安全阀排放管的设置要求探讨

薛红伟

（西安特种设备检验检测院 西安 710065）

锅炉、压力容器和压力管道等承压类特种设备的安全阀是一种对人身安全和设备运行起重要超压保护作用的自动泄放阀。它是承压类特种设备的最后一道安全保障，具有至关重要的作用和地位。

安全阀排放管是安全阀启跳后用于排放和导引泄放介质流向安全地点的通道，是安全阀装置中一个关键的结构，由于其处于安全阀末端位置，不承压，往往被大家所忽视。认为反正是一个敞口的，内部不承压、没必要有太高要求，只要把泄放介质排到安全地点就可以了；相关的安全技术规范，如TSG G0001—2012《锅炉安全技术监察规程》、TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》、TSG D0001—2009《压力管道安全技术监察规程—工业管道》以及TSG ZF001—2006《安全阀安全技术监察规程》等对安全阀的排放管要求不一，有的甚至没有规定。即使有规定的也比较原则，如TSG G0001—2012《锅炉安全技术监察规程》规定“蒸汽锅炉安全阀的排汽管应当直通安全地点，并且有足够的流通截面积”等。

但由于安全阀排放管的材料、结构、质量、安装偏差、固定方式等原因引起的事故屡见报道，有几起事故安全阀的排放管问题甚至是事故的主要原因[1]。这引起业界对排放管的注意和关注，有必要对其进行探讨和要求。

1 排放管设置不合理现象及分析

1）排放管规格小于安全阀的出口直径。

针对这个要求相关特种设备的安全技术规范的规定种类也较多，易引起大家的多重理解，也是争议较大的地方，有与安全阀进口相比较的，也有与安全阀出口直径相比较的。但从安全角度出发，应当规定“排放管的内径不小于安全阀的出口内径”。

安全阀出口尺寸规格因安全阀的种类和排放的介质而异，针对一般排放液态介质的微启式安全阀，安全阀出口与进口等径；而对排放压缩比比较大的气态介质的全启式安全阀，在安全阀启跳时，气体的体积会增大到几倍至几百倍，出口一般要比进口大一个规格等级。因此，在设置时，不按安全阀的出口接管规格，认为只要排放管规格不小于安全阀与承压设备相连接的进口连接尺寸，将排放管的流通截面积随意缩小的做法是错误的，如图1、图2所示。

图1 排放管在安全阀出口处变径

图2 排放管在垂直段变径

TSG ZF001—2006《安全阀安全技术监察规程》对安全阀的排放管要求为“安全阀的出口管道直径不小于安全阀的出口直径”。直径（一般指外径）虽然相同，但会因管道壁厚的差异而造成实际的排放管道的截面积小于安全阀出口截面积。因此，规定“排放管的内径不小于安全阀的出口内径”是合理的，且不易引起误解或多重理解。

2）排放管的焊缝质量无要求。

根据多起事故安全阀排放管的破坏结果统计，排放管的失效大多是从排放管道的对接环焊缝处或焊缝中的未焊透处、气孔夹渣处开裂的。

安全阀开启时，排放介质会在安全阀连接处、出口处及排放管内等处产生很大的反作用力，在排放管的弯头、变径等处产生剪应力及弯曲应力，在管道的薄弱处如焊缝处产生开裂甚至断裂破坏，如图3中的A、B部位。根据HG/T 20570.2—1995《工艺系统工程设计技术规定——安全阀的设置和选用》标准，安全阀在开启时介质产生的反作用力按式（1）进行计算：式中：

FR——安全阀的排放反作用力，N；

W——安全阀排放量，kg/h；

k——气体的绝热系数；

T——排放气体的温度，K；

M——排放气体的分子量；

A0——安全阀排放管截面积，mm2；

p2——排放管出口静压力，MPa。

根据该标准和式（1）对1992年06月发生的一起因排放管引起的事故安全阀参数（安全阀喉径15mm，整定压力16MPa）进行计算，在图3中A处焊缝部位的应力达444MPa[1]，这个应力一般碳素钢管或劣质钢管是无法满足的。

