安全泄放装置(包括呼吸阀).doc

安全泄放装置（包括呼吸阀）、阻火器、阀门选用及设备设计压力确定（概要）第一部分 概述1. 应用范围1.1应用的超压工况1.1.1 物理性的超压1.1.2 化学性的超压1.1.3 实际应用的超压工况及设置部位 (见21.2.2节)1.2 不适用的超压工况剧烈的氧化反应燃烧和爆炸（包括爆轰和爆燃）2. 在安全保护层分析中的定位（见图20.2及图20-1，图20-2）3. 分类3.1 按保护的容器或系统的压力分压力型：安全阀、爆破片装置常压型：呼吸阀3.2 按动作原理分（安全阀或呼吸阀）重力型弹簧型先导型3.3 按是否可重新关闭分可重新关闭的：安全阀、呼吸阀不可重新关闭的：爆破片装置、紧急泄放口3.4 按承受背压的性能分（安全阀）普通型平衡型先导型4. 型式4.1 压力型4.1.1 安全阀 1）普通型 2）平衡型 3）先导型4.1.2 爆破片装置 1）正拱型 2）反拱型 3）刀架型 4）开缝型 5）刻槽型 6）石墨型 7）针形安全阀4.2 常压型4.2.1 呼吸阀 1）重力型 2）先导型4.2.2 紧急泄放口重力型5. 超压保护的另一种方法系统设计方法(见21.2.1节)本质更安全采用SIS6. 主要规程、规范和标准（见第20、21、22章主要参考文献）7. 术语（见21.1节）第二部分 如何选用安全泄放装置8. 合理地选用安全泄放装置，必须充分研究三个方面：8.1 被保护的对象流体性质、过程特征、超压工况等8.2 超压保护的工具安全泄放装置的型式、功能和特性8.3 容器和系统的设计规范、标准，以及环保和安全的法规。9. 根据过程特征确定各种潜在的超压工况结合过程危害分析（PHA）(如HAZOP、LOPA等)，找出潜在的超压工况及其发生的可信度或概率。（见21.2.2.2节）10. 确定每个超压工况的安全泄放量（见21.3.1节、21.3.3节、21.3.4节和表21-11）11. 根据过程特征、安全泄放装置的功能以及相关规范确定选用安全阀的主要参数：设定压力、最大泄放压力、背压等。11.1 澄清几个概念11.1.1 设定压力和最大泄放压力（见21.1.14节、21.1.28节和图21-1、图21-5）11.1.2 压力积聚和超压（见21.1.31节、21.1.29节和图21-1）11.1.3 操作压差和启闭压差（见21.1.17节、21.1.16节和图21-1、图21-5）11.1.4 叠加背压和积聚背压（见21.1.3节）11.2 安全阀的选用11.2.1 设定压力的下限安全阀的操作压差（防泄漏裕量）1） 标准操作压差（最小操作压差）（见21.2.4.1节、表21-1、表21-2、图21-5和图21-6） 2) 特殊的操作压差 （见21.2.4.3节）11.2.2 设定压力的上限容器和管道系统设计规范的要求（见21.2.6.1节及表21-10）11.3 最大泄放压力泄放压力的上限（见21.2.6.1节、21.2.6.2节、图21-10和图21-11）11.4 确定设定压力和最大泄放压力分4种情况（见21.2.6.3节和表21-10）11.5 背压11.5.1 背压对安全阀性能的影响（见21.2.7节）11.5.2 背压对安全阀费用和安全排放系统投资的影响（见21.2.7节和21.5.2.4节）11.5.3 背压的确定优化设计12. 爆破片装置的选用12.1 爆破片装置和安全阀一样，都是超压保护的安全泄放装置。在使用时必须符合容器和管道系统设计规范的要求，亦即最大标定爆破压力（相当于安全阀的设定压力）及最大泄放压力必须符合前面讨论的规范规定。12.2 爆破片装置是不可重新关闭的装置，其动作原理、制造和试验方法等均不同于安全阀，不能用一个设定压力（及其允差）确定订货要求，必须提出一个爆破压力范围允许爆破范围。通常用规定爆破压力、制造范围和爆破压力允差规定这个允许爆破范围。（见21.2.5节）最大正常操作压力12.3 允许爆破范围的下限最小标定爆破压力（或最小规定爆破压力）最小标定爆破压力（或当规定爆破压力0.3MPa时为最小规定爆破压力）爆破片操作比=爆破片操作比相当于安全阀的操作压差。