安全阀校验用空气缓冲罐施工图的讨论

李崇勇 王 伯 张 光

(中国石油辽阳石油化纤公司机械检修部 辽阳 111003)

安全阀校验用空气缓冲罐施工图的讨论

李崇勇 王 伯 张 光

(中国石油辽阳石油化纤公司机械检修部 辽阳 111003)

安全阀校验时空气缓冲罐通常当作气瓶使用。结合一例高压空气缓冲罐施工图，从制造的工艺审图角度对缓冲罐的设计参数、设计准则及安全附件的符合性进行了分析讨论，认为安全阀校验用空气缓冲罐的建造应考虑对疲劳失效风险的控制。建议安全阀校验用空气缓冲罐施工图完善设计参数、管口接头、设计准则及技术要求，以保证安全阀校验时缓冲罐的本质安全，供安全阀校验应用缓冲罐建造与使用等相关各方参考。

缓冲罐 设计准则 安全附件

某机修厂在制造高压容器的同时修理阀门。该厂的阀门维修车间采用小型压缩机和缓冲罐为校验安全阀提供高压空气。由于没有高压容器设计资质，由厂设计科对安全阀校验用压缩空气缓冲罐（简称缓冲罐）进行委托设计。缓冲罐施工图设计文件于今年3月完成，由该厂自行制造。厂技术科在制造过程施工图工艺性审图时，发现几个影响缓冲罐本质安全的不符合问题，经与阀门维修车间核实缓冲罐使用过程并得到确认后，将此问题及建议反馈给设计单位。设计单位修改设计文件后，该厂于9月完成了缓冲罐的制造。现对缓冲罐原设计的不符合问题进行讨论，以供安全阀校验用缓冲罐建造与使用等相关各方参考。这是一台安装在室内的两鞍座卧式容器（由两件封头与圆筒组焊而成），罐体圆筒选用φ219×22mm的GB/T 6479中16Mn钢管，封头则是内表面为球面而外表面为平盖形的16MnⅣ锻件。施工图要求缓冲罐按TSG R0004—2009、GB 150、NB/T 47042、HG/T 20584建造，为Ⅲ类高压容器，技术特性见表1。

表1 技术特性

1 设计参数

设计压力与设计温度是压力容器的重要设计参数，两者一起作为设计载荷条件，前者决定容器受压元件的计算应力水平，而后者则决定容器受压元件材料的设计应力强度和冲击韧性。设计压力与设计温度的确定关系容器的安全性与经济性的协调统一，而合理确定则需要根据设计条件按规程标准规定的原则进行。

对于设计压力，缓冲罐施工图中注明：安全泄放装置在管道中考虑。按TSG R0004—2009中8.2（4）规定[1]：压力容器工作压力低于压力源压力时，在通向压力容器进口的管道上应当装设减压阀，如因介质条件减压阀无法保证可靠工作时，可用调节阀代替减压阀，在减压阀或者调节阀的低压侧，应当装设安全阀和压力表。若减压阀的最高压力调定为缓冲罐的工作压力26MPa（忽略管道压降损失），而当缓冲罐设计压力为29MPa时，按GB 150.1附录B确定安全阀的整定压力[2]：缓冲罐的超压限度（Δp）应不大于设计压力的10%或20kPa中的较大值，即Δp ≤ 2.9 MPa；安全阀整定压力偏差（δ）不应超过±3%pz或±0.015MPa的较大值。

1）取pz= 1.05pw，pw= 26MPa，则pz=27.3MPa，考虑δ = ± 0.819MPa，pz= 26.48～28.12MPa。

根据安全阀相关压力与整定压力之间的关系[3]，并考虑整定压力偏差（δ）得出：

ph≥0.85pz（22.51～23.90MPa），最小ph的上限值＜pw。

pt= 0.9pz（23.83～25.31MPa），pt的上限值＜pw。

pf≤1.10pz（29.13～30.93MPa），最大pf的上限值＜p+Δp（31.9MPa）。

可见，当pz= 27.3MPa时，尽管安全阀的最大pf的上限值满足容器的超压限度要求能够安全泄放，但由于pt的上限值＜pw，安全阀的密封性能达不到要求。

2）取pz= 1.1pw，pw= 26MPa，则pz= 28.6MPa，考虑δ = ± 0.858MPa，pz= 27.74～29.46MPa。

根据安全阀相关压力与整定压力之间的关系[3]，并考虑整定压力偏差（δ）得出：

ph≥0.85pz（23.58～25.04MPa），最小ph的上限值＜pw。

pt= 0.9pz（24.97～26.51MPa），pt的下限值＜pw。

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pf≤1.10pz（30.51～32.41MPa），最大pf的上限值＞p +Δp（31.9MPa）。