图3 泄放介质作用在排放管的焊缝部位示意图

因此，应要求排放管焊缝的质量无影响强度的缺陷，接头力学性能不低于两侧相连接母材的性能。

3）排放管使用非标准材料。

排放管在安全阀开启后要承受较大的反作用力，如果强度不足，必然会引起排放管变形甚至断裂。在排放管设计时，一定要按设计标准对其进行强度校核；在安装时，一定要按设计要求选用符合管材标准的材料和规格，切不可为节省成本用非标准材料或低强度材料替代。

4）排放管与安全阀出口法兰不同轴。

因安装误差、材料规格、材料尺寸偏差等原因导致的排放管与安全阀出口法兰（或丝接口）不同轴，或同轴度偏差较大，在介质排放时的反作用力作用下，同样会在安全阀连接处、安全阀出口处及排放管上出现弯曲应力引发事故。

5）疏水阀关闭或疏水管堵塞。

TSG G0001—2012《锅炉安全技术监察规程》第6.1.13条规定，“安全阀排汽管底部应当装有接到安全地点的疏水管，在疏水管上不应当装设阀门。”

对有冷凝水（液）产生的场合，在排放管上应当安装有疏水管，疏水管上不应装设阀门。但实际情况是好多疏水管上都装设了疏水阀，这样疏水阀误关闭和疏水管堵塞等会造成冷凝水（液）对安全阀、排放管等的腐蚀，引起安全阀的失效和排放管的腐蚀破坏，也导致了多起事故的发生。

6）排放管不固定。

安全阀排放管无支架、管卡或吊架固定，这也是在特种设备检验时经常发现的一种普遍现象。

排放管不固定，一方面会在安全阀启跳时介质高速度流出引起排放管的颤动或摆动；另一方面会由于泄放介质引起的反力作用到安全阀、管口及排放管上，导致事故发生。如图4所示。

如果在安全阀装置设计和安装过程中，设置如图5所示的管架和固定装置，泄放介质的反力作用到管架上，从而改善了安全阀装置的受力状况，避免在关键部位承受较大的力和力矩，防止事故的发生。

7）排放管结构要尽量避免曲折和急转弯。

排放管结构复杂、曲折多、有急转弯等现象时，会引起介质泄放时阻力的增加。一方面形成较大的背压力，影响安全阀的正常启跳；另一方面，同样会形成反力作用在各连接部位。

2 结束语

图4 两种设置不合理安全阀排放管示意图

图5 安全阀排放管支架固定示意图

安全阀是承压类特种设备安全的最后一道防线，看似简单，但关系到特种设备的安全运行，一定要保证安全阀装置的正确设置。排放管处于安全阀装置的末端，加之相关的安全技术规范和产品标准对排放管的规定很少，或没有或语焉不详，因此易被大家忽视。但因安全阀开启时，介质泄放引起的反作用力对排放管的材料性能、结构、焊缝质量、安装偏差等提出了较高的要求。在承压设备安全阀装置设计、安装、检验时，注意以下几方面内容：

1）排放管的内径不应小于安全阀的出口内径；

2）排放管的焊接和焊缝质量应按相连接的特种设备作相同要求；

3）排放管的材料满足强度要求，禁止使用非标准材料代替；

4）排放管安装时，要保证其与安全阀出口同轴度；

5）排放管上安装的疏水管保证畅通，一般不应安装疏水阀；

6）排放管要用相应的管架、管卡等进行固定；

7）排放管应尽可能短，结构上要尽量避免曲折和急转弯。

建议在特种设备安全技术规范和相关标准中增加相应的内容，以引起大家足够的重视，以保证特种设备的安全运行。

[1] 贾文涛．安全阀排放管引起的事故[J]．中国锅炉压力容器安全，1992，8(06)：35-36.

[2] 秧未．一起安全阀排放管爆管事故的原因分析及预防[J]．安全健康及环境，2004，4(10)：6-7.

[3] 谭永新，王金玉，杨明．安全阀反力计算及出口管道设计浅析[J]．氮肥技术，2011，32(03)：1-3.

[4] HG/T 20570.2—1995 工艺系统工程设计技术规定——安全阀的设置和选用[S].