浅谈限流孔板对管路系统超压保护的工艺运用

2010-09-28陈泱

化工与医药工程 2010年5期

关键词：限流安全阀排量

陈泱

（中国石化集团上海工程有限公司，上海 200120）

浅谈限流孔板对管路系统超压保护的工艺运用

陈泱

（中国石化集团上海工程有限公司，上海 200120）

研究了限流孔板作为安全仪表在管路系统中的运用，举例说明了安全仪表规格书的填写，通过对限流孔板两种工况的计算，反应了对安全阀排量的影响，从而表明了安装限流孔板后必须用限流孔板的最大流量来决定安全阀的尺寸。

限流孔板；安全阀；安全仪表

Abstract:The application of fl ow limiting ori fi ce in pipeline as safety instrument was studied in this article. The example for fi lling out the function form for safety instruments was presented. Through the calculation for the ori fi ce under two conditions, the in fl uence of ori fi ce to safety valve was determined. It was indicated that after the ori fi ce is installed, the size of safety valve shall be determined with the maximum fl ow of the ori fi ce.

Key words:fl ow limiting ori fi ce; safety valve; safety instrument

限流孔板作为节流元件，由于具有结构简单、易加工、制造成本低、安装方便等优点，在满足工艺要求的前提下，越来越多地应用在化工装置中限定流量或降低压力，可以大大地降低投资和操作维修费用。

SIS系统（即安全仪表系统）是为防止生产装置发生故障引发人身伤亡或设备损坏导致装置重大事故而设置的安全保护装置。将具有安全保护作用的限流孔板纳入SIS系统，提高限流孔板的安全等级，可以提高管路系统的安全要求。本文以某生产装置的氮气总管为例，研究限流孔板作为安全仪表，对氮气总管超压情况下的保护，以及对安全阀排量计算和选型的影响。

1 工艺介绍

1.1 流程简述

化工生产装置的公用工程通常依托全厂公用工程供给，压力等级一般分为低压系统、中压系统以及高压系统，与生产装置所需的压力等级可能存在偏差，通常会在进装置的总管上设置减压阀减至所需压力，并在减压阀后总管上设置安全阀防止减压阀故障造成管路系统超压。此时确定安全阀排放量的超压原因为自动控制阀发生故障或误操作引起的阀门全开。由此计算的安全阀尺寸和排量都会偏大，如果在减压的自立式调节阀前设置限流孔板，可以限制公用工程的流量，减小安全阀的尺寸，减少公用工程的排放。流程图见图1。

图1 装置氮气总管的调节阀设置简单流程图

1.2 确定安全仪表

安全限流孔板在流程图中表示与一般限流孔板的区别，在流量符号F后加括号Z表示此限流孔板为SIS系统，限流孔板作为安全仪表后，不经过HAZOP（危险性分析与可操作性研究）重新评估是不能被修改和删除的，此限流孔板的安全等级提高。并且限流孔板作为安全仪表，需要做安全仪表功能（缩写SIF）规格书，说明设置安全仪表的原因，安全仪表功能的描述，安全状态和操作范围，以及各种操作工况下安全仪表的活动状态等信息。详见表1。

表1 安全仪表的功能规格表

传统设计中限流孔板作为在线仪表，只需要提供限流孔板的设计工况，即入口压力、最大流量、压降以及物性，就可以计算孔径。而计算安全限流孔板因为和安全阀排量相关，所以，需要两种工况，第一种为设计工况，在最大流量，最小的压降情况下工作，计算得到限流孔板的最大可能的孔径。第二种工况为事故工况，调节阀故障全开，在已得到的计算孔径与最大的压降情况下，能通过限流孔板的最大流量。用此流量作为安全阀的泄放排量计算安全阀的泄放面积。

1.3 确定工艺参数

装置氮气最大消耗量1400Nm3/h，氮气进装置最小压力0.6 MPa(g)，正常压力0.7 MPa(g)，最大压力0.8 MPa(g)，温度为常温。装置所需压力0.55 MPa(g)，因此，自立式调节阀后设定压力为0.55 MPa(g)，总管所设安全阀定压为0.6 MPa(g)。自立式调节阀与限流孔板的压降基本平均分配时，通过的流量最大。确定的计算限流孔板工艺参数表2。

表2 限流孔板的工艺参数

1. 4 限流孔板与安全阀的计算

利用设计工况的工艺参数，运用CHEMPRO ENGINEERING SUITE软件计算孔径，结果如图2。

图2 限流孔板的孔径计算结果

得到限流孔板的孔径结果39.46 mm后，利用事故工况的工艺参数计算得到通过限流孔板的最大流量，结果如图3。

图3 限流孔板最大流量的计算结果

利用此最大流量3598.725 Nm3/h作为安全阀排量计算安全阀尺寸，泄放面积为7.52cm2，根据API526安全阀选型J阀，安全阀的额定排量为3972Nm3/h。

1.5 工艺比较

如果不设限流孔板，必须按照调节阀故障全开，通过调节阀的最大流量计算安全阀排量。在得到调节阀厂商返回的阀门Cv值的基础上，计算调节阀全开时的最大流量为8328 Nm3/h，计算泄放面积为17.41cm2，安全阀选型M阀，额定排量为11110Nm3/h。可见设置限流孔板后，明显减小了安全阀的尺寸和排量。

如果用限流孔板的限流流量1400 Nm3/h作为安全阀的泄放量，计算泄放面积为2.93cm2，安全阀选型G，额定排量为1552Nm3/h，安全阀排量显然不能满足调节阀故障时的最大流量，成为整个系统超压情况下的安全隐患，不能保证后路管道以及设备的安全。