上海申弘閥門有限公司
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之前介紹自力式壓力調(diào)節(jié)閥在化工行業(yè)應(yīng)用，現(xiàn)在介紹石油化工裝置安全閥設(shè)計選型安全閥作為壓力容器、壓力管等特殊設(shè)備的重要組成部分,在生產(chǎn)過程的安全性中發(fā)揮著重要作用,廣泛應(yīng)用于石化企業(yè)。為加強設(shè)備管理,石化公司目前使用各種設(shè)備管理軟件,如壓力容器和壓力管道。但是,這些軟件中安全閥的管理主要是基于設(shè)備管理賬戶的登記和建立,并且沒有安全閥的實時管理功能。建立了安全閥校準系統(tǒng),與設(shè)備管理軟件共享數(shù)據(jù)庫,統(tǒng)一管理安全閥文件的功能,實時查詢驗證狀態(tài)和驗證結(jié)果。設(shè)備管理有所改善,也提高了專業(yè)化水平和工作效率。 在石油化工裝置工程設(shè)計中人們一般只重視安全閥設(shè)定壓力與排量，而忽視安全閥的進、出口管道設(shè)計，但安全閥進、出口管道設(shè)計的正確與否對安全閥能否在設(shè)定的壓力與排量下工作影響極大。因此，要使安全閥真正起到保護設(shè)備與管道的作用，一定要重視安全閥的進、出口管道設(shè)計。現(xiàn)根據(jù)工程實踐， 就石油化工裝置安全閥的進、出口管道設(shè)計進行探討，供同行在設(shè)計中參考。本文由上海申弘閥門有限公司先導(dǎo)式安全閥，并終身為使用單位提供相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞：安全閥 進口管道 出口管道 配管設(shè)計
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥管道是設(shè)備或元件間介質(zhì)傳遞的重要部件，是工業(yè)產(chǎn)品的神經(jīng)。管道的設(shè)計是工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計中復(fù)雜、繁瑣的部分。石油化工裝置是由機、泵、閥和塔、罐、容器等設(shè)備組成。按這些設(shè)備各自的功能，由管道將它們有機地結(jié)合在一起。
| 設(shè)備（材料）名稱 | 規(guī)格型號 | 單位 | 計劃采購數(shù)量 | 單價元 | 金額 | 用途 |
| 不銹鋼閘閥 | Z41H—150LB DN50 材質(zhì)：321 溫度：≤425℃ | 個 | 4 | 1500 | 含硫氣手閥（技改） | |
| 不銹鋼閘閥 | Z41H—16C DN150 材質(zhì)：321 溫度：≤425℃ | 個 | 2 | 7200 | 含硫氣手閥（技改） | |
| 閘閥 | Z41H-300LB DN200 碳鋼 溫度： ≤425℃ | 臺 | 2 | 19500 | 53界區(qū)蒸汽閥（技改） | |
| 不銹鋼閘閥 | Z41H—16C DN50 材質(zhì)：321 溫度：≤425℃ | 個 | 4 | 1500 | LV1063閥門（技改） | |
| 安全閥 | 型號：WA42Y-16C 彈簧式 公稱直徑：200mm；工作壓力：0.7MPa；整定壓力：0.8MPa；工作介質(zhì)：解析氣；工作溫度：40℃ | 臺 | 1 | 7000 | 含氧制氫系統(tǒng)吸附降阻優(yōu)化（技改） | |
| 安全閥 | 型號：WA42Y-16C 彈簧式 公稱直徑：150mm；工作壓力：0.1MPa；整定壓力：0.18MPa；工作介質(zhì)：解析氣；工作溫度：40℃ | 臺 | 1 | 4000 | 含氧制氫系統(tǒng)吸附降阻優(yōu)化（技改） | |
| 安全閥 | 型號：WA42Y-16C 彈簧式 公稱直徑：200mm；工作壓力：0.03MPa；整定壓力：0.07MPa；工作介質(zhì)：解析氣；工作溫度：40℃ | 臺 | 2 | 7000 | 含氧制氫系統(tǒng)吸附降阻優(yōu)化（技改） | |
