石油化工安全閥設計選用 石油化工安全閥 石油化工安全閥設計選用 化工安全閥

本文介紹了石油化工裝置的分類(lèi)，選用的原則，安全閥的安裝及進(jìn)出口的配管設計要求?；景寻踩y泄放量的計算全用到了。乙酸反應系統中的一部分，由甲醇和一氧化碳在反應釜中185℃和2.9MPa壓力下反應生成乙酸，放熱反應主要由換熱器帶走15%熱量，其余隨產(chǎn)品走?，F計算反應釜頂部安全閥。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(shuō)說(shuō)爆破片。
石油化工安全閥設計選用關(guān)鍵詞：安全閥 分類(lèi) 安裝 配管 設計
在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中，為防止由于火災、操作故障、停水停電等原因可能造成設備及管道系統內壓力超過(guò)設計壓力而發(fā)生事故，應設置防止超壓用的安全泄放裝置。在非火災或火災事故情況下，安全泄放裝置籍進(jìn)口靜壓力作用開(kāi)啟，泄放流體，以防止系統內壓力超過(guò)預定的安全值。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載分享，上海五岳專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)各類(lèi)，，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閥控制的閥門(mén)，當入口處靜壓超過(guò)設定壓力時(shí)，閥瓣上升，泄放流體，以防止系統內壓力超過(guò)預定的安全值，當壓力降至回座壓力時(shí)，可自動(dòng)關(guān)閉阻止介質(zhì)繼續流出。

一、石油化工安全閥設計選用安全閥的分類(lèi)
1.按現行國家標準《安全閥 一般要求》GB/T12241-2005分類(lèi)
1.1直接載荷式
一種僅靠直接的機械加載裝置如重錘、杠桿加重錘或彈簧來(lái)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(kāi)啟。
1.3帶補充載荷式
該安全閥在其進(jìn)口壓力達到整定壓力前始終保持有一個(gè)用于增強密封的附加力，該附加力（補充載荷）可由外部能源提供，而在安全閥進(jìn)口壓力達到整定壓力時(shí)應可靠地釋放。
1.4先導式
一種依靠從導閥排出介質(zhì)來(lái)驅動(dòng)或控制的安全閥，該導閥本身應符合直接載荷式安全閥標準要求。
2.按閥瓣開(kāi)啟高度分類(lèi)
2.1全啟式，h≥1/4d0
2.2微啟式，1/4d0>h≥1/40d0
h為開(kāi)啟高度，d0為噴嘴面積。
3.按結構分類(lèi)
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。一般當排放介質(zhì)溫度超過(guò)300℃時(shí)，宜選用帶散熱片式安全閥。
3.4有波紋管和沒(méi)有波紋管
一般安全閥都沒(méi)有波紋管。有波紋管結構的安全閥稱(chēng)為平衡型安全閥，適用于介質(zhì)腐蝕性較嚴重或背壓波動(dòng)較大的情況。

二、安全閥的設置
在不正常情況下，可能超壓的以下設備和管道系統應設置安全閥：
1.頂部zui高操作壓力大于或等于0.1MPa的壓力容器應設安全閥。
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），應設安全閥。
3.在往復式壓縮機各段出口或電動(dòng)往復泵、齒輪泵或螺桿泵等容積泵的出口管道上（如設備本身已有安全閥者除外），應設安全閥。
4.凡與鼓風(fēng)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zui高壓力時(shí)，上述機泵的出口管道需設安全閥。
5.可燃氣體或液體受熱膨脹，可能超出設計壓力的設備或管道應設安全閥。
6.頂部zui高操作壓力為0.03～0.1MPa 的設備應根據工藝要求設置安全閥。
三、安全閥的選用
安全閥的選用應根據壓力容器及管道系統的操作條件、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(wú)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式安全閥。[1]
3.一般可燃、易爆或有毒介質(zhì)應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)，應選用全啟式安全閥。
5.當介質(zhì)具有腐蝕性、易結垢、易結焦，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)上以及往復壓縮機場(chǎng)所，因為在這些情況下，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。當介質(zhì)壓力達到壓力的75%以上時(shí)，能利用扳手將閥瓣提升。[3]
7.考慮背壓力時(shí)，對于彈簧式安全閥，背壓不超過(guò)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)，選用先導式安全閥。[2]
8.對于要求安全閥的密封性能特別好的場(chǎng)合，可選用先導式安全閥。另外，大口徑、大排量及高壓系統可選用先導式安全閥。

