安全阀配管设计方式的探讨

[摘 要]安全阀是化工装置中常见的安全泄放装置，准确掌握安全阀的工作原理、安装原则，对于设计人员提高设计质量、预防安全事故重要意义。本文详细介绍了安全阀的结构、作用原理、安装及设计原则，并结合工程实例，总结了安全阀的安装设计方式。

[关键词]安全阀 作用原理 配管设计

中图分类号：TH470.22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0116-01

安全阀是一种特殊的阀门，当设备或管道内的介质压力升高超过规定值时，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定的数值[1]。主要用于锅炉、压力容器和管道上，控制压力不超过规定值，对人身安全和设备运行起重要保护作用。

1 安全阀的结构及作用原理

安全阀按结构形式来分，可以分为垂锤式、杠杆式、弹簧式和先导式（脉冲式）安全阀。但在石油化工装置内的压力容器和管道上，较多采用弹簧式和先导式安全阀，本节就这两种安全阀的结构形式做简单的介绍。

弹簧式安全阀是石油化工装置上使用最广泛的安全阀。其结构主要由阀体、阀座、阀芯、阀杆、弹簧和调整螺杆等组成。弹簧式安全阀是利用安全阀中的弹簧被压缩后产生的弹力将阀芯压紧在阀座上，使管道压力保持在允许范围之内。弹簧式安全阀结构紧凑，灵敏度也比较高，安装位置不受严格限制，而且对振动的敏感性差；其缺点在于安全阀随阀瓣的升高，弹簧压缩量增大，弹簧作用于阀瓣上的力也随着增加，这对安全阀迅速开启是不利的。

先导式安全阀（又称脉冲式安全阀），是一种依靠从导阀排出介质来驱动或控制主阀的安全阀。随着现代工业的发展，石油化工、热电、燃气输送等行业纷纷扩大生产规模，越来越多的先导式安全阀应用于石油储罐、热电锅炉和燃气管道等重要设备上。

先导式安全阀是一种由主阀和导阀组成的安全阀，导阀响应系统介质压力自身动作从而控制主阀的开关动作。当被保护系统处于正常运行状况时，导阀阀瓣处于关闭状态，当系统压力升高达到整定压力时，导阀开启，同时滑阀向上移动封闭导阀的进气通道，主阀阀瓣上方气室的介质经由打开的导阀排出，使主阀阀瓣上方压力降低，主阀阀瓣在进口压力的推动下打开而使系统卸压；当系统压力降低到一定值时，导阀回座并带动顶杆顶开滑阀，系统压力再次通过导阀传入主阀阀瓣上方气室，并推动主阀阀瓣关闭。

先导式安全阀适用于高压、大口径的场合。先导式安全阀具有良好的密封性能，允许工作压力接近整定压力，较小超压就能使安全阀迅速达到全启状态，安全阀动作性能和开启高度不受背压影响，可在线检测安全阀的整定压力；其缺点在于它的可靠性同主阀和导阀有关，动作不如直接作用式安全阀那样迅速、可靠，而且结构较复杂。

2 安全阀的设置原则

设备和管道上的安全阀一般应垂直向上安装；排放至密闭系统的安全阀，其排放介质是液体或可凝气体时，安全阀的安装位置应高于总管，否则应采取排液措施；当排放介质为干气并排至干气密闭系统时，安全阀的安装位置可以低于总管，但必须高于被保护设备。分馏塔顶部的安全阀如直接向大气排放介质时，可设在塔顶馏出线的顶部；如向密闭系统排放介质时，可设在塔顶馏出线至冷凝冷却设备的入口总管上；球罐上的安全阀应设在罐的顶部。

安全阀尽可能直接安装在被保护设备的管口上或靠近该设备出口的管道上，以便流动状态下介质易进入安全阀。然而，有些情况下，被保护设备的压力源存在压力脉动现象（如往复式压缩机或往复泵的出口管道），其波峰值接近安全阀的设定压力值，安全阀必须安装在远离压力源且压力较平稳的地方 [2]。此外，安全阀不应安装在长的水平管道的末端，以避免杂质的积累和液体堵塞影响安全阀的正常工作。