可见，当pz= 28.6MPa时，安全阀的最大pf的上限值大于容器的超压限度，并且pt的下限值＜pw，密封仍然达不到要求。

由上分析表明，按GB 150.1附录B确定的安全阀整定压力满足不了安全阀的密封性能要求。缓冲罐应根据安全阀的整定压力合理确定设计压力，具体可参考文献[3]。

文中符号：

pw──缓冲罐工作压力，MPa；

p ──缓冲罐设计压力，MPa；

pz──安全阀整定压力，MPa；

pf──安全阀排放压力，MPa；

ph──安全阀回座压力，MPa；

pt──安全阀密封试验压力，MPa；

δ──安全阀整定压力偏差，MPa；

Δp──缓冲罐超压限度，MPa。

2 设计准则

鉴于阀门维修车间每月的检修校验安全阀工作量不确定，时而多时而少，旺季在装置大检修时往往为大批量（如今年公司大检修时，2个月维修校验安全阀的数量达2300多台），且校验的整定压力各不相同，或旧阀检修校验或新阀使用前的整定压力标定，而淡季则仅仅几台阀甚至可能一台阀都没有。实际上阀门校验时，缓冲罐相当于气瓶使用，即根据所需校验的阀门压力与数量，将缓冲罐充至一定工作压力（≤26MPa），然后关闭压缩机和进口阀。校验阀门时打开缓冲罐的出口阀，随着阀门校验的进行，缓冲罐内空气量在逐渐减少，压力也随之降低，可能到完成阀门校验时缓冲罐的工作压力降为0或尚有余压，若有余压待下次校验时或继续使用或需要再补充一定压力后使用，若后期不再校验阀门，可能将缓冲罐余压放空为0。总之，缓冲罐在使用时存在这样的压力循环：0→≤26MPa→0或0→≤26MPa→余压→2次充压→余压或0。

若每周检修校验阀门时缓冲罐按上面压力循环2次计算，则一年52周压力循环次数累计为104次。由此可见，在缓冲罐设计使用年限10年内，检修校验阀门时缓冲罐累计压力循环为1040次，已超过1000 次[4]。所以，缓冲罐应按JB 4732—1995中附录C进行疲劳失效的分析设计。

对于疲劳失效，容器建造的要点是控制峰值应力，而容器设计要解决的问题是尽可能降低由于局部应力集中如结构或材料和制造缺陷（尤其是焊接缺陷）等的不连续引起的峰值应力，这比提高钢材的冲击韧性（或降低冲击试验温度）对疲劳容器的本质安全更为有效。

3 管口接头

缓冲罐施工图的管口只开设了3个管接头（螺纹连接），即空气进、出口与排污口。尽管“安全泄放装置在管道中考虑”，但是缓冲罐也应装设压力表，以指示缓冲罐在充压时或使用过程降压时的罐内压力，便于阀门校验时的安全操作。所以，缓冲罐管口中应增设压力表接头。

4 结束语

在安全阀检修校验时，缓冲罐通常相当于气瓶，在使用过程中存在这样压力循环：0→≤26MPa→余压→2次充压→余压或0。为保证缓冲罐的本质安全，建议施工图设计应做如下完善：

1）应考虑疲劳失效的可能性，按JB 4732—1995中附录C进行疲劳失效的分析设计，并提出相应技术要求，给出缓冲罐充压使用时对压力循环次数限制的说明；

2）为安全阀校验时方便并安全使用，缓冲罐应增设压力表管口接头。

[1] TSG R0004—2009 固定式压力容器安全技术监察规程及释义[S]．

[2] GB 150—2011 压力容器及释义[S]．

[3]李崇勇，张雅新，张光．液化石油气储罐安全阀整定压力确定的讨论[J]．中国特种设备安全，2015，31(9)：27-30．

[4] JB 4732—1995 钢制压力容器—分析设计标准(2005年确认)[S]．

Discussion on the Construction Drawing of Air Buffer Tank for the Safety Valves Verification

Li Chongyong Wang Bo Zhang Guang
(Petrochina Liaoyang Petrochemical Fibre Company Machinery Maintenance Department Liaoyang 111003)

The air buffer tank is often used as gas cylinders for the safety valves verification. Take a construction drawing of high pressure air buffer tank for instance, the design parameter, design criteria and conformity of safety accessories have been analyzed and discussed form drawing audit of manufacturing procedures, it is considered that the fatigue failure risk should be considered and controlled in air buffer tank construction for the safety valves verification. It is suggested to perfect the design parameter, nozzle joint, design criteria and requirements in drawing, which could ensure the essential safety and provide reference for the construction, use and other units of air buffer tank for the safety valves verification.

Buffer tank Design criteria Safety accessories

X924

B

1673-257X(2017)04-0040-02

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.04.008

李崇勇(1982～)，男，本科，工程师，从事压力容器建造工作。

2016-09-02）