首先分析反應釜頂部安全閥的功能，也就是什么工況會(huì )超壓。這個(gè)就直接對照20570來(lái)一項一項對照，這跟設計的時(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(shuō)的方法，先裝上再計算，這里嘮叨的就是裝完了以后計算的過(guò)程。
*種超壓，外部火災，反應釜中甲醇、一氧化碳、乙酸都是具有著(zhù)火的可能，因此這個(gè)環(huán)境中要考慮外部火災。第二種超壓，進(jìn)口調節閥故障。第三種超壓是公用工程失效時(shí)。這里說(shuō)一下出口切斷閥關(guān)閉，這個(gè)反應釜的出口閥門(mén)關(guān)閉了以后會(huì )有連鎖直接將進(jìn)口的閥門(mén)關(guān)閉，因此這就不考慮出口閥門(mén)關(guān)閉的狀態(tài)。一般大型的反應器類(lèi)設備都有此安全連鎖。
這三種超壓現象，我們必須單獨計算，再選擇其中泄放量zui大的那個(gè)選取安全閥。
*種，外部火災，這個(gè)反應釜沒(méi)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)事例當時(shí)他發(fā)了論文了，我之所以沒(méi)有引用他的論文是因為他論文里面這個(gè)部分他寫(xiě)錯了，
第二種，設備入口管調節閥關(guān)閉。根據20570.2中的公式7.0.5計算，這個(gè)沒(méi)疑問(wèn)，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(méi)做用了，這時(shí)循環(huán)帶走的15%的熱量產(chǎn)生的超壓就是我們該泄放掉的部分。這里為了方便給出了Q，（沒(méi)給出Q的時(shí)候我們就拿換熱器的Q來(lái)計算）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。
對比三種，zui大的是第二種，因此就按照第二種泄放量來(lái)提安全閥的計算泄放量。再根據安全閥樣本中提供的C0值計算出喉徑面積，這個(gè)安全閥因為放的是可燃氣體，放空口會(huì )去火炬系統，因此要做背壓校正。其實(shí)現在安全閥的供應商服務(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，但是作為設計人員，會(huì )計算才是硬道理，大家根據自己的情況努力吧。
大家看到上面的計算過(guò)程很復雜，情況很多，因此我推薦大家盡量少的采用安全閥（呵呵，客觀(guān)理由，開(kāi)玩笑的，安全*），這是個(gè)過(guò)程，在剛開(kāi)始設計的時(shí)候都是安全閥特別多，然后逐漸的就減少下來(lái)了，畢竟對工藝有個(gè)理解吸收應用的過(guò)程，舉個(gè)例子，zui早我做一個(gè)廢水回用的小項目，設了101個(gè)安全閥，那可是管道上也有，設備上也有，進(jìn)口也有，出口也有。當時(shí)沒(méi)有個(gè)量的概念，也不知道101個(gè)是多還是少，后來(lái)審核給刪了80多個(gè)，后來(lái)做項目多了點(diǎn)才認識到，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(lái)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安全閥應直立安裝，并盡量靠近被保護的設備或管道。如不能靠近布置，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(guò)安全閥定壓值的3%。
1.2安全閥應安裝在壓力比較穩定，且應距振動(dòng)源有一定距離的地方。這是因為安全閥設置位置應盡量減小壓力波動(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)規定。[4，5]
1.3安全閥宜安裝在流體流態(tài)較穩定的管段部位，不應安裝在較長(cháng)的水平管道的死端，以免積聚固體物或液體。 1.4安全閥應安裝在易于檢修和調節處，宜設置檢修平臺，周?chē)凶銐虻牟僮骺臻g。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)應設吊桿。
2.配管一般要求
2.1安全閥的入口和出口配管不宜出現袋形，尤其氣體安全閥入口管不應有下凹的袋形。
