浅析安全阀入口处设置截断阀的规定与对策

2023-10-30郭善刚马静李永清

中国设备工程 2023年20期

郭善刚，马静，李永清

（1.北京航天动力研究所，北京 100176；2.中国特种设备检测研究院，北京 100000）

安全阀是压力容器、压力管道、锅炉等承压设备的主要安全附件，被称为超压保护的最后一道防线。出于对安全阀定期校验、检修、备份的考虑或某些特殊工况的要求，许多情况下，工程设计单位及安全阀用户希望在安全阀与被其保护承压设备之间设置截断阀（又称根部阀），当需要将安全阀从承压设备上卸下时，可将截断阀关闭后将安全阀离线。然而，何种情况下可设置截断阀以及如何设置截断阀，何种情况下不允许设置截断阀，在不同承压设备的标准规范中有不同的规定，致使从业者难以完整准确地理解和执行。针对该问题，本文系统地梳理了特种设备安全技术规范、安全阀及承压设备相关标准规范的规定，提出了相应的解决方案。

1 特种设备安全技术规范及其相关规定

1.1 特种设备安全技术规范

特种设备安全技术规范，是指国家市场监督管理总局（原质量监督检验检疫总局）依据《中华人民共和国特种设备安全法》《特种设备安全监察条例》所制定并且颁布的技术规范，包括特种设备生产、经营、使用和检验、检测等活动的强制性基本安全要求、技术和管理措施等内容，是特种设备法规标准体系的重要组成部分。因此，特种设备的生产、使用首先要遵循安全技术规范。安全阀的安全技术规范为《安全阀安全技术监察规程》（TSG ZF001-2006）。锅炉相关的安全技术规范为《锅炉安全技术规程》（TSG 11-2020）。压力容器相关的安全技术规范包括《固定式压力容器安全技术监察规程》（TSG 21-2016）、《移动式压力容器安全技术监察规程》（TSG R0005-2011）。压力管道相关的安全技术规范为《压力管道安全技术监察规程——工业管道》（TSG D0001-2009）。

1.2 特种设备安全技术规范的规定

（1）安全阀安全技术监察规程。《安全阀安全技术监察规程》是专门针对安全阀制定的安全技术规范，规定了安全阀的材料、设计、制造、检验、安装、使用、校验和维修等。规程规定，安全阀的进出口管道一般不允许设置截断阀，必须设置时，需要加铅封并且保证将截断阀锁定在全开状态，截断阀的压力等级应与安全阀的压力等级一致，截断阀的公称通径不得小于安全阀的公称通径。

（2）锅炉安全技术规程。《锅炉安全技术规程》（TSG 11-2020）是为了保障锅炉安全运行，预防和减少事故而制定的安全技术规范，适用于国家市场监管总局公布的《特种设备目录》范围内的蒸汽锅炉、热水锅炉、有机热载体锅炉。规程规定，在安全阀和锅筒之间或者安全阀与集箱之间不应当装设阀门和取用介质的管路。因此，对于隶属于《特种设备目录》范围内的锅炉系统，安全阀与锅筒、过热器、再热器、锅炉内管道之间均不允许设置截断阀。

（3）压力容器安全技术规范。《固定式压力容器安全技术监察规程》（TSG 21-2016）规定，超压泄放装置与压力容器之间一般不宜安装截断阀，对于盛装毒性危害程度为极度、高度、中度危害介质，易爆介质，腐蚀、黏性介质或者贵重介质的压力容器，为便于安全阀的清洗与更换，经使用单位安全管理负责人批准，并且制定可靠的防范措施，方可在超压泄放装置与压力容器之间安装截断阀，在正常运行期间，截断阀必须加铅封或锁定以保证全开，截断阀的结构和通径不得妨碍超压泄放装置的正常泄放。《移动式压力容器安全技术监察规程》（TSG R0005-2011）的规定与之一致。

（4）压力管道安全技术规范。《压力管道安全技术监察规程——工业管道》（TSG D0001-2009）规定，管道与安全阀（爆破片）之间一般不宜设置截断阀。管道与安全阀之间的连接管和关键的孔径，其截面积不得小于安全阀的进口截面积，其接管应短而直，安全阀入口管道的压力降小于安全阀整定压力的3%。