| 安全閥 | 型號：WA42Y-16C 彈簧式 公稱直徑：150mm；工作壓力：0.05MPa；整定壓力：0.18MPa；工作介質(zhì)：解析氣；工作溫度：40℃ | 臺 | 1 | 4000 | 含氧制氫系統(tǒng)吸附降阻優(yōu)化（技改） | |
| 安全閥 | 型號：WA42Y-16C 彈簧式 公稱直徑：200mm；工作壓力：0.05MPa；整定壓力：0.18MPa；工作介質(zhì)：解析氣；工作溫度：40℃ | 臺 | 1 | 7000 | 含氧制氫系統(tǒng)吸附降阻優(yōu)化（技改） | |
| 安全閥 | 型號：WA42Y-16C 彈簧式 公稱直徑：100mm；工作壓力：0.05MPa；整定壓力：0.18MPa；工作介質(zhì)：解析氣；工作溫度：40℃ | 臺 | 1 | 1900 | 含氧制氫系統(tǒng)吸附降阻優(yōu)化（技改） | |
| 蝶閥 | D343H-16C DN100 碳鋼 ≤425℃ | 個 | 6 | 500 | 新增672消防管線（技改） | |
| 蝶閥 | D343H-16C DN65 碳鋼 ≤425℃ | 個 | 8 | 400 | 新增672消防管線（技改） |
一、石油化工裝置安全閥設(shè)計選型安全閥進口管道的設(shè)計
1.滿足安全閥開啟流速要求
安全閥按開啟高度分類有微啟式和全啟式及中啟式三種開啟方式。
1.1微啟式安全閥
微啟式安全閥指閥瓣的開啟高度是閥座內(nèi)徑的1/15～1/20。微啟式安全閥的動作特性是比例作用式的。
1.2全啟式安全閥
全啟式安全閥是指閥瓣的開啟高度是閥座內(nèi)徑1/3～1/4。全啟式安全閥的動作特性屬于兩段作用式安全閥。
1.3中啟式安全閥
中啟式安全閥是指閥瓣的開啟高度介于微啟式與全啟式之間。其動作特性通常相當(dāng)于安全泄放閥。
對于液壓系統(tǒng)上用的安全閥，采用微啟式，而對大型石油化工工藝流程中用的安全閥，普遍采用全啟式。安全閥的配管，入口管道直徑不小于安全閥的入口直徑；要求壓力容器與泄壓閥之間的所有管道和管件通孔的面積應(yīng)與安全閥入口的面積相同。在一般設(shè)計工程中入口隔離閥的小流道面積選用等于或大于安全閥的入口面積。
2.石油化工裝置安全閥設(shè)計選型保證安全閥運行平穩(wěn)、可靠
影響安全閥可靠運行的主要原因如下。
2.1入口管道的阻力降太大，安全閥產(chǎn)生顫振，安全閥既要滿足正常的液流運行，又要防止容器和管道內(nèi)的壓力超壓，起到保護作用。一般情況，安全閥設(shè)定的開啟壓力，為正常流程工作壓力的1.15倍，排放壓力為 1.05～1.15倍的開啟壓力。回座壓力應(yīng) ≥0.8倍的開啟壓力。在國內(nèi)外標準中均限制了入口管道的阻力降，且要求很嚴：國內(nèi)標準 GB/T12241-2005《安全閥一般要求》、HG/T20570.2-95《安全閥的設(shè)置和選用》規(guī)定：入口管道的阻力降不大于安全閥設(shè)定壓力（表壓）3%。因此在任何情況下，該壓力降都不得超過整定壓力的3%或大允許啟閉壓差的1/3（以兩者中的較小值為準）。
結(jié)合 API標準，國內(nèi)標準中的壓力降應(yīng)理解為管道總阻力降，包括：管道摩擦阻力降、管道靜壓力降、管道速度阻力降。管道摩擦阻力降由兩部分組成：一部分是流體在管道內(nèi)流動，由流體與管壁摩擦而引起的阻力降；另一部分是流體通過管件的變徑、變方向的部位和閥門時引起的阻力降。由于管道進出口標高不同而產(chǎn)生的壓力降稱為管道靜壓力降。由于管道或系統(tǒng)的進、出口端截面不等使流體流速變化所產(chǎn)生的壓差稱為速度壓力降。若安全閥入口管道的總壓力降超過安全閥整定壓力的3%，可增大入口管徑以降低壓力降。
2.2安全閥距離壓力波動源太近影響安全閥的正常運行
通常安全閥應(yīng)安裝在受保護的設(shè)備或管道附近，這樣到泄壓裝置入口所產(chǎn)生的壓力損失會在允許的范圍之內(nèi)。但是，如果壓力源處存在著壓力波動，且壓力的峰值接近于安全閥的整定壓力，這時安全閥應(yīng)安裝在遠離此壓力源且壓力較穩(wěn)定的地方。在HG/T20570.2-95《安全閥的設(shè)置和選用》標準中對此有明確規(guī)定。
2.3管道應(yīng)力對安全閥及其相連管道的破壞
核算在工作溫度范圍內(nèi)管道是否需要補償；同時要核算與安全閥入口管道相連的工藝管道熱脹冷縮的長度變化。通常運用計算機來計算是否需要補償，常用的軟件為 CAESAR。
