安全阀配管设计

2011-11-07李晓亮陆中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院吉林132002

化工设计 2011年1期

关键词：配管安全阀入口

李晓亮陆洋丁旭中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院吉林 132002

安全阀配管设计

李晓亮＊陆洋丁旭中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院吉林 132002

介绍安全阀安装及配管设计中的一些特点和要求。

安全阀安装配管

石油化工装置中的安全措施很重要,安全阀的设置是其中最重要的部分,其管道的设计也十分关键和重要,本文着重阐述了安全阀的配管设计的要求。

1 分类

安全阀是一种自动阀门,是安全泄压装置之一,广泛应用于化工装置中。它利用介质本身的压力来排出一定数量的流体,以防止系统内压力超过预定的安全值。当压力恢复正常后,阀门自行关闭阻止介质继续排出。安全阀分类有以下三种:

1.1 按国家标准《安全阀的一般要求》分类

(1)直接载荷式用重锤、杠杆加重锤或弹簧等机械载荷来克服由阀瓣下介质压力所产生作用力的安全阀。

(2)带动力辅助装置式安全阀借助动力辅助装置,可以在低于正常的开启压力下开启。

(3)带补充载荷式安全阀在进口压力达到开启压力前始终保持有一增强密封的附加力,该附加力可由外来的能源提供,而在安全阀达到开启压力时应可靠地释放。

(4)先导式安全阀依靠从导阀排出介质来驱动或控制。该导阀本身应符合直接载荷式安全阀标准要求。

1.2 按阀瓣开启高度分类

(1)全启式:h≥d/4。

h表示开启高度,d表示喷嘴直径。

(2)微启式:d/4>h≥d/40

1.3 按结构分类

(1)封闭和不封闭弹簧式:一般可燃、易爆或有毒介质应选用封闭式;蒸汽或惰性气体等可选用不封闭式。

(2)带扳手和不带扳手:扳手的作用主要是检查阀瓣的灵活程度,有时也可用作紧急泄压用。

(3)带散热片和不带散热片,介质温度高于300℃时应选用带散热片的安全阀。

(4)有波纹管和没有波纹管,一般安全阀都没有波纹管。有波纹管结构的安全阀称为平衡型安全阀,适用于介质腐蚀性较严重或背压波动较大的情况。

1.4 按平衡内压的方式分类

按平衡内压的方式不同可分为弹簧式、杠杆式和先导式。

2 设置

下列设备应设置安全阀:

(1)顶部操作压力高于 0.07MPa的压力容器。

(2)往复式压缩机各段出口或电动往复泵、齿轮泵、螺杆泵等容积式泵的出口 (设备本身已有安全阀的除外)。

(3)凡与鼓风机、离心式压缩机、离心泵或蒸汽往复泵出口连接的设备不能承受其最高压力时,在机泵的出口处应设置安全阀。

(4)可燃的气体或液体受热膨胀,可能超过设计压力的设备。

(5)因不凝气积聚产生超压的设备和管道系统。

(6)因管路两端关闭,介质易受环境温度影响产生热膨胀或气化的管道系统。

3 安装

(1)在设备或管道上应垂直安装安全阀。

(2)因死端容易积聚固体和液体,安全阀不应安装在长的水平管道的死端,宜安装在流体流态较稳定的管段部位。

(3)安全阀一般应安装在易于检修和调节之处,周围要有足够的工作空间,如立式容器的安全阀:DN80以下者,可安装在平台内靠外侧;DN100以上者安装在平台外靠平台处,借平台可以对阀门进行维护和检修,必要时,应设吊杆。图 1为安全阀安装的实例。

