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化工裝置安全閥選型分析
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詳細(xì)介紹

化工裝置安全閥選型分析

目前,在石油化工生產(chǎn)中,安全閥的應(yīng)用對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的安全,起到了舉足輕重的作用,安全閥的密封性是個(gè)十分嚴(yán)肅的問(wèn)題,千萬(wàn)要慎重處事. 安全閥要能在一定的壓力下,上升區(qū)域內(nèi)開(kāi)啟;同時(shí)又要求在一定的壓力降時(shí)在石油化工裝置不正常工作情況下,需要針對(duì)不同的設(shè)備和管道系統(tǒng)來(lái)安裝安全閥,在設(shè)計(jì)石油化工裝置是要充分的考慮到石油的特質(zhì),同時(shí)也要考慮到壓力容器的壓力值,確保壓力容器能夠安全的運(yùn)行.安全閥是壓力裝置的后一道保護(hù)屏障,如果在石油壓力容器當(dāng)中產(chǎn)生的壓力值超過(guò)了預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn),那么安全閥就會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟并釋放出足夠的介質(zhì),調(diào)整容器的壓力值.配管設(shè)計(jì)是安全閥能夠安全運(yùn)行的重要關(guān)鍵環(huán)節(jié),因此要合理的進(jìn)行配管設(shè)計(jì),才能夠確保安全法的安全運(yùn)行.設(shè)計(jì)選型過(guò)程中由于各種因素引起的超壓事故，給出各種事故工況下安全閥安全泄放量的計(jì)算方法，指導(dǎo)安全閥設(shè)計(jì)選型。說(shuō)明安全閥的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)需要有針對(duì)性，從而滿(mǎn)足安全系統(tǒng)的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性要求。


隨著工藝現(xiàn)代化水平的不斷提高，各類(lèi)生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)流程的組織與配置越來(lái)越趨于大型化與復(fù)雜化，人們開(kāi)始更加意識(shí)到安全的重要性。在現(xiàn)代化工裝置中，為了防止因系統(tǒng)超壓而引發(fā)安全事故，工程設(shè)計(jì)中對(duì)安全系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，安全閥的設(shè)計(jì)要求也越來(lái)越嚴(yán)格。除了GB150中對(duì)于壓力容器超壓泄放裝置的有關(guān)規(guī)定與要求外，國(guó)內(nèi)外的一系列標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)于安全泄放裝置的設(shè)計(jì)選型及計(jì)算提出了更為詳細(xì)的分類(lèi)與。

2化工裝置安全閥選型分析超壓分析

比較國(guó)內(nèi)外關(guān)于安全泄放裝置設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，我們發(fā)現(xiàn)：GB150中對(duì)于盛裝壓縮氣體或水蒸氣及盛裝液化氣體等各類(lèi)容器提出了安全泄放量的計(jì)算方法，但對(duì)于容器超壓的原因未作具體劃分；而在API520及API521中對(duì)于安全閥引起超壓的原因作了更為詳細(xì)的劃分與分析，針對(duì)各種事故工況下的安全閥泄放量提出了不同的計(jì)算方法；在化工部標(biāo)準(zhǔn)HG/T20570.2中借鑒總結(jié)了國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)并提出了下列十種事故工況下泄放量的計(jì)算方法：閥門(mén)誤關(guān)閉、循環(huán)水故障、電力故障、不凝氣積累、控制閥故障、過(guò)度熱量輸入、易揮發(fā)物料進(jìn)入高溫系統(tǒng)、換熱器管破裂、化學(xué)反應(yīng)失控、外部火災(zāi)。

在化工設(shè)備設(shè)計(jì)中，管殼式換熱器是十分常見(jiàn)的設(shè)備之一，應(yīng)用范圍廣泛。在管殼式換熱器的管程與殼程中，往往存在著較大的溫差與壓差。因此，安全閥的設(shè)置對(duì)于管殼式換熱器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是*的。下面重點(diǎn)以管殼式換熱器設(shè)計(jì)時(shí)在不同因素影響下安全閥安全泄放量的計(jì)算來(lái)進(jìn)行分析，從而說(shuō)明安全閥針對(duì)性設(shè)計(jì)選型的重要性。

