石化装置安全阀进出口管道设计浅谈

吕宁

（天津市化工设计院，天津 300193）



石化装置安全阀进出口管道设计浅谈

吕宁

（天津市化工设计院，天津 300193）

摘要：石油化工企业在我国经济发展中扮演着重要角色，而安全阀是石油化工装置中非常重要的安全设施，其进出口管道设计是否合理对安全阀的正常使用影响很大。本文对石化装置安全阀的进出口管道设计要点进行粗浅论述，结合多年化工项目设计经验总结在设计中应该的事项，供广大石化工作者参考。

关键词：石化装置；安全阀；进口管道；出口管道

随着我国经济的发展，能源的需求也日益增大，而安全阀是石油化工企业中非常重要的安全设施，所以对其进行研究有着很大的实践意义。目前对安全阀的研究大多集中于排量和压力方面，而对其配管设计的重视则明显不够，这样就无法达到保证安全阀正常工作的要求，本文主要根据前人及本人工作、实践，对安全阀的进出口管道设计要点进行研究，以供参考。

1　石化装置安全阀进口管的设计

1.1安全阀进口管设计要降低其压力降，从而保证运行平稳

安全阀的主要作用在于对石油化工装置起到保护作用，而保证进口管道的压力降低于安全阀定压值的3%或最大允许启闭压差的1/3（以在实际排放时的较小者为准）是其基本要求。目前通常使用的降低安全阀进口管压力降的办法主要包括：第一，安全阀尽可能安装在容器的顶部或者出口管上，并且要离被保护的设备或管道尽可能近，其配管应短而直；第二，被保护设备的安全阀进口接管的直径应该大于或者等于安全阀进口口径，大小头应靠近安全阀进口处；第三，安全阀进口处使用弯头时应采用R1.5D的长半径弯头；第四，如果采用了先导式安全阀，从设备或管道直接取压时，可不受进口管的压力降小于安全阀定压值的3%的限制，此时需要使用两个连接管，分别连到主阀和导阀上。

为了进一步稳定安全阀的压力环境，其设置应该远离压力波动源，并且要远离压缩机等产生强大振动和破坏的大型设备［1］。

1.2安全阀进口管设计要符合开启流速要求

目前我国石油化工行业使用的安全阀开启强度主要包括微启式、中启式和全启式，不同的开启强度适用于不同的保护系统。

微启式安全阀是其中最小开启强度的安全阀，主要包括两种：阀瓣开启高度在1/20流道直径以上和开启高度在1/40流道直径以上，微启式安全阀主要用于液体系统中。中启式安全阀是开启强度介于微启式和全启式之间的安全阀，与安全泄放阀作用相同。全启式安全阀是阀瓣开启高度在1/4流道直径以上的安全阀，主要用于气体系统中［2］。

在设计安全阀进口管时要符合开启流速要求，首先是安全阀进口接管的直径应该大于或者等于安全阀进口口径；其次要保证安全阀和被保护系统之间的所有管道、管件的通孔面积与安全阀进口面积保持一致或略大；若安全阀进口管上设置有隔离阀，那么该隔离阀的最小流道面积应与安全阀进口面积保持一致或略大。

此外，安全阀的进口管道应该尽量设计为自泄状态，使其能够回流到被保护的设备或系统中。如被保护系统温度较高，还应考虑热应力对安全阀连接管道的影响。

2　石化装置安全阀出口管的设计

2.1安全阀出口管设计要符合泄放流速要求

石油化工生产中涉及的大多为易燃、易爆、有毒、腐蚀性等流体介质，一旦发生泄露对环境会造成很大污染，所以需要对安全阀开启后排放的流体介质进行严格控制，须符合我国关于石油化工生产排放的要求。而安全阀系统若设计不当还会造成不同程度的经济损失甚至人员伤亡，因此安全阀管道系统的正确设置也变得至关重要。根据石油化工设计中常用的行业标准HG/T 20570.2-1995《安全阀的设置和选用》一书，其对安全阀排放系统出口管的设计作出了规定：①安全阀出口管道直径大小要控制在安全阀出口口径之上，若出口管道上存在隔离阀，要保证隔离阀的最小流道面积大于安全阀排放面积［3］。②在实际生产中经常出现设置多台安全阀的情况，当多台安全阀向同一个总管排放时需要保证总管的截面积能够承受多台安全阀同时运行时的总排放量。③应考虑安全阀排放时的反作用力对安全阀连接部位的影响。

在本人参与设计的某外资项目中，工艺包提供方给出的管道仪表流程图中的某几处安全阀进出口管道存在变径，我方对比产生质疑，要求工艺包提供方重新核算该处管道压力降及安全阀泄放量及时纠正了错误，优化了工艺。