通过分析安全技术规范的规定，可见，锅炉设备与安全阀之间不得设置截断阀。压力容器、压力管道与安全阀之间不宜设置截断阀，如需设置须满足若干条件。

2 相关标准规范的规定

2.1 安全阀相关标准规范

《承压设备安全泄放装置选用与安装》（GB/T 37816-2019）规定安全阀的选用与安装应符合相应安全技术规范的规定，其关于截断阀设置的具体要求与《安全阀安全技术监察规程》一致。《石化工业用压力释放阀的尺寸确定、选型和安装第2 部分：安装》（GB/T 24921.2-2010）的规定可以总结为：（1）在安全阀进出口管道上安装截断阀应不违背国家的法律或规范要求；（2）对于安装截断阀后的潜在危险，必须有适当的控制措施，如用户应定期检查截断阀的启闭状态及锁定或铅封的状态，确保承压设备正常运行时截断阀处于全开的锁定状态；（3）应确保承压设备与安全阀间的管件、截断阀等造成的压力损失不超过安全阀整定压力的3%；（4）截断阀应正确选择和使用，应有阀门锁定装置以确保不危及系统的安全。截断阀应为全通径阀门，通径最小流道面积不得小于安全阀入口截面积。可选用闸阀、球阀等阀门产品，其压力等级应与安全阀一致；（5）在截断阀和安全阀之间应设置泄放阀，以便操作时泄放之间的工作介质。

2.2 压力容器相关标准规范

《压力容器第1 部分：通用要求》（GB/T 150.1-2011）规定容器与泄放装置之间一般不宜设置中间截断阀。对于连续操作的容器，可在容器与泄放装置之间设置截断阀专供检修用。容器在正常工作期间，截断阀应处于全开的位置并铅封。

3 如何设置截断阀

3.1 设置截断阀应考虑的因素

对于确需在压力容器、压力管道与安全阀之间安装截断阀的情况，须满足以下要求。

（1）确保在承压设备正常运行时截断阀处于全开状态，以免安全阀被隔离在压力系统之外，导致其失去超压保护的作用。为保证这一点，应选用具有全启锁定或铅封功能的截断阀，在日常操作中，应定期检查并记录截断阀的状态。

（2）确保安全阀与承压设备间的截断阀、管件等造成的压力损失不超过安全阀整定压力的3%，使安全阀能完全实现超压泄放的作用，避免排放时发生频跳、颤振等问题，导致排放不畅或安全阀故障。因此，应充分考虑压力损失，截断阀须选用球阀、闸阀等全通径阀门，其公称通径不得小于安全阀公称通径，其最小流道面积不得小于安全阀入口截面积。

（3）安全阀与截断阀之间应设置泄零阀，以便在拆除安全阀之前泄放出二者之间的工艺介质，泄放阀出口应根据介质情况排向安全处，确保操作安全。

3.2 设置截断阀技术方案

承压设备安装单一安全阀时，典型的截断阀设置方案如图1 所示，由安全阀、带铅封或开启锁定装置的截断阀、泄零阀、管路附件等组成。当需要离线检修或校验安全阀时，将入口处截断阀关闭，即可将安全阀从承压设备上拆除进行检修或校验。

图1 无在线备份安全阀进出口截断阀的典型安装示意

由于需设置截断阀的往往是有毒、易燃、易爆、黏性、贵重介质或需要长期连续运行的场合，许多情况下会同时设置在线备份安全阀。在线备份是指在同一工位上设置的安全阀数量大于所需数量，多余的安全阀称为在线备份安全阀，通常采用1 主1备方式。备份安全阀通常与系统压力隔离，仅在需要时才投入使用。在实际操作中，通过交错安排在用安全阀和备份安全阀的检修和校验周期，即可保持承压设备上始终有至少1 台安全阀有效。对于有备份安全阀的，除可并列采用图1所示方案外，还可用满足要求的三通截断阀方案（图2）或三通切换阀方案（图3）。

三通切换阀专门为充分发挥安全阀的作用而设计，与三通截断阀相比，具有压力损失小、可实现在线切换、可避免误操作的优点，其被设计为阀芯在任何位置时至少有1 台安全阀介入系统压力，因此可从根本上解决正常运行中的误关闭问题。三通切换阀一般由安全阀企业配套提供，按照结构可以为分为截止型（图4）、旋转型（图5）、球型（图6）三类。该方案总体结构更加紧凑，同时由于避免了直角弯头和管路附件，使得压力损失进一步降低。