石油化工企业安全阀配管设计

摘 要：安全阀的分类和安装位置要求，总结安全阀的配管。

关键词：安全阀分类 安全阀配管

在石油化工企业生产过程中，由于误操作、设备和仪表故障等原因，会造成管道、设备内的压力升高，损坏管道、设备，甚至造成人员伤害。在管道、设备上设置安全阀，在非火灾或火灾事故情况下，由弹簧作用或导阀控制的阀门，在入口处的静压超过设定压力时，阀瓣上升，流体泄放，防止系统内压力超过预定的安全值，当压力降至回座压力时安全阀自动关闭。从而保护管道、设备，防止生产事故发生。因此安全阀广泛运用于石油化工生产装置中。

一、安全阀的分类：

1.按国家标准《安全阀的一般要求》（GB/T 12241-2005），可分为：

A直接载荷式式安全阀

一种仅靠直接的机械加载装置如重锤、杠杆加重锤或弹簧来克服由阀瓣下介质压力所产生作用力的安全阀。

B带动力辅助装置的安全阀

该安全阀借助一个动力辅助装置，可以在压力低于正常整定压力时启动。即使该装置失灵，阀门仍能满足安全阀的一般要求。不适用于石油化工装置。

C带补充载荷的安全阀

这种安全阀在其进口压力达到整定压力前始终保持有一个用于增强密封的附加力。该附加力（补充载荷）可由外部能源提供。不适用于石油化工装置。

D先导式安全阀

依靠从导阀排出介质来驱动或控制的安全阀。该导阀本身应是符合标准要求的直接载荷式安全阀。

2.按阀片开启高度，可分为：

A全启式

h≥1/4d0

h-开启高度，cm；

d0-喷嘴直径，cm。

B微启式

1/4d0>h≥1/40d0

介质为气体时，一般选用全启式。介质为液体时，可以选用微启式，也可选用全启式。介质为液体选用全启式安全阀时，它的动作性能则为微启式。

其他还有按结构形式、平衡内压等分类方法。

二、安全阀安装位置

安全阀适用于清洁、无颗粒、低黏度的流体。对于含有颗粒的流体必须设置安全泄放装置而又不适合单独安装安全阀的场合，可采用安全阀与爆破片组合设置的方式。

1.一般符合下列情况之一者，应设置安全阀：

A设计压力小于外部压力源的压力，出口可能被关断或堵塞的设备和管道系统；

B出口可能被关断的容积式泵和压缩机的出口管道；

C因冷却水或回流中断，或再沸器输入热量过多而引起超压的蒸馏塔顶的气相管道；

D因不凝汽体积聚产生超压的设备和管道系统；

E加热炉出口管道中切断阀或调节阀的上游管道；

F因两端切断阀关闭，受环境温度、阳光辐射或伴热影响而产生热膨胀或汽化的管道系统；

G放热反应可能失控的反应器出口切断阀上有的管道系统；

H凝汽式汽轮机的蒸汽出口管道；

I蒸汽发生器等产汽设备的出口管道；

J低沸点液体（液化气等）容器的出口管道；

K管程可能破裂的热交换器低压侧的出口管道；

L设计者认为可能产生超压的其他部位。

2.不适合设置安全阀的场合：

A系统压力有可能迅速上升，如化学爆炸等场合。

B泄放介质含有颗粒、易沉淀、易结晶、易聚合和介质黏度较大。

C泄放介质有强腐蚀性，使用安全阀价格过高。

D工作压力很低，安全阀制造比较困难。

E需要较大的排放面积。

F系统温度较低并影响安全阀动作性能。

三、安全阀的配管设计

石化装置中几乎全部受压设备和管道都需要设置安全阀。安全阀的配管设计，如：安全阀的安装标高、出口朝向、与总管的交接等细节都将影响到安全阀设定压力和排量。因此应重视安全阀的配管。

1.一般要求：

设备和管道上的安全阀，一般应直立安装。

⑴安全阀避免安装在水平管道的盲端，防止液体凝固、固体堵塞。

⑵因安全阀需定期检修，因此应安装在易于检修和调节的地方。对于重量超过100kg的安全阀，应考虑方便拆卸。

2.安全阀入口管道的设计

安全阀的进口管道应考虑流动阻力降、管道应力、管线振动等因素。

⑴安全阀入口管道的压力降不应大于安全阀设定压力的3%，为减少入口压力降，设计上应做到。

A安全阀应靠近被保护的设备或管道；

B安全阀的进口接管直径可达与安全阀进口直径的1～3级，大小头应设在靠近安全阀的入口处；

C安全阀进口处如有弯头时采用长半径弯头，以减少阻力。

⑵安全阀进口管道应考虑压力脉动的影响，管道上的安全阀应位于压力比较稳定，距波动源有一定距离的地方。对于压缩机等大型设备振动源，更应注意安全阀的设置位置，以避免误开启和由于振动使如口管道破坏。