2.2安全阀出口管设计要控制背压大小，从而保证运行平稳

石油化工装置安全阀出口管的背压大小可能对安全阀的整定压力或排量造成影响。如果背压出现过大情况时就会使开启压力的偏差增大，从而造成运行不稳定的现象。安全阀出口管的背压都是在泄压装置出口处产生，主要包括排放背压和附加背压，前者主要是指介质通过安全阀流入排放系统所产生的压力；而后者主要是指泄压系统出口侧产生的静态压力，既可以是可变状态，又可以是固定状态。

为保证石油化工装置安全阀系统运行平稳，在具体设计时需要综合考虑设计中的最终管道走向、安全阀的形式、整定压力、管道直径等方面因素，同时还要核算背压是否符合要求规定［4］。安全阀出口背压Pb控制值可参照表1的参数：

2.3安全阀安装的位置和标高要符合要求

石油化工装置安全阀一般采用直立安装，并且要与被保护的设备的距离尽可能近，避免安装在水平管道的死端，主要是为了防止出现流体积聚现象。所以在安装安全阀时一般位于设备或者管道系统的顶端位置。从安全阀标高的角度来分析，其安装标高应该高于汇总管的标高。另一方面，为了方便后期拆卸、检验、维修等方面的管理，安全阀应该尽可能靠近平台安装并设置在操作平台的边缘处。在某多晶硅项目中，精致单元的精制塔上设置的安全阀均布置在了平台边缘处，并在平台上做妥善支撑，且根据安全阀泄放时的反作用力对平台局部进行加固。

表1　不同种类安全阀出口背压控制值

2.4安全阀出口管道直接排大气

对于石油化工装置中一些对环境无害的气相介质，其在安全阀后可以直接向大气排放，这些安全阀出口管在设计时主要注意事项包括：第一，安全阀出口管一般朝上，管端要切成平口，这样可以方便出口管快速排出气体；第二，安全阀排出口须设置在安全位置，要避免朝向附近平台、电缆、梯子、设备及人行通道以免造成安全隐患及人员伤害；第三，安全阀出口端通常都比安全阀高，为了防止冷凝液或雨雪集聚，需要在安全阀出口管的水平段最低点开泪孔；第四，安全阀排放口应该高于以排放口为中心7.5m半径内的操作平台、设备、地面的最高点2.5m以上；第五，为避免安全阀出口管道因为泄压过大造成其应力值超出规定的范围，安全阀及相应管道应当妥善支撑，支撑方式应当依据安全阀依附的管道或设备附属构件的具体情况确定；第六，安全阀出口管道连接放空总管时，应顺介质流向45°斜插至放空总管顶部；第七，对于需要用蒸汽吹扫的出口管道应该考虑管道的热膨胀影响。

2.5安全阀出口管道排至密闭系统

对于石油化工装置中易燃、易爆、有毒、腐蚀性的物料和大部分液体介质，其在安全阀后需要通过管道排放至密闭系统。为避免安全阀出口管道出现袋型弯及总管物料倒流至子系统中，安全阀的安装标高应在汇总管标高之上，出口管道应步步低坡向汇总管，并顺着介质流向45°倾角与排放总管顶部相连，如果出口管道公称直径小于40mm，可以90°的垂直角度与主管相连［5］，这样可以降低管路压力降同时实现向排放总管自泄的目标。若安全阀出口管线在设计时无法实现步步低，可考虑在安全阀排放管道的低点设置比较容易接近的放净阀。如果排放的流体属于易凝物，可以在排放管道的低点设置蒸汽伴热管，从而避免产生积液的现象。

3　结论

通过以上分析可以看出，石化装置安全阀进口管的设计要降低其压力降、要符合开启流速要求，从而保证平稳运行；而安全阀出口管的设计要符合安全阀泄放流速要求、要控制背压大小，其位置和标高要符合要求，只有这样才能保证安全阀在运转中起到安全保护作用。

参考文献：

［1］高茵.浅谈安全阀进出口管道设计要点［J］.科技致富向导，2012，12∶360.

［2］马朝玲，谭强.化工装置安全阀进、出口配管的设计探讨［J］.通用机械，2007，08∶95-98.

［3］杨旭.安全阀进出口管道水力学计算若干问题探讨［J］.石油化工设计，2006，02∶10-14+9.

［4］王红云.浅谈安全阀的配管设计［J］.甘肃石油和化工，2011，03∶33-37.

［5］张新城，孟繁华，尚慧岭.液压支架安全阀的安全可靠性研究［J］.煤矿机械，2010，01∶76-78.

doi：10.3969/j.issn.1008-1267.2016.01.018

中图分类号：TQ055.8

文献标志码：C

文章编号：1008-1267（2016）01-0050-03

收稿日期：2015-10-20