安全閥配管設計

李曉亮陸 洋 丁 旭 中石油東北煉化工程有限公司吉林設計院 吉林 132002

安全閥配管設計

李曉亮＊陸 洋 丁 旭 中石油東北煉化工程有限公司吉林設計院 吉林 132002

介紹安全閥安裝及配管設計中的一些特點和要求。

安全閥 安裝 配管

石油化工裝置中的安全措施很重要,安全閥的設置是其中最重要的部分,其管道的設計也十分關鍵和重要,本文著重闡述了安全閥的配管設計的要求。

1 分類

安全閥是一種自動閥門,是安全泄壓裝置之一,廣泛應用于化工裝置中。它利用介質本身的壓力來排出一定數量的流體,以防止系統內壓力超過預定的安全值。當壓力恢復正常后,閥門自行關閉阻止介質繼續排出。安全閥分類有以下三種:

1.1 按國家標準《安全閥的一般要求》分類

(1)直接載荷式用重錘、杠桿加重錘或彈簧等機械載荷來克服由閥瓣下介質壓力所產生作用力的安全閥。

(2)帶動力輔助裝置式安全閥借助動力輔助裝置,可以在低于正常的開啟壓力下開啟。

(3)帶補充載荷式安全閥在進口壓力達到開啟壓力前始終保持有一增強密封的附加力,該附加力可由外來的能源提供,而在安全閥達到開啟壓力時應可靠地釋放。

(4)先導式安全閥依靠從導閥排出介質來驅動或控制。該導閥本身應符合直接載荷式安全閥標準要求。

1.2 按閥瓣開啟高度分類

(1)全啟式:h≥d/4。

h表示開啟高度,d表示噴嘴直徑。

(2)微啟式:d/4>h≥d/40

1.3 按結構分類

(1)封閉和不封閉彈簧式:一般可燃、易爆或有毒介質應選用封閉式;蒸汽或惰性氣體等可選用不封閉式。

(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,有時也可用作緊急泄壓用。

(3)帶散熱片和不帶散熱片,介質溫度高于300℃時應選用帶散熱片的安全閥。

(4)有波紋管和沒有波紋管,一般安全閥都沒有波紋管。有波紋管結構的安全閥稱為平衡型安全閥,適用于介質腐蝕性較嚴重或背壓波動較大的情況。

1.4 按平衡內壓的方式分類

按平衡內壓的方式不同可分為彈簧式、杠桿式和先導式。

2 設置

下列設備應設置安全閥:

(1)頂部操作壓力高于 0.07MPa的壓力容器。

(2)往復式壓縮機各段出口或電動往復泵、齒輪泵、螺桿泵等容積式泵的出口 (設備本身已有安全閥的除外)。

(3)凡與鼓風機、離心式壓縮機、離心泵或蒸汽往復泵出口連接的設備不能承受其最高壓力時,在機泵的出口處應設置安全閥。

(4)可燃的氣體或液體受熱膨脹,可能超過設計壓力的設備。

(5)因不凝氣積聚產生超壓的設備和管道系統。

(6)因管路兩端關閉,介質易受環境溫度影響產生熱膨脹或氣化的管道系統。

3 安裝

(1)在設備或管道上應垂直安裝安全閥。

(2)因死端容易積聚固體和液體,安全閥不應安裝在長的水平管道的死端,宜安裝在流體流態較穩定的管段部位。

(3)安全閥一般應安裝在易于檢修和調節之處,周圍要有足夠的工作空間,如立式容器的安全閥:DN80以下者,可安裝在平臺內靠外側;DN100以上者安裝在平臺外靠平臺處,借平臺可以對閥門進行維護和檢修,必要時,應設吊桿。圖 1為安全閥安裝的實例。

圖1 安全閥檢修平臺

(4)安全閥盡可能靠近被保護設備或管道安裝。由于工藝的特殊要求,不能靠近布置時,則從被保護的設備或管道到安全閥入口的管道總壓降不應超過安全閥定壓值的 3%。

4 配管

4.1 配管的一般要求

(1)安全閥入口和出口的配管應具有必要的柔性。

(2)當安全閥進出口管道上選用了閘閥作切斷閥,并應鉛封,閥桿應水平安裝,不可朝上,以免閥桿和閥板連接的銷釘腐蝕或松動時,滑板下滑而關閉閥門。

(3)安全閥入口和出口配管不宜出現袋形,尤其氣體安全閥的入口管不應有下凹的袋形管。

4.2 入口配管

(1)安全閥應垂直向上安裝在容器頂部或容器的出口管道上,要求配管盡量短,并盡量靠近被保護的設備或管道,安裝位置與被保護的容器距離較遠時,自被保護的設備接口管或管道到安全閥入口法蘭間按通過安全閥的最大流量計算的壓力損失 (入口壓力損失、管道阻力和切斷閥阻力之和)不應超過安全閥整定壓力的 3%,并由工藝系統專業復算該管道的管徑。

