閥時(shí)，閥桿應(yīng)水平安裝。當(dāng)安全閥設(shè)有旁路閥時(shí)，該閥應(yīng)鉛封關(guān)或鎖關(guān)。
2.3當(dāng)幾個(gè)安全閥并聯(lián)操作時(shí)，入口和出口總管的截面積不應(yīng)小于各支管截面積之和。
3.安全閥入口配管
3.1安全閥入口配管應(yīng)盡量短，并盡量靠近被保護(hù)的設(shè)備或管道。如因條件有限，安裝位置較遠(yuǎn)時(shí)，自被保護(hù)的設(shè)備或管道到安全閥入口法蘭間zui大壓力損失不超過安全閥定壓值的3%，該壓力損失按通過安全閥的zui大流量計(jì)算得出，包括入口壓力損失、管道阻力和切斷閥阻力之和[2]。如壓力損失超過安全閥定壓值的3%，可適當(dāng)加大安全閥入口管徑來減少入口阻力降。
3.2安全閥入口管道應(yīng)采用長(zhǎng)半徑彎頭。
3.3安全閥入口管道的管徑必須大于或等于安全閥入口口徑，其連接大小頭盡量設(shè)在靠近安全閥的入口處。
3.4保護(hù)全充滿液體的設(shè)備所用的安全閥，要安裝在設(shè)備的頂部或頂部出口管道上。
3.5安全閥入口管道應(yīng)盡量避免袋形，如不能避免，則對(duì)于易凝介質(zhì)，在袋形彎低點(diǎn)有連續(xù)流動(dòng)的排液管接至同一壓力系統(tǒng)，若凝液易結(jié)晶或凝固，則此排液管要伴熱；對(duì)于不凝介質(zhì)，在袋形彎的低點(diǎn)設(shè)置易于接近的放凈閥。
3.6安全閥排放時(shí)震動(dòng)較大，在安全閥入口管與主管連接處必要時(shí)可采取拉筋加強(qiáng)，見圖1。
4.安全閥出口配管
4.1安全閥出口管道應(yīng)盡量短，出口管道的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮背壓不超過安全閥定壓的一定值。安全閥的背壓為閥開啟前閥出口處存在的壓力與閥開啟后介質(zhì)流動(dòng)所產(chǎn)生的流動(dòng)阻力之和。各形式安全閥背壓要求見前文三.（7）條，具體數(shù)值可查閱制造廠家資料，由工藝計(jì)算決定。
4.2安全閥出口管道的管徑必須大于或等于安全閥出口口徑，其連接大小頭盡量設(shè)在靠近安全閥的出口處。
4.3允許向大氣排放時(shí)安全閥出口管道配管應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
4.3.1安全閥出口介質(zhì)允許向大氣排放時(shí)，排放管口不得朝向鄰近設(shè)備、平臺(tái)或有人通過的地方。
4.3.2可燃?xì)怏w、操作壓力大于4.0MPa蒸汽管道的排放管口的高度應(yīng)高出以安全閥為中心，半徑為8m的范圍內(nèi)的操作平臺(tái)或建筑物頂3m以上。
4.3.3操作壓力為0.6～4.0MPa蒸汽管道的排放管口的高度宜高出以安全閥為中心，半徑為4m范圍內(nèi)的操作平臺(tái)或建筑物頂3m以上。
4.3.4操作壓力小于0.6MPa蒸汽及其他非可燃介質(zhì)管道排放管口的高度宜高出鄰近操作平臺(tái)或建筑物頂2.2m以上。
4.3.5工業(yè)用水管道上安全閥的放空管口宜就地朝下排放。
f.直接向上排至大氣的安全閥出口管道，應(yīng)在該管下端彎頭附近開一個(gè)φ6～φ10mm的排液孔；對(duì)于蒸汽管道上的排液孔應(yīng)接上小管道引至安全位置。
4.3.6安全閥出口管道的布置，應(yīng)考慮由于泄壓排放引起的反作用力，并合理設(shè)置支架，必要時(shí)支架所在的平臺(tái)需要考慮加固。
4.4排入密閉系統(tǒng)時(shí)安全閥出口管道配管應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
4.4.1石油化工裝置大多數(shù)安全閥出口管都是接至火炬總管，應(yīng)避免袋形，公稱直徑等于或大于50mm的安全閥出口管道排入密閉系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)順介質(zhì)流向45o斜接在排放總管的頂部，以免總管內(nèi)的凝液倒流入支管，并可減少安全閥背壓。
4.4.2對(duì)于有可能用蒸汽吹掃的泄放管道，應(yīng)考慮蒸汽吹掃產(chǎn)生的熱膨脹，在管道適當(dāng)位置采取自然補(bǔ)償。
4.4.3當(dāng)排入放空總管或去火炬總管的介質(zhì)帶有凝液或可冷凝氣體時(shí)，安全閥的出口應(yīng)高于總管。若受條件限制，安全閥出口只能低于火炬總管或出口管需要抬高接入總管時(shí)，應(yīng)在低點(diǎn)易于接近處設(shè)置排液閥，以免袋形管段積液。在寒冷地區(qū)，袋形管段可以采取蒸汽伴熱防凍，蒸汽伴熱可以使袋形管內(nèi)的凝液汽化，避免積液。如果是易燃易爆或有毒介質(zhì)凝液，排液閥后管線應(yīng)接至安全處。圖2是某PX裝置吸附分離火炬氣低點(diǎn)排液示意圖，因?yàn)楹紵N，低點(diǎn)排液加了分液包采取密閉排放。
4.5 對(duì)于有些塔徑較大，塔頂安全閥有多路的，安全閥出口各支路匯集處宜順介質(zhì)流向45°斜接到主管，如圖3。
4.6 對(duì)于有些塔徑較小，塔高較高，塔頂安全閥有多路的，可以將幾個(gè)安全閥分層放置在塔頂平臺(tái)以下的幾層平臺(tái)上，這樣也便于安全閥檢修吊裝。
4.7對(duì)于有些塔徑較小，塔高不是很高，安全閥出口閥門可以放在頂平臺(tái)下一層布置，便于操作，見圖4。
五、結(jié)語
安全閥是石油化工裝置常用的安全泄壓裝置，關(guān)系到裝置的安全運(yùn)行，因此要重視安全閥的選型、安裝設(shè)計(jì)，避免設(shè)計(jì)不當(dāng)造成安全事故。本文結(jié)合安全閥的分類、設(shè)置、安裝要求、配管設(shè)計(jì)、安裝實(shí)例等方面，供設(shè)計(jì)同行參考交流。