3化工裝置安全閥選型分析工況一：管程液體熱膨脹

以冷卻器為例，殼程走熱流體（氣相或液相），管程走冷流體（如冷卻水）。當(dāng)管程流體進(jìn)出口閥門(mén)誤關(guān)閉時(shí)，造成換熱器內(nèi)管程流體停滯，此時(shí)由于熱流體持續(xù)加熱管程，在長(zhǎng)時(shí)間下可能致使管程液體發(fā)生熱膨脹超壓。在該工況下，在管程設(shè)置安全閥的泄放量為被關(guān)閉液體的膨脹量，此類(lèi)安全閥一般選用微啟式即可。對(duì)于此工況下液體膨脹泄放量可按下式計(jì)算：

4化工裝置安全閥選型分析 工況二：換熱管破裂

如果換熱器低壓側(cè)的設(shè)計(jì)壓力小于高壓側(cè)的設(shè)計(jì)壓力的2/3時(shí)，考慮此事故工況，且要求高壓側(cè)流體走管程。在計(jì)算換熱器管子破裂引起超壓時(shí)，API521中作了以下假設(shè)：

1）換熱器只有1跟管子斷裂；

2）管子是在管板處斷裂；

3）高壓側(cè)流體一部分通過(guò)管板處的斷裂口進(jìn)入低壓側(cè)，一部分通過(guò)一段較長(zhǎng)的管子流入低壓側(cè)。這兩部分的流量，簡(jiǎn)化處理為通過(guò)管板處斷裂口流量的2倍。

5.2 對(duì)于殼程盛裝氣體的換熱器設(shè)備

根據(jù)API521中規(guī)定，無(wú)潤(rùn)濕表面的容器在外部火災(zāi)情況下的泄放量

 