2.2當安全閥入口和出口管道上設有切斷閥時(shí)，應鉛封開(kāi)或鎖開(kāi)；當切斷閥為閘閥時(shí)，閥桿應水平安裝。當安全閥設有旁路閥時(shí)，該閥應鉛封關(guān)或鎖關(guān)。
2.3當幾個(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安全閥入口配管應盡量短，并盡量靠近被保護的設備或管道。如因條件有限，安裝位置較遠時(shí)，自被保護的設備或管道到安全閥入口法蘭間zui大壓力損失不超過(guò)安全閥定壓值的3%，該壓力損失按通過(guò)安全閥的zui大流量計算得出，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(guò)安全閥定壓值的3%，可適當加大安全閥入口管徑來(lái)減少入口阻力降。
3.2安全閥入口管道應采用長(cháng)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在靠近安全閥的入口處。
3.4保護全充滿(mǎn)液體的設備所用的安全閥，要安裝在設備的頂部或頂部出口管道上。
3.5安全閥入口管道應盡量避免袋形，如不能避免，則對于易凝介質(zhì)，在袋形彎低點(diǎn)有連續流動(dòng)的排液管接至同一壓力系統，若凝液易結晶或凝固，則此排液管要伴熱；對于不凝介質(zhì)，在袋形彎的低點(diǎn)設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，見(jiàn)圖1。
4.安全閥出口配管
4.1安全閥出口管道應盡量短，出口管道的設計應考慮背壓不超過(guò)安全閥定壓的一定值。安全閥的背壓為閥開(kāi)啟前閥出口處存在的壓力與閥開(kāi)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(jiàn)前文三.（7）條，具體數值可查閱制造廠(chǎng)家資料，由工藝計算決定。
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備、平臺或有人通過(guò)的地方。
4.3.2可燃氣體、操作壓力大于4.0MPa蒸汽管道的排放管口的高度應高出以安全閥為中心，半徑為8m的范圍內的操作平臺或建筑物頂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范圍內的操作平臺或建筑物頂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，應在該管下端彎頭附近開(kāi)一個(gè)φ6～φ10mm的排液孔；對于蒸汽管道上的排液孔應接上小管道引至安全位置。
4.3.6安全閥出口管道的布置，應考慮由于泄壓排放引起的反作用力，并合理設置支架，必要時(shí)支架所在的平臺需要考慮加固。
4.4排入密閉系統時(shí)安全閥出口管道配管應注意以下幾點(diǎn)：
4.4.1石油化工裝置大多數安全閥出口管都是接至火炬總管，應避免袋形，公稱(chēng)直徑等于或大于50mm的安全閥出口管道排入密閉系統時(shí)，應順介質(zhì)流向45o斜接在排放總管的頂部，以免總管內的凝液倒流入支管，并可減少安全閥背壓。
4.4.2對于有可能用蒸汽吹掃的泄放管道，應考慮蒸汽吹掃產(chǎn)生的熱膨脹，在管道適當位置采取自然補償。
4.4.3當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)，應在低點(diǎn)易于接近處設置排液閥，以免袋形管段積液。在寒冷地區，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(xiàn)應接至安全處。圖2是某PX裝置吸附分離火炬氣低點(diǎn)排液示意圖，因為含芳烴，低點(diǎn)排液加了分液包采取密閉排放。
4.5 對于有些塔徑較大，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以下的幾層平臺上，這樣也便于安全閥檢修吊裝。
4.7對于有些塔徑較小，塔高不是很高，安全閥出口閥門(mén)可以放在頂平臺下一層布置，便于操作，見(jiàn)圖4。

五、結語(yǔ)
安全閥是石油化工裝置常用的安全泄壓裝置，關(guān)系到裝置的安全運行，因此要重視安全閥的選型、安裝設計，避免設計不當造成安全事故。本文結合安全閥的分類(lèi)、設置、安裝要求、配管設計、安裝實(shí)例等方面，供設計同行參考交流。