二、石油化工裝置安全閥設(shè)計選型安全閥出口管道的設(shè)計
1.滿足安全閥流速要求
由于石油化工流程中輸送的介質(zhì)大都為易燃、易爆、有毒有害、帶腐蝕性液體，為防止環(huán)境污染。安全閥開啟后排放的液體必須嚴格控制，在國內(nèi)石油化工行業(yè)標準、國外ASME標準中也有相關(guān)要求。行業(yè)標準HG/T20570.2-95《安全閥的設(shè)置和選用》明確規(guī)定：安全閥出口管道直徑不小于安全閥的出口直徑；在ASME 第 VIII卷也有要求：推薦出口隔離閥的小流道面積應(yīng)等于或大于泄放閥的出口面積。因此安全閥管道設(shè)計時，排放管的通道截面積應(yīng)不小于安全閥出口截面積。當(dāng)多臺安全閥向一個總管排放時，排放總管的截面積應(yīng)保證能夠接受所有可能同時向其排放的安全閥的總排放量。
2.保證安全閥運行平穩(wěn)、可靠
2.1背壓過大造成安全閥開啟壓力偏差，流量下降，不穩(wěn)定性增加。背壓是指由排放系統(tǒng)中的壓力而在泄壓裝置出口處產(chǎn)生的壓力，分為附加背壓和排放背壓。背壓傾向于減小閥門開啟的提升力，還會使安全閥產(chǎn)生顫振和頻跳。在常規(guī)安全閥（非平衡彈簧承載式安全閥）使用中，附加背壓為恒值時，可降低彈簧載荷以補償附加背壓，這時，建議排放背壓不應(yīng)超過允許的超壓，當(dāng)允許的超壓為 10%時，排放背壓不能超過整定壓力的10%。在安全閥出口管道配置時，首先根據(jù)工藝流程圖所給管徑、安全閥的形式和整定壓力以及終管道走向布置，核算背壓是否符合規(guī)范要求。一般總背壓不大于 10%整定壓力時選用非平衡彈簧承載式安全閥；總背壓大于 10%整定壓力，小于50%整定壓力時選用平衡波紋式安全閥；當(dāng)總背壓大于5%整定壓力時，可選用先導(dǎo)式安全閥。
2.2排放管道中靜載荷以及排放時反作用力產(chǎn)生的入口應(yīng)力。不正確的安全閥排放管道設(shè)計會產(chǎn)生應(yīng)力并傳遞給安全閥及其入口管道?？赏ㄟ^正確的安裝和支撐方式、合適的管道撓度設(shè)置來消除應(yīng)力對系統(tǒng)的破壞。安全閥的排放系統(tǒng)分為開式和閉式兩種，計算其應(yīng)力分別采用不同的方法。
3.石油化工裝置安全閥設(shè)計選型安全閥出口介質(zhì)密閉排放
3.1安全閥出口管朝向向下，意味著安全閥的安裝標高必須高于火炬氣匯集管的標高，能自泄到排放總管內(nèi)。
3.2安全閥的排放管道應(yīng)坡向主管，盡量避免袋型彎，無法避免時，在低點要設(shè)易接近的放凈閥，對于易凝汽體，在低點設(shè)蒸汽伴熱管，以免積液。
3.3排放管與主管的連接，應(yīng)順介質(zhì)流向45°角斜接到放空總管頂部，既可以防止總管內(nèi)的凝液倒入支管，又可降低管路壓力降，DN≤40的管子可以90°垂直連接。
3.4安全閥出口管道應(yīng)妥善支撐，以防泄壓時過大彎矩造成管道應(yīng)力值超過許用應(yīng)力范圍，支撐方法應(yīng)根據(jù)安全閥所在的設(shè)備或管道附屬構(gòu)件的具體情況而定。
3.5應(yīng)防止出現(xiàn)任何可能導(dǎo)致排放管道阻塞的條件，必要時應(yīng)設(shè)置排泄孔，以防止雨、雪、冷凝液等積聚在排放管中。安全閥的排放及疏液應(yīng)導(dǎo)至安全地點，應(yīng)特別注意危險介質(zhì)的排放及疏液。
三、石油化工裝置安全閥設(shè)計選型結(jié)語
安全閥為石油化工生產(chǎn)裝置安全生產(chǎn)保駕護航，職責(zé)重大，其進、出口管道的設(shè)計關(guān)系安全閥能否正常運行。安全閥進、出口管道設(shè)計應(yīng)該是比較復(fù)雜的，本文從滿足安全閥流速要求，保證安全閥運行平穩(wěn)、可靠等方面結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)標準對安全閥管道設(shè)計進行闡述，供設(shè)計同行以及石油化工生產(chǎn)企業(yè)參考。與本文相關(guān)的論文：自力式煤氣調(diào)壓閥組
