安全泄放裝置(包括呼吸閥)

1、安全泄放裝置（包括呼吸閥）、阻火器、閥門選用及設(shè)備設(shè)計(jì)壓力確定（概要）第一部分 概述1. 應(yīng)用范圍1.1應(yīng)用的超壓工況1.1.1 物理性的超壓1.1.2 化學(xué)性的超壓1.1.3 實(shí)際應(yīng)用的超壓工況及設(shè)置部位(見21.2.2節(jié)1.2 不適用的超壓工況劇烈的氧化反應(yīng)燃燒和爆炸（包括爆轟和爆燃）2. 在安全保護(hù)層分析中的定位（見圖20.2及圖20-1，圖20-2）3. 分類3.1 按保護(hù)的容器或系統(tǒng)的壓力分壓力型：安全閥、爆破片裝置常壓型：呼吸閥3.2 按動(dòng)作原理分（安全閥或呼吸閥）重力型彈簧型先導(dǎo)型3.3 按是否可重新關(guān)閉分可重新關(guān)閉的：安全閥、呼吸閥不可重新關(guān)閉的：爆破片裝置、緊急泄放口3.4

2、按承受背壓的性能分（安全閥）普通型平衡型先導(dǎo)型4. 型式4.1 壓力型4.1.1 安全閥1）普通型2）平衡型3）先導(dǎo)型4.1.2 爆破片裝置1）正拱型2）反拱型3）刀架型4）開縫型5）刻槽型6）石墨型7）針形安全閥4.2 常壓型4.2.1 呼吸閥1）重力型2）先導(dǎo)型4.2.2 緊急泄放口重力型5. 超壓保護(hù)的另一種方法系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法(見21.2.1節(jié)本質(zhì)更安全采用SIS6. 主要規(guī)程、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)（見第20、21、22章主要參考文獻(xiàn)）7. 術(shù)語（見21.1節(jié)）第二部分 如何選用安全泄放裝置8. 合理地選用安全泄放裝置，必須充分研究三個(gè)方面：8.1 被保護(hù)的對象流體性質(zhì)、過程特征、超壓工況等8.2

3、超壓保護(hù)的工具安全泄放裝置的型式、功能和特性8.3 容器和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，以及環(huán)保和安全的法規(guī)。9. 根據(jù)過程特征確定各種潛在的超壓工況結(jié)合過程危害分析（PHA）(如HAZOP、LOPA等，找出潛在的超壓工況及其發(fā)生的可信度或概率。（見21.2.2.2節(jié)）10. 確定每個(gè)超壓工況的安全泄放量（見21.3.1節(jié)、21.3.3節(jié)、21.3.4節(jié)和表21-11）11. 根據(jù)過程特征、安全泄放裝置的功能以及相關(guān)規(guī)范確定選用安全閥的主要參數(shù)：設(shè)定壓力、最大泄放壓力、背壓等。11.1 澄清幾個(gè)概念11.1.1 設(shè)定壓力和最大泄放壓力（見21.1.14節(jié)、21.1.28節(jié)和圖21-1、圖21-5）11

4、.1.2 壓力積聚和超壓（見21.1.31節(jié)、21.1.29節(jié)和圖21-1）11.1.3 操作壓差和啟閉壓差（見21.1.17節(jié)、21.1.16節(jié)和圖21-1、圖21-5）11.1.4 疊加背壓和積聚背壓（見21.1.3節(jié)）11.2 安全閥的選用11.2.1 設(shè)定壓力的下限安全閥的操作壓差（防泄漏裕量）1） 標(biāo)準(zhǔn)操作壓差（最小操作壓差）（見21.2.4.1節(jié)、表21-1、表21-2、圖21-5和圖21-6）2 特殊的操作壓差（見21.2.4.3節(jié)）11.2.2 設(shè)定壓力的上限容器和管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求（見21.2.6.1節(jié)及表21-10）11.3 最大泄放壓力泄放壓力的上限（見21.2.6.

