浅析石油化工装置安全阀进出口管道设计
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摘 要：在石油化工装置安全阀工程设计中人们一般只重视安全阀设定压力与排量,而忽视安全阀的进、出口管道设计,但安全阀进、出口管道设计的正确与否对安全阀能否在设定的压力与排量下工作影响极大。因此,要使安全阀真正起到保护设备与管道的作用,一定要重视安全阀的进、出口管道设计。现根据工程实践, 就石油化工装置安全阀的进、出口管道设计进行探讨，供同行在设计中参考。
关键词：安全阀 进口管道 出口管道 配管设计
管道是设备或元件间介质传递的重要部件，是工业产品的神经。管道的设计是工业产品设计中最复杂、最繁琐的部分。石油化工装置是由机、泵、阀和塔、罐、容器等设备组成。按这些设备各自的功能，由管道将它们有机地结合在一起。
一、安全阀进口管道的设计
1.满足安全阀开启流速要求
安全阀按开启高度分类有微启式和全启式及中启式三种开启方式。
1.1微启式安全阀
微启式安全阀指阀瓣的开启高度是阀座内径的1/15~1/20。微启式安全阀的动作特性是比例作用式的。
1.2全启式安全阀
全启式安全阀是指阀瓣的开启高度是阀座内径1/3~1/4。全启式安全阀的动作特性属于两段作用式安全阀。
1.3中启式安全阀
中启式安全阀是指阀瓣的开启高度介于微启式与全启式之间。其动作特性通常相当于安全泄放阀。
对于液压系统上用的安全阀，采用微启式，而对大型石油化工工艺流程中用的安全阀，普遍采用全启式。安全阀的配管，入口管道直径不小于安全阀的入口直径；要求压力容器与泄压阀之间的所有管道和管件通孔的面积应与安全阀入口的面积相同。在一般设计工程中入口隔离阀的最小流道面积选用等于或大于安全阀的入口面积。
2.保证安全阀运行平稳、可靠
影响安全阀可靠运行的主要原因如下。
2.1入口管道的阻力降太大，安全阀产生颤振，安全阀既要满足正常的液流运行，又要防止容器和管道内的压力超压，起到保护作用。一般情况，安全阀设定的开启压力，为正常流程工作压力的1.15倍，排放压力为 1.05~1.15倍的开启压力。回座压力应 ≥0.8倍的开启压力。在国内外标准中均限制了入口管道的阻力降，且要求很严：国内标准 GB/T12241-2005《安全阀一般要求》、HG/T20570.2-95《安全阀的设置和选用》规定：入口管道的阻力降不大于安全阀设定压力（表压）3%。因此在任何情况下，该压力降都不得超过整定压力的3%或最大允许启闭压差的1/3（以两者中的较小值为准）。
结合 API标准，国内标准中的压力降应理解为管道总阻力降，包括：管道摩擦阻力降、管道静压力降、管道速度阻力降。管道摩擦阻力降由两部分组成：一部分是流体在管道内流动，由流体与管壁摩擦而引起的阻力降；另一部分是流体通过管件的变径、变方向的部位和阀门时引起的阻力降。由于管道进出口标高不同而产生的压力降称为管道静压力降。由于管道或系统的进、出口端截面不等使流体流速变化所产生的压差称为速度压力降。若安全阀入口管道的总压力降超过安全阀整定压力的3%，可增大入口管径以降低压力降。
2.2安全阀距离压力波动源太近影响安全阀的正常运行
通常安全阀应安装在受保护的设备或管道附近，这样到泄压装置入口所产生的压力损失会在允许的范围之内。但是，如果压力源处存在着压力波动，且压力的峰值接近于安全阀的整定压力，这时安全阀应安装在远离此压力源且压力较稳定的地方。在HG/T20570.2-95《安全阀的设置和选用》标准中对此有明确规定。
2.3管道应力对安全阀及其相连管道的破坏
核算在工作温度范围内管道是否需要补偿；同时要核算与安全阀入口管道相连的工艺管道热胀冷缩的长度变化。通常运用计算机来计算是否需要补偿，常用的软件为 CAESAR。
二、安全阀出口管道的设计
1.满足安全阀流速要求
由于石油化工流程中输送的介质大都为易燃、易爆、有毒有害、带腐蚀性液体，为防止环境污染。安全阀开启后排放的液体必须严格控制，在国内石油化工行业标准、国外ASME标准中也有相关要求。行业标准HG/T20570.2-95《安全阀的设置和选用》明确规定：安全阀出口管道直径不小于安全阀的出口直径；在ASME 第 VIII卷也有要求：推荐出口隔离阀的最小流道面积应等于或大于泄放阀的出口面积。因此安全阀管道设计时，排放管的通道截面积应不小于安全阀出口截面积。当多台安全阀向一个总管排放时，排放总管的截面积应保证能够接受所有可能同时向其排放的安全阀的总排放量。
2.保证安全阀运行平稳、可靠
2.1背压过大造成安全阀开启压力偏差，流量下降，不稳定性增加。背压是指由排放系统中的压力而在泄压装置出口处产生的压力，分为附加背压和排放背压。背压倾向于减小阀门开启的提升力，还会使安全阀产生颤振和频跳。在常规安全阀（非平衡弹簧承载式安全阀）使用中，附加背压为恒值时，可降低弹簧载荷以补偿附加背压，这时，建议排放背压不应超过允许的超压，当允许的超压为 10%时，排放背压不能超过整定压力的10%。在安全阀出口管道配置时，首先根据工艺流程图所给管径、安全阀的形式和整定压力以及最终管道走向布置，核算背压是否符合规范要求。一般总背压不大于 10%整定压力时选用非平衡弹簧承载式安全阀；总背压大于 10%整定压力，小于50%整定压力时选用平衡波纹式安全阀；当总背压大于5%整定压力时，可选用先导式安全阀。
2.2排放管道中静载荷以及排放时反作用力产生的入口应力。不正确的安全阀排放管道设计会产生应力并传递给安全阀及其入口管道。可通过正确的安装和支撑方式、合适的管道挠度设置来消除应力对系统的破坏。安全阀的排放系统分为开式和闭式两种，计算其应力分别采用不同的方法。
3.安全阀出口介质密闭排放
3.1安全阀出口管朝向向下,意味着安全阀的安装标高必须高于火炬气汇集管的标高，能自泄到排放总管内。
3.2安全阀的排放管道应坡向主管，尽量避免袋型弯，无法避免时，在低点要设易接近的放净阀，对于易凝汽体，在低点设蒸汽伴热管，以免积液。
3.3排放管与主管的连接，应顺介质流向45°角斜接到放空总管顶部，既可以防止总管内的凝液倒入支管，又可降低管路压力降，DN≤40的管子可以90°垂直连接。
3.4安全阀出口管道应妥善支撑，以防泄压时过大弯矩造成管道应力值超过许用应力范围，支撑方法应根据安全阀所在的设备或管道附属构件的具体情况而定。
3.5应防止出现任何可能导致排放管道阻塞的条件，必要时应设置排泄孔，以防止雨、雪、冷凝液等积聚在排放管中。安全阀的排放及疏液应导至安全地点，应特别注意危险介质的排放及疏液。
三、结语
安全阀为石油化工生产装置安全生产保驾护航，职责重大，其进、出口管道的设计关系安全阀能否正常运行。安全阀进、出口管道设计应该是比较复杂的，本文从满足安全阀流速要求，保证安全阀运行平稳、可靠等方面结合国内外相关标准对安全阀管道设计进行阐述，供设计同行以及石油化工生产企业参考。
参考文献
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