安全泄压装置的设计
摘要：生产企业中压力容器、压力管道、锅炉等安全运行是企业安全生产的关
键点 ,要防止这些受压设备发生安全生产事故 ,就必须做好受压设备安全附件
(安全泄压装置、紧急切断装置、安全联锁装置、压力仪表、液面计、测温仪表
等)的设计。

安全泄压装置的设置可以防止容器、管道或系统内的压力超过预先
设定的安全值 ,它包括泄压阀、安全阀、安全泄压阀、爆破片装置、安全阀与爆
破片装置的组合装置、易熔塞、呼吸阀、真空泄压阀、泄放管等。

安全阀是一种
靠阀前静压力动作并具有能迅速全开或紧急动作特性的自动压力泄放设备。

最常
用的是直接载荷式(弹簧式、杠杆式和重锤式)安全阀 ;从其阀瓣开启程度可分为
全启式和微启式。

爆破片装置是一种非重闭式泄压装置 ,由爆破片、夹持器和真
空托架等组成 ,爆破片是夹在法兰之间的金属膜片 ,受超压后爆破而达到泄压
作用。

1 安全泄压装置的设置原则
(1) 在操作过程中由于工艺操作条件异常、误操作、动力故障、火灾事故等不正
常条件下 ,介质压力有可能超过设计压力的设备 ,均应设置安全泄压装置。

如 : ①顶部操作压力大于 0. 07 MPa 的压力容器和顶部操作压力大于 0. 03 MPa 的
蒸馏塔、蒸发塔和汽提塔(汽提塔顶蒸汽通入另一个蒸馏塔者除外) ;
②往复式压缩机各段出口或电动往复泵、齿轮泵和螺杆泵等容积式泵的出口
(设备本身已有安全阀者除外) ;
③鼓风机、离心式压缩机、离心泵和蒸汽往复机的出口(仅指与机泵出口连接
的设备不能承受其最高压力时) ;
④可燃的气体或液体受热膨胀时可能超压的设备(两个切断阀之间总容积比较
大的管道视同一个压力容器) ;
⑤物料有可能突然超压或发生瞬时分解、爆聚、连锁反应等剧烈反应(不包括
反应速度达到爆轰的设备)从而造成操作压力超过设计压力的反应器或其他设
备 ;
⑥处理的介质为其组成处于爆炸极限范围内的混合物的设备、管道系统。

(2) 加热炉的炉管不宜设置安全阀。

(3) 在同一压力系统中 ,压力来源处已有安全泄压装置 ,则其余设备可不设。

(4) 由于使用安全阀可以不完全损失或不损失物料 ,并通常可以保持工艺过程
不致因其而中断等许多优点 ,因此应首先考虑设置安全阀。

只有当安全阀不能满
足工艺要求和可靠工作时 ,如容器内压力快速增长、对密封有更高要求、由于物
料导致安全阀被堵塞、腐蚀、锈死等情况 ,可采用爆破片装置或安全阀与爆破片
装置的组合装置。

爆破片装置不宜用于液化气体贮罐和经常超压的场所。

(5) 安全阀的型式通常采用直接载荷弹簧式安全阀。

若采用非直接载荷弹簧式安
全阀 ,则必须做到即使副阀失灵时 ,主阀应仍能在规定的开启压力下 ,自行开
启并排出全部额定泄放量。

2 安全泄压装置的工艺计算
以工程设计实例来说明确定安全泄压装置大小的计算步骤。

某厂新建 3 台2000 m3球罐 ,直径 15. 7 m ,罐底高度 3. 2 m ,盛装介质为混合液化石油气 ,球罐设计压力为 1. 77 MPa、设计温度 - 19. 7 ℃～50 ℃,罐外壁采用 50 mm 厚聚氨脂泡沫隔热 ,外保护层为镀锌铁皮。

2. 1 泄放量的确定
首先根据操作条件、介质组成等确定所需要的各种工艺参数 ,再按容器、管道系统的泄放量计算确定安全泄压装置的泄放能力。

泄放量的大小应视工艺过程的具体情况而定 ,按可能发生的最大危险考虑 ,但不应机械地叠加不利因素。

本例题中球罐的安全泄放量可按有完善绝热保温层的安全泄放量计算公式进行计算 ,但考虑为了使球罐更安全的运行和现场实际的应用经验 ,在设计中采用按无绝热保温层的计算公式 ,即:
式中 :
WS容器的安全泄放量,kg/ h;
q在泄放压力下,液体的汽化潜热 ,kJ/ kg;
Ar容器受热面积 ,球形容器 Ar = 1. 57 D20或从地面起到 7. 5 m 高度以下所包括的外表面积 ,取两者中较大值 ,m2;
D0容器外直径,m;
F系数 ,容器置于地面上时, F = 1. 0。