5、1節(jié)、21.2.6.2節(jié)、圖21-10和圖21-11）11.4 確定設(shè)定壓力和最大泄放壓力分4種情況（見21.2.6.3節(jié)和表21-10）11.5 背壓11.5.1 背壓對安全閥性能的影響（見21.2.7節(jié)）11.5.2 背壓對安全閥費(fèi)用和安全排放系統(tǒng)投資的影響（見21.2.7節(jié)和21.5.2.4節(jié)）11.5.3 背壓的確定優(yōu)化設(shè)計(jì)12. 爆破片裝置的選用12.1 爆破片裝置和安全閥一樣，都是超壓保護(hù)的安全泄放裝置。在使用時(shí)必須符合容器和管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，亦即最大標(biāo)定爆破壓力（相當(dāng)于安全閥的設(shè)定壓力）及最大泄放壓力必須符合前面討論的規(guī)范規(guī)定。12.2 爆破片裝置是不可重新關(guān)閉的裝置，其動(dòng)

6、作原理、制造和試驗(yàn)方法等均不同于安全閥，不能用一個(gè)設(shè)定壓力（及其允差）確定訂貨要求，必須提出一個(gè)爆破壓力范圍允許爆破范圍。通常用規(guī)定爆破壓力、制造范圍和爆破壓力允差規(guī)定這個(gè)允許爆破范圍。（見21.2.5節(jié)）12.3 最大正常操作壓力允許爆破范圍的下限 最小標(biāo)定爆破壓力（或最小規(guī)定爆破壓力） 最小標(biāo)定爆破壓力（或當(dāng)規(guī)定爆破壓力0.3MPa時(shí)為最小規(guī)定爆破壓力）爆破片操作比 = 爆破片操作比相當(dāng)于安全閥的操作壓差。操作比的值<1，越小，裕量越大。（見21.1.27節(jié)、21.2.5.1節(jié)、表21-3、表21-4和表21-5）12.4 允許爆破范圍的上限最大標(biāo)定爆破壓力相當(dāng)于安全閥設(shè)定壓力的上限

7、，必須符合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定（見21.2.5.2節(jié)）12.5 允許爆破范圍的確定（見21.2.5.3節(jié)、21.2.5.4節(jié)、表21-6、表21-7、表21-8、表21-9）12.6 澄清標(biāo)定爆破壓力、最大/最小爆破壓力以及規(guī)定爆破壓力、最大/最小規(guī)定爆破壓力的概念（見21.1.19節(jié)、21.1.21節(jié)、21.1.22節(jié)、21.1.23節(jié)、21.1.24節(jié)、21.1.25節(jié)、21.1.26節(jié)、圖21-2和圖21-3）設(shè)計(jì)人員根據(jù)工藝要求、過程特征和相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，提出規(guī)定爆破壓力、制造范圍和爆破壓力允差（由此可得到最大/最小標(biāo)定爆破壓力、最大/最小規(guī)定爆破壓力和允許爆破范圍），作為訂貨要求，制造

8、廠生產(chǎn)的產(chǎn)品標(biāo)記的標(biāo)定爆破壓力只要在允許爆破范圍內(nèi)都是合格的。因此，實(shí)際上產(chǎn)品只有一個(gè)標(biāo)定爆破壓力。13安全泄放裝置的選型13.1 選用安全閥、爆破片裝置、還是兩者的組合（見21.6節(jié)及圖21-26）13.2 安全閥選型的一些導(dǎo)則13.2.1對閥門操作壓差的要求13.2.2對閥門啟閉壓差的要求13.2.3對閥門尺寸（高度）和/或重量的要求13.2.4對閥門承受背壓的要求13.2.5工藝流體類型的要求13.2.6壓力脈動(dòng)要求13.2.7低溫使用要求13.2.8高溫使用要求14安裝問題14.1 入口管道不可回收總壓力損失<3%設(shè)定壓力，以避免閥門頻跳（chatter）導(dǎo)致影響泄放性能惡化；破

9、壞閥座密封面，或爆破片壽命等（見21.5.1節(jié)）14.2 出口管道防止背壓超過閥門限制（見21.5.2節(jié)）14.3 進(jìn)、出口切斷閥的設(shè)置（見21.4節(jié)）14.4 泄放反作用力影響（見21.5.4節(jié)）14.5 多個(gè)并聯(lián)安全泄放裝置的安裝14.5.1多個(gè)并聯(lián)安全泄放裝置的安裝合理性14.5.2多個(gè)并聯(lián)安全泄放裝置的安裝壓力設(shè)定14.5.3多個(gè)并聯(lián)安全泄放裝置的安裝注意事項(xiàng)（見21.5.3節(jié)）第三部分 工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的其它問題15. 呼吸閥選用15.1 呼吸閥用于保護(hù)常壓（包括微內(nèi)壓）容器和管道系統(tǒng)超壓的安全泄放裝置。因此呼吸閥的選用與安全閥的選用一樣，必須考慮三個(gè)方面：15.1.1被保護(hù)的對象容器和