图1 安全阀检修平台

(4)安全阀尽可能靠近被保护设备或管道安装。由于工艺的特殊要求,不能靠近布置时,则从被保护的设备或管道到安全阀入口的管道总压降不应超过安全阀定压值的 3%。

4 配管

4.1 配管的一般要求

(1)安全阀入口和出口的配管应具有必要的柔性。

(2)当安全阀进出口管道上选用了闸阀作切断阀,并应铅封,阀杆应水平安装,不可朝上,以免阀杆和阀板连接的销钉腐蚀或松动时,滑板下滑而关闭阀门。

(3)安全阀入口和出口配管不宜出现袋形,尤其气体安全阀的入口管不应有下凹的袋形管。

4.2 入口配管

(1)安全阀应垂直向上安装在容器顶部或容器的出口管道上,要求配管尽量短,并尽量靠近被保护的设备或管道,安装位置与被保护的容器距离较远时,自被保护的设备接口管或管道到安全阀入口法兰间按通过安全阀的最大流量计算的压力损失 (入口压力损失、管道阻力和切断阀阻力之和)不应超过安全阀整定压力的 3%,并由工艺系统专业复算该管道的管径。

(2)管道上安装的安全阀放在流体压力比较稳定、且距波动源有一定距离的地方。

(3)用于排放气体或蒸汽用的全启式安全阀应该垂直安装在气相空间;用于排放液体的微启式安全阀应该垂直向上安装在液相区。

(4)采用长半径弯头配管。

(5)安全阀入口管道的管径必须大于或等于安全阀入口口径,其连接异径管应设在靠近安全阀的入口处。

4.3 出口配管

安全阀出口管道应尽量短。设计应考虑背压对阀的特性影响,对于弹簧式安全阀的普通型,背压不超过安全阀定压的 10%;波纹管型其背压一般不宜超过安全阀定压的 30%;对于先导式安全阀,其背压不超过安全阀定压的 60%。具体的数值应按照制造厂家的资料由工艺系统专业计算决定。

4.3.1 排入大气的安全阀出口管道

(1)安全阀的出口介质允许向大气排放时,放空管口不得朝向邻近设备、平台、梯子、电缆和有人通过的区域;放空管口的高度应高出以安全阀为中心,半径为 8m的范围内的最高操作平台3m;而对有腐蚀性、易燃或有毒的介质,排放口要高出 15m半径范围内的操作平台、设备 3.5m以上。

(2)对于排放烃类气体的安全阀出口管道,应设置灭火用蒸汽管或氮气管,并在地面或楼面上控制,重组份气体的安全阀出口管道接火炬管网。

(3)安全阀排放管排入大气时,端部切成平口,使排出物直接向上高速排出,远离平台等有人之处,减少对周围环境的影响。这种方法得到广泛的应用代替了管口切成 45°斜口的方式,在弯头的最低处开一个Φ6～10mm泪孔,以免雨、雪或冷凝液积聚在排出管处,必要时接上小管道将凝液排放到安全的地方。

(4)安全阀排放管排出蒸汽入大气时,端部可用三通。

(5)排入大气的安全阀出口管道布置见图 2。

(6)气体安全阀出口管可以设置为带排气管的,但要有足够的重叠尺寸,以防止由于反力和位移的影响,使弯头出口脱出放空管,见图 3。

4.3.2 排入封闭系统的安全阀管道

(1)安全阀出口管排入封闭系统的总管时,应坡向泄压总管及分离罐,避免有袋形的配管;对于石油化工装置大多数工艺介质的安全阀排出口都是接至火炬总管,并要求顺流向 45°斜接在泄压总管的顶部,以免总管内的凝液倒流入支管,并可减少安全阀的背压。

图2 几种安全阀布置实例

图3 带排气管的安全阀出口配管实例

(2)对可能有液化烃类排入的泄压管道,因介质气化而导致低温的管道,应考虑采用低温钢,并保温和伴热。

(3)对于有可能用蒸汽吹扫的泄压管道,应考虑到蒸汽吹扫产生的热膨胀。

(4)湿气体泄压系统排放管内不应有袋形积液处,安全阀的安装高度应高于泄压系统,若受实际情况限制,安全阀出口只能低于泄压总管或排除管需要抬高接入总管时,应在低处易于接近处设置手动放液阀,以免袋形管段积液,在寒冷地区,“袋形”管段需要蒸汽伴热防冻,蒸汽伴热管也可使 “袋形”管内的凝液汽化,避免积液,即使采用伴热管,仍必须要加手动放液阀,见图4。

4.3.3 管道的支架设置

安全阀配管及支架设置见图 5。