操作比的值1，越小，裕量越大。（见21.1.27节、21.2.5.1节、表21-3、表21-4和表21-5）12.4 允许爆破范围的上限最大标定爆破压力相当于安全阀设定压力的上限，必须符合相关设计规范的规定（见21.2.5.2节）12.5 允许爆破范围的确定（见21.2.5.3节、21.2.5.4节、表21-6、表21-7、表21-8、表21-9）12.6 澄清标定爆破压力、最大/最小爆破压力以及规定爆破压力、最大/最小规定爆破压力的概念（见21.1.19节、21.1.21节、21.1.22节、21.1.23节、21.1.24节、21.1.25节、21.1.26节、图21-2和图21-3）设计人员根据工艺要求、过程特征和相关规范的规定，提出规定爆破压力、制造范围和爆破压力允差（由此可得到最大/最小标定爆破压力、最大/最小规定爆破压力和允许爆破范围），作为订货要求，制造厂生产的产品标记的标定爆破压力只要在允许爆破范围内都是合格的。因此，实际上产品只有一个标定爆破压力。13安全泄放装置的选型13.1 选用安全阀、爆破片装置、还是两者的组合（见21.6节及图21-26）13.2 安全阀选型的一些导则13.2.1对阀门操作压差的要求13.2.2对阀门启闭压差的要求13.2.3对阀门尺寸（高度）和/或重量的要求13.2.4对阀门承受背压的要求13.2.5工艺流体类型的要求13.2.6压力脉动要求13.2.7低温使用要求13.2.8高温使用要求14安装问题14.1 入口管道不可回收总压力损失3%设定压力，以避免阀门频跳（chatter）导致影响泄放性能恶化；破坏阀座密封面，或爆破片寿命等（见21.5.1节）14.2 出口管道防止背压超过阀门限制（见21.5.2节）14.3 进、出口切断阀的设置（见21.4节）14.4 泄放反作用力影响（见21.5.4节）14.5 多个并联安全泄放装置的安装14.5.1多个并联安全泄放装置的安装合理性14.5.2多个并联安全泄放装置的安装压力设定14.5.3多个并联安全泄放装置的安装注意事项（见21.5.3节）第三部分 工艺系统设计的其它问题15. 呼吸阀选用15.1 呼吸阀用于保护常压（包括微内压）容器和管道系统超压的安全泄放装置。因此呼吸阀的选用与安全阀的选用一样，必须考虑三个方面：15.1.1被保护的对象容器和管道系统内的流体性质及过程特征15.1.2保护的工具呼吸阀的型式、功能和特性15.1.3容器和管道系统的设计规范、标准，以及环保和安全的法规。 这三方面不是均等的，呼吸阀必须满足保护对象及相关法规和规范的要求。15.2 安全泄放量的确定根据超压工况，按照相关标准计算15.3呼吸阀的设定压力（开启压力）和最大泄放压力的确定根据超压工况，按照采用的容器规范和标准的规定确定。15.4 呼吸阀的背压呼吸阀加阻火器，特别是在呼吸阀排入排放总管的情况下，会对呼吸阀产生背压。背压会影响呼吸阀的开启功能以及泄放量，设计必须考虑背压的作用。15.5 为了保证安全，通常危险液体的储罐设置三重保护：充氮，呼吸阀和紧急泄放口。15.6 常压（包括微内压）容器的设计压力比压力容器低得多，设计压力与操作压力的操作压差很小。在这个操作压差内需要分别设定氮气控制、呼阀开启以及紧急泄放口打开，必须慎重研究选择各个设定点，防止因各个设定点太靠近，导致同时动作，或者超压。15.7 一般重力型呼吸阀需要100%超压（亦即2倍设定压力）达到全开启的额定泄放量。先导型呼吸阀全开启的超压10%设定压力。而且在开启前，操作压力越大，密封性越好。国外有些特殊设计的重力型呼吸阀也可在超压10%设定压力时全开启。15.8 对于冰点较高的液体（如醋酸）储罐的呼吸阀需考虑防冻设施。对于低温应用的呼吸阀应选择软阀座或有防冻措施的先导阀。对于可能产生聚合的液体应用也应采取适当的措施。