10、管道系統(tǒng)內(nèi)的流體性質(zhì)及過程特征15.1.2保護(hù)的工具呼吸閥的型式、功能和特性15.1.3容器和管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，以及環(huán)保和安全的法規(guī)。這三方面不是均等的，呼吸閥必須滿足保護(hù)對象及相關(guān)法規(guī)和規(guī)范的要求。15.2 安全泄放量的確定根據(jù)超壓工況，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算15.3呼吸閥的設(shè)定壓力（開啟壓力）和最大泄放壓力的確定根據(jù)超壓工況，按照采用的容器規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定確定。15.4 呼吸閥的背壓呼吸閥加阻火器，特別是在呼吸閥排入排放總管的情況下，會(huì)對呼吸閥產(chǎn)生背壓。背壓會(huì)影響呼吸閥的開啟功能以及泄放量，設(shè)計(jì)必須考慮背壓的作用。15.5 為了保證安全，通常危險(xiǎn)液體的儲(chǔ)罐設(shè)置三重保護(hù)：充氮，呼吸閥和緊急

11、泄放口。15.6 常壓（包括微內(nèi)壓）容器的設(shè)計(jì)壓力比壓力容器低得多，設(shè)計(jì)壓力與操作壓力的操作壓差很小。在這個(gè)操作壓差內(nèi)需要分別設(shè)定氮?dú)饪刂?、呼閥開啟以及緊急泄放口打開，必須慎重研究選擇各個(gè)設(shè)定點(diǎn)，防止因各個(gè)設(shè)定點(diǎn)太靠近，導(dǎo)致同時(shí)動(dòng)作，或者超壓。15.7 一般重力型呼吸閥需要100%超壓（亦即2倍設(shè)定壓力）達(dá)到全開啟的額定泄放量。先導(dǎo)型呼吸閥全開啟的超壓10%設(shè)定壓力。而且在開啟前，操作壓力越大，密封性越好。國外有些特殊設(shè)計(jì)的重力型呼吸閥也可在超壓10%設(shè)定壓力時(shí)全開啟。15.8 對于冰點(diǎn)較高的液體（如醋酸）儲(chǔ)罐的呼吸閥需考慮防凍設(shè)施。對于低溫應(yīng)用的呼吸閥應(yīng)選擇軟閥座或有防凍措施的先導(dǎo)閥。對于可

12、能產(chǎn)生聚合的液體應(yīng)用也應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧?5.9 有關(guān)呼吸閥的主要標(biāo)準(zhǔn)15.9.1 ANSI/API STD 20002009 Venting Atmospheric and low-pressure storage tanks15.9.2 API STD 6202009 Design and construction of large, welded, Low-Pressure storage tanks15.9.3 API STD 6502008 Welded Tanks for oil storage 15.9.4 GB503412003 立式園筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范15.9.5 SH

13、304692 石油化工立式園筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)范15.9.6 GB501602008 石油化工企業(yè)防火規(guī)范15.9.7 SH/T 30072007石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范15.9.8 SY/T 0511.1-2010 第1部分：呼吸閥16.設(shè)備設(shè)計(jì)壓力的確定16.1設(shè)備設(shè)計(jì)壓力為什么要由工藝系統(tǒng)專業(yè)確定？老體制和新體制的比較（主要的區(qū)別在于不是孤立地，而是從系統(tǒng)的概念進(jìn)行分析）16.2標(biāo)準(zhǔn)壓力設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和特殊壓力設(shè)計(jì)準(zhǔn)則16.3設(shè)備設(shè)計(jì)壓力確定的程序16.3.1由化工工藝專業(yè)根據(jù)工藝要求提出最大正常工作壓力(MNOP16.3.2工藝系統(tǒng)專業(yè)考慮過程的特征和各種工況，加上系統(tǒng)的附加條件，確