将相应参数代入公式(1) ,得 :
2. 2 安全泄压装置排放面积的确定安全泄压装置的功能是保证设备或系统不超压。

要达到这个目的 ,就必须使安全泄压装置的排放能力大于容器等的泄放量 ,将引起超压的气体或液体介质泄放出去。

本例题中球罐安全阀的出口压力较小 ,其排放面积可按气体在临界条件时的计算公式进行计算 ,即 :
所以 ,根据计算结果选用规格为 DN150 的全启式弹簧安全阀。

在计算安全阀排放能力时应考虑以下一些共同原则 :
(1) 在计算安全阀排放能力时 ,通常应将排放气体作为实际气体而不是理想气体来处理。

排放能力的计算状态均应采用排放条件下的温度、压力。

(2) 因为大多数情况下 ,工艺物料均为混合物 ,所以许多情况下 ,排放物料的组成会随着排放进程而改变。

这会影响到排放能力的计算 ,应予以注意。

(3) 因为所有控制阀设计时都有一定的余量 ,所以都应考虑其最大通过能力 ,而不是设计能力。

并且有必要考虑某些控制动作失灵的情况。

(4) 对于“故障保持”型调节阀 ,应按全开状态来计算安全阀的排放能力。

对于装有限位开关的控制阀 ,应按照没有限位阀来考虑。

(5) 当泄放排入一个密闭系统时 ,要采用正确的背压参数。

对普通型安全阀 ,随着出口侧压力 P0值的增大 ,安全阀的理论泄放量随之减少。

2. 3 安全阀喷嘴总面积的计算介质为气、液两相流体时 ,首先分别计算出液体和气体的泄放量 ,然后分别计算气体和液体排放所需的喷嘴面积 ,再将两者所需面积相加即为安全阀喷嘴的总面积。

3 安全泄放装置的安装
(1) 在相邻两个或几个压力容器之间如果没有切断阀 ,可在最前面一个设备上设置安全泄压设施来保护下游的几个设备 ;
(2) 安全泄放装置应设置在压力容器本体或其附属管线上容易检查、修理的部位 ,并应有足够的结构强度 ,能承受该泄放装置泄放时所产生的反力。

安全阀的阀体应处于垂直方向;
(3) 全启式安全阀和反拱形爆破片装置必须装设在容器液面以上气相空间部分 ,或装设在与压力容器气相空间相连的管道上 ,且连接入口和管道的截面积应不小于安全阀进口截面积的总和。

用于液体的安全阀出口管直径不应小于 15mm。

(4) 安全泄压装置与容器之间一般不得装设截止阀门 ,若由于特殊情况需要设
置 ,则在容器正常运行期间截止阀门必须保证全开并加铅封或锁定 ,截止阀的结构和通径应不妨碍安全阀的安全泄放。

为实现安全阀的在线校验 ,可在安全阀与压力容器之间装设爆破片装置 ;
(5) 对易燃介质或毒性程度为极度、高度或中度危害介质的压力容器 ,应在安全阀或爆破片装置的排出口装设泄放管 ,将排放介质引至安全地点 ,并进行妥善处理。

严禁将混合后可能发生化学反应并形成爆炸性混合气体的几种介质混合排放。

(6) 泄放管应尽量作成垂直管 ,并在适当部位开设排泄孔 ,以防止雨、雪及冷凝液等积聚在泄放管内。

锅炉上的安全阀排汽管底部应装设接到安全地点的疏水管。

4 注意事项
(1) 安全泄压装置的动作压力可按操作工况、容器的设计压力或最大允许工作压力确定 ,但当采用容器的最大允许工作压力时 ,应在图样和铭牌上注明。

在安全泄压装置存在背压的情况下 ,容器空间的超压限度不能超过规定。

(2) 容器不能承受可能出现的负压条件时 ,应装设防负压的泄放装置。

(3) 在把多个容器看成一个容器时 ,只需在危险的空间设置一个泄放装置 ,但计算泄放装置的泄放量应把容器间的连接管道包括在内。

(4) 安全泄压装置只能用来限定压力升高到一给定值 ,而不能用来降压。

对于减压系统 ,在考虑火灾的情况下 ,容器内润湿部分以上的设备材料的温度可能达到足以降低材料强度的水平。

所以在这种情况下 ,安全阀并不能防止设备的爆破。

因此 ,除了设置安全阀防止一般超压外 ,还应采用蒸汽减压系统来保护设备。

(5) 对于火灾危险类别为甲、乙、丙类的设备除按要求设置安全泄压装置以外 ,还应考虑设有事故紧急排放、处理设施。

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