8安全閥操作壓力：1300kpaG，大壓力：1350kpaG，操作溫度：50-70℃，大溫度：75℃，設(shè)定壓力：1700kpaG，泄壓溫度：141.8℃，背壓：50kpaG，介質(zhì)：天然氣，喉徑代號(hào)：H，安全閥尺寸：1.5” ANSI 150# RF*3” ANSI 150# RF2套
9安全閥操作壓力：2900kpaG，大壓力：3050kpaG，操作溫度：50℃，大溫度：70℃，設(shè)定壓力：3400kpaG，泄壓溫度：105.4℃，背壓：50kpaG，介質(zhì)：天然氣，喉徑代號(hào)：G，安全閥尺寸：1.5” ANSI 300# RF*3” ANSI 150# RF2套
10控制閥流速：27083 Sm3/h，進(jìn)口壓力：2900kpaG，壓降：2850kpaG，連接尺寸：4”ANSI 300#，閥體材質(zhì)：碳鋼，閥瓣材質(zhì)：316SS，閥座材質(zhì)：316SS；執(zhí)行器：輸入：4-20mA，輸出：氣體，防爆等級(jí)：Exd IIB T4，防護(hù)等級(jí)：IP561套
11控制閥流速：45 m3/h，進(jìn)口壓力：600kpaG，壓降：50kpaG，連接尺寸：4”ANSI 150#，閥體材質(zhì)：鎳鋁青銅，閥瓣材質(zhì)：蒙乃爾，閥座材質(zhì)：蒙乃爾；執(zhí)行器：輸入：4-20mA，輸出：氣體，防爆等級(jí)：Exd IIB T4，防護(hù)等級(jí)：IP561套
12控制閥流速：8333 Sm3/h，進(jìn)口壓力：1300kpaG，壓降：400kpaG，連接尺寸：6”ANSI 150#，閥體材質(zhì)：碳鋼，閥瓣材質(zhì)：316SS，閥座材質(zhì)：316SS；執(zhí)行器：輸入：4-20mA，輸出：氣體，防爆等級(jí)：Exd IIB T4，防護(hù)等級(jí)：IP561套
13泄放閥操作壓力：1300kpaG，大壓力：1700kpaG，操作溫度：50℃，大溫度：70℃，大壓差：1700kpa，介質(zhì)：天然氣，連接尺寸：2”150# RF，防爆等級(jí)：Exd IIB T4，防護(hù)等級(jí)：IP561套
14泄放閥操作壓力：2900kpaG，大壓力：3300kpaG，操作溫度：50℃，大溫度：120℃，大壓差：3300kpa，介質(zhì)：天然氣，連接尺寸：2”300# RF，防爆等級(jí)：Exd IIB T4，防護(hù)等級(jí)：IP561套
15限流孔板操作壓力：1300kpaG，大壓力：1700kpaG，操作溫度：50-70℃，大溫度：100℃，正常流速：5822 Sm3/h，大流速：6986 Sm3/h，進(jìn)口壓力：1300kpaG，出口壓力：50kpaG，接觸材質(zhì)：316SS，介質(zhì)：天然氣，法蘭材質(zhì)及連接尺寸：碳鋼 2” 150# RF1套
16限流孔板操作壓力：2900kpaG，大壓力：3300kpaG，操作溫度：50℃，大溫度：120℃，正常流速：10382 Sm3/h，大流速：13333 Sm3/h，進(jìn)口壓力：2900kpaG，出口壓力：50kpaG，接觸材質(zhì)：316SS，介質(zhì)：天然氣，法蘭材質(zhì)及連接尺寸：碳鋼 2” 300# RF1套
18球閥Ball valve, 3/8" O.D x 3/8" O.D, double compression type, 316SS5套
20儀表管直接φ1/2OD 316SS15個(gè)
21儀表管三通φ1/2OD 316SS15個(gè)
22儀表管變徑3/4NTPM-1/2NTPF 316SS15個(gè)
23儀表管變徑1/2NTPM-1/2NTPF 316SS15個(gè)
24二閥組1/2NTPF 316SS15個(gè)
25儀表手閥1/2 OD 316SS15個(gè)
26儀表管變徑φ1/2ODX1/2NPTM 316SS10個(gè)
（二）儀表　　　
4安全閥操作壓力：1900kpaG，大壓力：2250kpaG，操作溫度：45℃，大溫度：75℃，設(shè)定壓力：2100kpaG，泄壓溫度：73.62℃，背壓：50kpaG，介質(zhì)：天然氣，喉徑代號(hào)：K，安全閥尺寸：3” ANSI 300# RF*4” ANSI 150# RF2套
5安全閥操作壓力：1900kpaG，大壓力：2250kpaG，操作溫度：45℃，大溫度：75℃，設(shè)定壓力：2100kpaG，泄壓溫度：73.62℃，背壓：50kpaG，介質(zhì)：天然氣，喉徑代號(hào)：G，安全閥尺寸：1.5” ANSI 300# RF*3” ANSI 150# RF1套
6安全閥操作壓力：450kpaG，大壓力：2500kpaG，操作溫度：20-50℃，大溫度：80℃，設(shè)定壓力：800kpaG，泄壓溫度：76.71℃，背壓：50kpaG，介質(zhì)：天然氣，喉徑代號(hào)：L，安全閥尺寸：3” ANSI 300# RF*4” ANSI 150# RF1套
10限流孔板操作壓力：1900kpaG，大壓力：2250kpaG，操作溫度：45℃，大溫度：75℃，大流速：680000 Sm3/d，進(jìn)口壓力：1900kpaG，出口壓力：100kpaG，接觸材質(zhì)：316SS，介質(zhì)：天然氣，法蘭材質(zhì)及連接尺寸：碳鋼 2”300# RF1套
19變徑3/4NTPM-1/2NTPF 316SS20個(gè)
20接頭1/2NTPM-1/2NTPF 316SS20個(gè)
21二閥組1/2NTPF 316SS20個(gè)
22外螺紋管接頭1/2寸NTPM-1/2寸OD 316SS10個(gè)
23儀表三通1/2寸 316SS20個(gè)
24開(kāi)關(guān)閥1/2寸 316SS20個(gè)
25儀表管接頭1/2OD直接 316SS20個(gè)

6化工裝置安全閥選型分析 結(jié)論

從上述各類(lèi)事故工況的分析來(lái)看，決定管殼式換熱器安全閥設(shè)計(jì)的成敗與否，關(guān)鍵在于正確計(jì)算各類(lèi)事故工況下的安全泄放量，從而根據(jù)所需泄放量計(jì)算小泄放面積來(lái)指導(dǎo)安全閥選型。而國(guó)內(nèi)常用的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)GB150中并沒(méi)有對(duì)各類(lèi)可能引起超壓的事故工況作詳細(xì)的說(shuō)明與劃分，在實(shí)際安全閥設(shè)計(jì)選型過(guò)程中容易造成困難與偏差。因此，有關(guān)這部分安全閥的詳細(xì)設(shè)計(jì)還是應(yīng)該多借鑒國(guó)外的一些成熟標(biāo)準(zhǔn)。從而使小到一臺(tái)換熱器設(shè)備大到整條化工工藝生產(chǎn)線(xiàn)的安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)，既能滿(mǎn)足安全的可靠性，又滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)的合理性。