⑶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。

⑷保护全充满液体的设备所用的安全阀，要安装在设备的顶部或顶部出口管道上。

⑸安全阀入口管道至少要有5%的坡度，坡向被保护的系统。入口管道尽量避免袋形弯，如不能避免，则对于易凝物质，在袋形弯低点有连续流动的排液管连至同一压力系统，若凝液易变稠或成固态，则此排液管要伴热；又于不凝介质，在袋形弯的最低处有易于接近的放净阀。

⑹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。

四、安全阀出口管道的设计

安全阀出口管道的安装必须能提供合适的泄放装置性能和足够的排放量。应考虑所用泄放系统的形式、泄压阀的背压以及系统中泄压装置整定压力之间的关系。

1.直接排向大气

⑴排放的气相要排向安全地点，一般出口朝上，排放口要切成平口，在管道低点有一个Ф6～Ф10的排液孔。

⑵无危险气体安全阀排放口要高出以排放口为中心的7.5m半径范围内的地面、设备、操作平台等2.5m以上。对于有毒、或有腐蚀性、或易燃物料，应按有关规范执行。当允许排向大气时，排放口要高出以排放口为中心的10m半径范围内的地面、设备、操作平台3.5m以上。可燃气体安全阀排放口与明火处的水平距离，不应小于15m，且不应朝向明火处。

⑶安全阀排放气体的温度高于物料的自燃温度，则排出管要设灭火蒸汽。灭火蒸汽管最小管径为DN25。

⑷特殊工艺物料，如易自聚，易结晶等，在排出管设氮气吹扫口，连续通入氮气。

⑸排至大气的液体要向下引至安全地点。

2.排至密闭系统

⑴安全阀的排放管道应坡向主管，尽量避免袋形弯。无法避免时，在低点要设易接近的放净阀。对于易凝汽体，在低点设蒸汽伴热管，以免积液。

⑵排放管与主管的连接，要从主管上部或侧面顺流向45o角插入。既可防止总管内的凝液倒入支管，又可减少管路压力降。

⑶安全阀出口接管直径可大于安全阀出口直径1～3级，大小头应设在靠近安全阀的出口处。

⑷核算在可能的工作温度范围内出口管道的补偿。

⑸对于排放来自冷冻（液化气等）的物料，应检查管材是否合理。

3.排放管道的管径（气相）

⑴在背压允许的范围内，应保持排放管内的物料具有较高的流速，使之经济合理。

⑵直接排至大气的管道，排放管出口马赫数取小于或等于0.5；对于排入密闭系统的管道，马赫数取0.5～0.7。

4.其他

⑴安全阀排放反作用力的计算

对于气体或蒸汽介质的安全阀在排放时，由于大量气体的排出，会给予阀门巨大的排放反力。这一排放反力将会传至安全阀内部、安全阀的阀座及其相邻支撑的容器壁上，对阀门及被保护装置连接处产生很大的力矩。计算安全阀与被保护装置连接部位的强度时，必须考虑到上述排气的反作用力。

A开放式泄放系统反力计算（API520）：

对于可压缩流体（气体或蒸汽）临界稳态流动，且物料流经安全阀后经一段水平管、一个90度长半径弯头、一段垂直立管排入大气，可按下式计算：

F=

式中

F―泄放反力，N；

W―气体或水蒸气的流量，千克/秒；

k―定压比热与定容比热之比（Cp/Cv）；

T―进口温度，开氏温度；

M―流体的摩尔量；

A―泄放点出口的面积，平方毫米；

P―泄放出口的静压力，巴。

B在稳定流动状态条件下，安全阀排向密闭系统一般不会产生大的力及力矩。

五、结语

安全阀广泛运用于石油化工装置，对装置的安全运行、操作人员的人身安全都起着至关重要的作用，从安全阀的选型到安全阀的安装、配管设计都应引起设计人员的高度重视。

参考文献：

[1]《安全阀的一般要求》（GB/T 12241-2005）；

[2]《压力管道规范工业管道》（GB/T20801-2006）；

[3]《炼油厂泄压装置的设置、选择和安装》（API-520）；

[4]夏自强：安全阀的配管设计化工设计1998-02-10。