(2)管道上安裝的安全閥放在流體壓力比較穩定、且距波動源有一定距離的地方。

(3)用于排放氣體或蒸汽用的全啟式安全閥應該垂直安裝在氣相空間;用于排放液體的微啟式安全閥應該垂直向上安裝在液相區。

(4)采用長半徑彎頭配管。

(5)安全閥入口管道的管徑必須大于或等于安全閥入口口徑,其連接異徑管應設在靠近安全閥的入口處。

4.3 出口配管

安全閥出口管道應盡量短。設計應考慮背壓對閥的特性影響,對于彈簧式安全閥的普通型,背壓不超過安全閥定壓的 10%;波紋管型其背壓一般不宜超過安全閥定壓的 30%;對于先導式安全閥,其背壓不超過安全閥定壓的 60%。具體的數值應按照制造廠家的資料由工藝系統專業計算決定。

4.3.1 排入大氣的安全閥出口管道

(1)安全閥的出口介質允許向大氣排放時,放空管口不得朝向鄰近設備、平臺、梯子、電纜和有人通過的區域;放空管口的高度應高出以安全閥為中心,半徑為 8m的范圍內的最高操作平臺3m;而對有腐蝕性、易燃或有毒的介質,排放口要高出 15m半徑范圍內的操作平臺、設備 3.5m以上。

(2)對于排放烴類氣體的安全閥出口管道,應設置滅火用蒸汽管或氮氣管,并在地面或樓面上控制,重組份氣體的安全閥出口管道接火炬管網。

(3)安全閥排放管排入大氣時,端部切成平口,使排出物直接向上高速排出,遠離平臺等有人之處,減少對周圍環境的影響。這種方法得到廣泛的應用代替了管口切成 45°斜口的方式,在彎頭的最低處開一個Φ6～10mm淚孔,以免雨、雪或冷凝液積聚在排出管處,必要時接上小管道將凝液排放到安全的地方。

(4)安全閥排放管排出蒸汽入大氣時,端部可用三通。

(5)排入大氣的安全閥出口管道布置見圖 2。

(6)氣體安全閥出口管可以設置為帶排氣管的,但要有足夠的重疊尺寸,以防止由于反力和位移的影響,使彎頭出口脫出放空管,見圖 3。

4.3.2 排入封閉系統的安全閥管道

(1)安全閥出口管排入封閉系統的總管時,應坡向泄壓總管及分離罐,避免有袋形的配管;對于石油化工裝置大多數工藝介質的安全閥排出口都是接至火炬總管,并要求順流向 45°斜接在泄壓總管的頂部,以免總管內的凝液倒流入支管,并可減少安全閥的背壓。

圖2 幾種安全閥布置實例

圖3 帶排氣管的安全閥出口配管實例

(2)對可能有液化烴類排入的泄壓管道,因介質氣化而導致低溫的管道,應考慮采用低溫鋼,并保溫和伴熱。

(3)對于有可能用蒸汽吹掃的泄壓管道,應考慮到蒸汽吹掃產生的熱膨脹。

(4)濕氣體泄壓系統排放管內不應有袋形積液處,安全閥的安裝高度應高于泄壓系統,若受實際情況限制,安全閥出口只能低于泄壓總管或排除管需要抬高接入總管時,應在低處易于接近處設置手動放液閥,以免袋形管段積液,在寒冷地區,“袋形”管段需要蒸汽伴熱防凍,蒸汽伴熱管也可使 “袋形”管內的凝液汽化,避免積液,即使采用伴熱管,仍必須要加手動放液閥,見圖4。

4.3.3 管道的支架設置

安全閥配管及支架設置見圖 5。

圖4 濕氣安全閥出口放液閥設置示意圖

圖5 安全閥配管及支架設置示意圖

(1)安全閥的出口離安全閥近處應設置一個固定支架,經過管道應力計算后確定出口立管是否加導向架。

(2)安全閥的出口旁通線處也應設置固定支架。

(3)多個安全閥匯集的排放總管,如果各排放安全閥排放介質是高溫、中壓以上的壓力工況,除進行匯集總管的大小計算以外,還應進行流速校核,管架及強度校核,包括應力計算。

(4)安全閥應進行排出口反推力計算,應設置可靠的管架。

5 結語

(1)安全閥是石化工業中經常用到的安全泄壓裝置,關系到整個裝置的安全,因此一定要重視安全閥的設計,避免因設計不當造成安全事故。

(2)本文總結安全閥的分類、位置設置、安裝要求、配管設計和支架設計等方面,并著重說明安全閥配管設計。

1 SH 3012-2000,石油化工管道布置設計通則 [S].

2 張德姜,王懷義,劉紹葉.石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊 [M].北京:中國石化出版社,2007.

(修改回稿 2010-12-13)

＊李曉亮:工程師。2001年畢業于吉林化工學院化學工程專業。一直從事工藝配管設計工作。聯系電話:(0432)63959277,E-mail:lixiaoliang@cpene.com。