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石油化工装置安全阀的配管设计分析

刘泽坡

河北寰球工程有限公司,河北涿州,072754

摘要: 石油化工装置通常承受着高温、高压等极端工作环境,安全阀的设计必须能够适应这些极端条件,并确保在任何情况下都能可靠地发挥作用,配管设计在其中起着关键的作用,以确保系统在各种工作条件下的安全性和可靠性。本文重点阐述了安全阀在石油化工装置中的重要性、石油化工装置安全阀的配管设计难点以及石油化工装置安全阀的配管设计要点,以期为石油化工装置安全阀的配管设计做出贡献。
关键词: 石油化工装置;安全阀;配管设计
DOI:10.12721/ccn.2024.157401
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一、 安全阀在石油化工装置中的重要性

安全阀在石油化工装置中扮演着至关重要的角色,其主要功能是防止系统内压力超出安全范围,从而避免由于过高压力引发的设备破裂、泄漏或爆炸等严重事故。在石油化工装置中,设备常常在极端的工作环境下运行。这些环境包括高温高压的条件,这些条件容易导致设备的疲劳损伤、腐蚀和磨损。长期处于这种恶劣环境下,设备不仅容易出现性能衰退,还可能因设备的结构性损坏而引发严重的安全隐患,进而缩短设备的使用寿命,影响设备的安全性,增加了生产过程中的风险。而通过安全阀可以有效防止压力的过度积累,从而避免因压力过高而引发的高危事故。此外,系统压力的波动也会对生产工艺造成影响,其不仅会降低生产效率,还容易导致产品质量的下降。而安全阀可以帮助保持生产过程的稳定性,进而提高产品的质量和生产效率,减少废品率和次品率,通过维持系统压力在设定的安全范围内。同时,作为石油化工设备中至关重要的安全防护装置,安全阀的选型、安装、检测和维护均受各国相关制度的约束,可以确保其能准确可靠地在预定压力范围内释放出过多的压力,防止由于压力过大而导致设备发生爆炸或其他安全事故的发生。企业在实际工作中需要对安全阀进行定期的功能检测,以保证安全阀的正常运转。并要求企业对存在缺陷的安全阀及时更换或维修,建立详细的维修记录。这些措施都是为了防止生产过程中因设备故障或不当维修而导致的安全与稳定而出现的事故。

二、石油化工装置安全阀的配管设计难点

石油化工装置的工艺参数通常十分复杂,包括温度、压力、流量、介质性质等等,因此设计安全阀时必须考虑这些参数的所有可能变化范围,以便应对可能出现的极端情况,并对系统的安全和稳定起到保障作用。同时,由于石油化工过程中存在大量的化学反应,往往造成内部压力的剧烈波动,所以必须将安全阀设计成对压力进行迅速响应并释放过量压力的装置。要求安全阀具有高灵敏度的同时,还必须考虑压力的升高和降低速度。另外,由于石油化工装置中使用的介质具有多样的化学性质,对安全阀的设计提出了额外要求。此外,常见的介质具有毒性,腐蚀性,易燃性或爆炸性的化学物质,而根据这些介质的不同特性,对安全阀的设计进行相应的调整是十分必要的。

流体的物理性质决定着安全阀的结构和材质选择,而且对安全阀的整体操作性能和安全也会产生影响。首先,在安全阀的选型上,必须考虑流体的密度和黏度。高密度、高粘度的流体,在保证密封有效、运转正常的情况下,往往需要更有力的阀门。高密度流体在流动时可能会对阀门产生较大的机械负荷,因此阀门需要具有较高的承载力和耐磨损性,因此阀门的承载力和耐磨损性是对腐蚀性流体有特别高的处理要求。腐蚀性流体在选择阀门的材料时遇到了严峻的挑战。通常情况下,阀门需要使用有效抵御腐蚀介质侵蚀、防止阀门内部及其密封件受损的耐腐蚀合金或涂层材料。设计挑战还来自不同流体释放压力的需求。例如,在压力释放过程中,某些流体可能出现闪蒸或液相改变,从而引起压力和温度的急剧变化。在这样的条件下,安全阀的材质和结构一定是可以承受压力和温度的这种剧烈波动的。

三、石油化工装置安全阀的配管设计要点

(一)安全阀配管材料选择

在石油化工装置中,安全阀的配管设计是确保系统安全和可靠运行的关键环节。配管系统不仅需要满足严格的工艺要求,还需应对极端的工作环境,包括高温、高压以及可能的腐蚀性介质。因此,材料选择在配管设计中至关重要,直接影响到配管的安全性、耐用性和整体运行效果。首先,材料的耐高温性和高压力承受能力是设计的核心要求之一。高温合金在高温环境下表现出优越的稳定性和耐用性,广泛应用于要求严格的工艺条件下。对于处理腐蚀性介质的配管系统,不锈钢和耐腐蚀合金则是理想选择。在选择材料时,还需综合考虑材料成本、加工性能和设计规范的符合性。材料成本不仅影响初期投资,还与长期运营成本密切相关。合理控制材料成本是确保经济效益的关键。加工性能则直接影响施工的便利性和整体费用。优质材料的加工性能良好,施工过程中更为顺利,有助于降低加工和安装成本。

(二)安全阀的配管设计要点

1.安全阀的设置范围

为了明确安全阀的配管设计要求,首先应该从配管安全性的角度明确安全阀可以设置在哪些管道中,结合对石化装置安全阀配管需求的了解,可以将其分为以下几种情况:(1)可燃气体往复式压缩机的各段出口;(2)电动往复泵、齿轮泵、螺杆泵等容积泵的出口管道;(3)与鼓风机、离心式压缩机、离心泵或蒸汽往复泵出口相连的设备难以承受最大压力,此时可以在机泵出口管道处设置安全阀。以离心式压缩机为例,在配管设计中应该结合管系的整体应力展开分析,使其满足管口受力要求。(4)可燃性液态物质、气态物质因热发生膨胀,进而导致对应管道超过预设压力上限,此时可以安设安全阀。

2.安全阀的配管设计

第一,背压是排放系统中的压力,多见于泄压装置出口处,分为排放背压和附加背压。在配管设计时需要根据整定压力、安全阀形式、管道走向和管径等因素进行布局,并且还要核算背压是否符合指标。为确保系统正常运行,安全阀出口管道的管径应不小于安全阀出口直径。第二,安全阀进口管应该选用长半径弯头;第三,若是多个安全阀并联操作,应该保证总管的截面积达到或者超过支管截面积总和;第四,出口管的压降应该根据工艺要求合理控制;第五,若是出口管公称直径不小于50mm,则在其排入密闭系统时应该以介质流向为基准,按照45°斜角与排放总管顶部相接。第六,若出口管道向上排至大气,可以在其下方弯头位置设置大小合适的排液孔,并将蒸汽管道上的排液孔设置在无危险的区域。

结语

综上所述,石油化工装置中安全阀的配管设计至关重要,涉及精准的流体力学计算、材料选择和系统布置,以确保设备的安全性和可靠性。未来,随着科技进步,设计将趋向智能化和自动化,采用先进传感器和实时监测技术来提升系统的响应速度和优化性能。同时,能源行业的转型要求配管系统采用新型材料和环保技术,以实现更高效和可持续的运营。通过这些创新,系统的安全性、效率和环保性能将显著提升。

参考文献:

[1]李楠.石油化工装置安全阀的配管设计研究[J].广东化工, 2022(4).

[2]杨英,彭文强.化工装置安全阀的配管设计[J].  2022(8).

[3]林付利.石油化工企业的安全阀配管设计[J].中国化工贸易, 2020(27).