同时，安全阀还应考虑安装在易于调节、检查和维修的场所，阀门周围必须有足够的操作空间，并能从操作平台进行检修。对于大直径安全阀，在布置时应考虑维检修拆卸后吊装的可能，必要时要设吊柱或其他吊装设施。

3 安全阀的配管设计

3.1 安全阀入口管道的配管设计

被保护设备到安全阀进口法兰之间的入口管道，应使其总压降不超过该阀设定压力（表压）的3 %，为此在配管设计上应考虑以下几点[3]：

a）安全阀应靠近被保护的设备或管道；

b）当安全阀入口管道较长时应提交工艺专业核算，以便扩大入口管径减小压力降；

c）安全阀入口管道的公称尺寸必须等于或大于安全阀进口法兰的公称尺寸，其连接大小头应尽量靠近安全阀入口处；

d）安全阀入口管道上应采用长半径弯头（R≥1.5DN）。

安全阀入口管道一般不设切断阀；如果必须设置，应选用单闸板闸阀，并铅封开启，阀杆应水平安装，以免阀杆和阀板连接的销钉腐蚀或松动时，阀板下滑，而且不影响安全阀的操作，当安全阀设有旁通阀时，该阀应铅封关。有时设双安全阀以保证至少有一个安全阀能正常工作；如果几个安全阀共用一条入口管道时，入口管道要满足几个安全阀的流量要求[4]。

配管完成后，应核算在工作温度范围内管道是否需要补偿；同时要核算与安全阀入口管道相连的工艺管道本身热胀冷缩的长度变化。

3.2 安全阀出口管道的配管设计

安全阀出口管的设计要考虑背压不超过安全阀设定压力的一定值，配管完成后应进行阻力降核算，防止阻力降超过允许范围。

当安全阀直接向大气排放介质时，安全阀出口管直接排入大气时，排出口应引至安全处，并避开设备、平台、梯子、电缆等；安全阀出口管排放管端应切成平口，使介质直接向上排出，远离平台有人之处，并在出口管道的水平管段开直径φ6 mm～10 mm小孔以便排液。

当安全阀出口介质排入密闭系统时，安全阀出口管道应避免袋形，以使高速排放的流体能顺畅排入总管[5]。当安全阀出口管低于总管或需要抬高接入总管时，应在低处易于接近处设手动放液阀，并应将排液管引至安全地区或凝液收集罐，以免袋形管段内积液。

3.3 安全阀管线的支撑

安全阀排放时出口管道容易产生热应力、机械应力和排出反作用力，故应对其出口管道进行适当的支撑或增加柔性，以克服安全阀与设备管口根部的弯矩和剪力、出口管自重、振动的热胀等力的作用，对于安装在设备上的安全阀，可在设备或管道附属构架上焊接一个可滑动支架；在管廊外侧平台上的安全阀，出口管道可直接搭在管廊的横梁上或是平台的栏杆上，并用U型管卡固定。

结束语

安全阀是化工装置中经常使用的安全泄放装置，安全阀的正确选用与安装对整个装置系统的安全生产起着至关重要的作用。本文重点对安全阀的作用原理、安装设计原则与经验进行了总结，以便以后的安装设计中，安全阀的配管设计方式更加地合理和优化。

参考文献

[1] 李晓亮，陆洋，丁旭. 安全阀配管设计[J].化工设计，2011，21（1）：21-23.

[2] 文昱舜. 浅谈安全阀在石油化工及管道上的安装设置[J].贵州化工，2006，31（6）：47-49

[3] 孙海鹏. 如何提高安全阀的使用寿命[J].工业仪表与自动化装置，2012，1（5）：16-18.