15.9 有关呼吸阀的主要标准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 立式园筒形钢制焊接油罐设计规范15.9.5 SH304692 石油化工立式园筒形钢制焊接储罐设计规范15.9.6 GB501602008 石油化工企业防火规范15.9.7 SH/T 30072007石油化工储运系统罐区设计规范15.9.8 SY/T 0511.1-2010 第1部分：呼吸阀16.设备设计压力的确定16.1设备设计压力为什么要由工艺系统专业确定？老体制和新体制的比较（主要的区别在于不是孤立地，而是从系统的概念进行分析）16.2标准压力设计准则和特殊压力设计准则16.3设备设计压力确定的程序16.3.1由化工工艺专业根据工艺要求提出最大正常工作压力(MNOP)16.3.2工艺系统专业考虑过程的特征和各种工况，加上系统的附加条件，确定工艺系统的MNOP16.3.3不会产生超压的本质安全设计设备，最小设计压力=MNOP16.3.4绝大多数的设备可能产生超压工况，按设计规范必须设置安全泄放装置（对于处于独立压力系统中得几个设备和管道系统，只需在一处设置）。因此设备设计压力的确定必须结合安全泄放装置的设定压力的确定。 （1）安全泄放装置的操作压差（对于爆破片装置为操作比）为了确保安全泄放装置正常工作（不提前开启或破裂，使安全阀的泄漏量符合规范要求），设定压力与操作压力（MNOP）之间必须保持一定的操作压差。对于动力锅炉，流体较单一（水和蒸汽），过程也较简单，ASME规定了最小操作压差。对于化工过程的压力容器和管道，流体性质复杂，过程多变，ASME只提出最小操作压差的推荐值，（见表21-1）（2）对于无特殊要求的一般容器和管道，采用标准压力设计准则：最小设计压力=MNOP+标准操作压差。标准压差由工程公司规定。如有的公司规定：普通型安全阀为10%MAOP或1015psi（取其中较大的值）；先导型安全阀为5%MNOP或1025psi（取其中较大的值）。而设定压力设计压力（对于单个安全泄放装置） （3）对于有特殊要求的容器和管道，采用特殊压力设计准则，根据要求（流体性质和价值、过程特征，以及环保和安全法规）提高操作压差:最小设计压力=MNOP+特殊的操作压差（见21.2.4.1节、21.2.4.3节、表21-1表21-5）对于爆破片装置，用操作比代替操作压差。16.3.5 对于在独立压力系统中的设备和管道，根据安全泄放装置设置的位置，对每个设备按相对位置（上游或下游），设计压力需作相应的调整。 （见21.2.3节和图21-4）17.阀门选用导则17.1前言 一般阀门选用都参照同类工艺过程，或借鉴相似装置的经验。新的化工技术的阀门选用（特别是关键阀门）都由专利商或工艺包提供方确定。 现代石油化工发展迅速，新产品和新工艺层出不穷，本节试图对于新的工艺过程选用阀门；或者判断现有装置的阀门选用是否合理，从工艺系统和管道设计角度提出一些通用的准则。选用阀门必须熟悉阀门的型式，结构和功能，但是阀门作为化工装置的重要组成部分，合理选用阀门所考虑的范畴应扩大到化工工艺、过程系统、管道设计、环保和安全、外部环境、相关法规和标准及经济性等等。下面对各种条件和因素作一说明。17.2阀门选用需考虑的条件及一般导则17.2.1流体的性质17.2.2流动条件17.2.3工艺（过程）系统设计条件 （1）系统操作模式要求的阀门功能（2）在各种工况下的操作条件和流动参数（3）阀门的上游和/或下游的管道组成件及设备的水力学条件。（4）系统设计压力和设计温度的确定17.2.4管道设计条件 （1）阀门的上游和下游的管道走向 （2）阀门的上游和/或下游的设备型式和布置及管道组成件的布置 （3）阀门附近的设备和管道布置 （4）根据压力管道相关“规程”和“规范”确定管道等级，GC1级管道用阀门应符合相关规定。17.2.5外部环境17.2.6化工安全设计要求17.2.7相关法规、规程、规范和标准 环保和安全、质量监察 容器、管道、设计 阀门质量和检验，泄漏试验，耐火试验等。17.2.