14、定工藝系統(tǒng)的MNOP16.3.3不會(huì)產(chǎn)生超壓的本質(zhì)安全設(shè)計(jì)設(shè)備，最小設(shè)計(jì)壓力=MNOP16.3.4絕大多數(shù)的設(shè)備可能產(chǎn)生超壓工況，按設(shè)計(jì)規(guī)范必須設(shè)置安全泄放裝置（對于處于獨(dú)立壓力系統(tǒng)中得幾個(gè)設(shè)備和管道系統(tǒng)，只需在一處設(shè)置）。因此設(shè)備設(shè)計(jì)壓力的確定必須結(jié)合安全泄放裝置的設(shè)定壓力的確定。（1）安全泄放裝置的操作壓差（對于爆破片裝置為操作比）為了確保安全泄放裝置正常工作（不提前開啟或破裂，使安全閥的泄漏量符合規(guī)范要求），設(shè)定壓力與操作壓力（MNOP）之間必須保持一定的操作壓差。對于動(dòng)力鍋爐，流體較單一（水和蒸汽），過程也較簡單，ASME規(guī)定了最小操作壓差。對于化工過程的壓力容器和管道，流體性質(zhì)復(fù)雜，

15、過程多變，ASME只提出最小操作壓差的推薦值，（見表21-1）（2）對于無特殊要求的一般容器和管道，采用標(biāo)準(zhǔn)壓力設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：最小設(shè)計(jì)壓力=MNOP+標(biāo)準(zhǔn)操作壓差。標(biāo)準(zhǔn)壓差由工程公司規(guī)定。如有的公司規(guī)定：普通型安全閥為10%MAOP或1015psi（取其中較大的值）；先導(dǎo)型安全閥為5%MNOP或1025psi（取其中較大的值）。而設(shè)定壓力設(shè)計(jì)壓力（對于單個(gè)安全泄放裝置）（3）對于有特殊要求的容器和管道，采用特殊壓力設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，根據(jù)要求（流體性質(zhì)和價(jià)值、過程特征，以及環(huán)保和安全法規(guī)）提高操作壓差:最小設(shè)計(jì)壓力=MNOP+特殊的操作壓差（見21.2.4.1節(jié)、21.2.4.3節(jié)、表21-1表21-5）對

16、于爆破片裝置，用操作比代替操作壓差。16.3.5 對于在獨(dú)立壓力系統(tǒng)中的設(shè)備和管道，根據(jù)安全泄放裝置設(shè)置的位置，對每個(gè)設(shè)備按相對位置（上游或下游），設(shè)計(jì)壓力需作相應(yīng)的調(diào)整。（見21.2.3節(jié)和圖21-4）17.閥門選用導(dǎo)則17.1前言一般閥門選用都參照同類工藝過程，或借鑒相似裝置的經(jīng)驗(yàn)。新的化工技術(shù)的閥門選用（特別是關(guān)鍵閥門）都由專利商或工藝包提供方確定。現(xiàn)代石油化工發(fā)展迅速，新產(chǎn)品和新工藝層出不窮，本節(jié)試圖對于新的工藝過程選用閥門；或者判斷現(xiàn)有裝置的閥門選用是否合理，從工藝系統(tǒng)和管道設(shè)計(jì)角度提出一些通用的準(zhǔn)則。選用閥門必須熟悉閥門的型式，結(jié)構(gòu)和功能，但是閥門作為化工裝置的重要組成部分，合理選

17、用閥門所考慮的范疇?wèi)?yīng)擴(kuò)大到化工工藝、過程系統(tǒng)、管道設(shè)計(jì)、環(huán)保和安全、外部環(huán)境、相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)及經(jīng)濟(jì)性等等。下面對各種條件和因素作一說明。17.2閥門選用需考慮的條件及一般導(dǎo)則17.2.1流體的性質(zhì)17.2.2流動(dòng)條件17.2.3工藝（過程）系統(tǒng)設(shè)計(jì)條件（1）系統(tǒng)操作模式要求的閥門功能（2）在各種工況下的操作條件和流動(dòng)參數(shù)（3）閥門的上游和/或下游的管道組成件及設(shè)備的水力學(xué)條件。（4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度的確定17.2.4管道設(shè)計(jì)條件（1）閥門的上游和下游的管道走向（2）閥門的上游和/或下游的設(shè)備型式和布置及管道組成件的布置（3）閥門附近的設(shè)備和管道布置（4）根據(jù)壓力管道相關(guān)“規(guī)程”和“規(guī)范”確定管道等級(jí)，GC1級(jí)管道用閥門應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。17.2.5外部環(huán)境17.2.6化工安全設(shè)計(jì)要求17.2.7相關(guān)法規(guī)、規(guī)程、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)保和安全、質(zhì)量監(jiān)察容器、管道、設(shè)計(jì)閥門質(zhì)量和檢驗(yàn)，泄漏試驗(yàn)，耐火試驗(yàn)等。17.