李治貴，宮儉純，姜來(lái)舉

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

0 引言

海上油氣田平臺(tái)的特點(diǎn)是空間受限，油氣處理設(shè)施、電氣設(shè)備、人員集中在同一個(gè)平臺(tái)上，對(duì)平臺(tái)的安全生產(chǎn)提出了極為嚴(yán)格的要求。海洋平臺(tái)上設(shè)置的工藝設(shè)備、管線(xiàn)，基本都是在壓力下進(jìn)行作業(yè)的，對(duì)壓力容器、換熱器、機(jī)械設(shè)備、管道系統(tǒng)而言，安全閥的設(shè)置必不可少。作為平臺(tái)壓力設(shè)施的重要附件，當(dāng)發(fā)生工藝事故和火災(zāi)事故時(shí)，安全閥的動(dòng)作可靠性和性能好壞直接關(guān)系到設(shè)備和人身的安全，并和節(jié)能與環(huán)境保護(hù)緊密相關(guān)，為此，本文對(duì)安全閥的選用加以分析，并得出海洋平臺(tái)上常用安全閥的選性原則。

一位家政公司的負(fù)責(zé)人說(shuō)，在所有的保姆類(lèi)型里，老年人保姆是最難找的，尤其是失能老年人的保姆就更難找了，有時(shí)候雇主開(kāi)到位3000～4000元一個(gè)月，但是愿意去的仍然不多，比月嫂還難找?！案啾Ｄ范荚敢馊ヅ嘤?xùn)當(dāng)月嫂，那個(gè)來(lái)錢(qián)更快?！彼硎荆敢忾_(kāi)高薪來(lái)找保姆的老年人家庭畢竟是少數(shù)。

“好！”顏曉晨依舊分不清東南西北，卻立即答應(yīng)了，就如被五百萬(wàn)砸中的人，即使蒙到完全不知道該如何應(yīng)對(duì)飛來(lái)橫財(cái)，卻一定會(huì)先緊緊抓住了。兩個(gè)確認(rèn)了戀愛(ài)關(guān)系的“親密戀人”，卻一點(diǎn)沒(méi)有親密的姿態(tài)，更沒(méi)有喜悅的表情。沈侯沉默著，好像不知道該再說(shuō)些什么，顏曉晨也沉默著，是真不知道該說(shuō)什么。

1 安全閥形式簡(jiǎn)介

1.1 按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)

按結(jié)構(gòu)形式的不同，安全閥可分為彈簧式安全閥、波紋管式安全閥和先導(dǎo)式安全閥[1]。

彈簧式安全閥是一種常用的安全閥，但在關(guān)閉力、泄放特性等方面受背壓的影響較大。由于安全閥的泄露往往受閥門(mén)關(guān)閉力的影響，就作用原理而言，彈簧式安全閥閥前壓力越接近設(shè)定值，閥前關(guān)閉力越小，越易泄露[2]。

波紋管式安全閥也是一種由彈簧作用的安全閥，用活塞或波紋管減少背壓對(duì)安全閥動(dòng)作性能的影響。

全啟式安全閥的特性是當(dāng)安全閥入口處的靜壓達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，閥瓣迅速上升到最大高度，最大限度地排除超壓的物料。一般用于可壓縮流體（如蒸汽和其他氣體）。閥瓣的最大上升高度不小于喉徑的1/4[3]。

1.2 按閥瓣開(kāi)啟高度分類(lèi)

低溫用安全閥的沖擊試驗(yàn)僅限于閥體、彈簧罩和法蘭。

先導(dǎo)式安全閥是由導(dǎo)閥控制的安全閥。其定壓由導(dǎo)閥控制，動(dòng)作特性基本上不受背壓的影響，閥前壓力越高，閥門(mén)關(guān)閉越嚴(yán)密。先導(dǎo)式安全閥的缺點(diǎn)是對(duì)含有雜質(zhì)或粘度較大的介質(zhì)可能會(huì)造成導(dǎo)閥堵塞，從而造成主閥不動(dòng)作的事故。

根據(jù)宜興市開(kāi)展的秸稈還田試驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐，明確了稻秸稈量以不超過(guò)全田秸稈量的一半為宜，對(duì)產(chǎn)量影響較小。秸稈還田在水稻收獲時(shí)，應(yīng)采用秸稈切碎、勻鋪裝置的收割機(jī)進(jìn)行收獲水稻，機(jī)械勻鋪不到位應(yīng)輔以人工勻鋪，做到全田秸稈攤鋪均勻。

2 安全閥的選型原則

一般情況下，普通彈簧式安全閥即可滿(mǎn)足大部分泄放需求。當(dāng)流程工況條件復(fù)雜，彈簧式安全閥無(wú)法滿(mǎn)足要求時(shí)，則需選用特殊的波紋管或先導(dǎo)式安全閥[4]。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，有如下常見(jiàn)的選型原則。

圖1 WHPB-PSV-B141液相噴嘴口徑計(jì)算參數(shù)Fig.1 WHPB-PSV-B141 liquid orifi ce diameter calculation parameters

表1 管道液相工藝參數(shù)Table 1 Pipe liquid phase process parameters

表2 管道氣相工藝參數(shù)Table 2 Gas-phase process parameters

圖2 WHPB-PSV-B141液相噴嘴口徑計(jì)算結(jié)果Fig.2 WHPB-PSV-B141 liquid orifi ce diameter calculation

圖3 WHPB-PSV-B141液相噴嘴口徑計(jì)算結(jié)果Fig.3 WHPB-PSV-B141 liquid orifi ce diameter calculation

2.1 平衡波紋管安全閥選型原則

當(dāng)安全閥的背壓大于其設(shè)定值的10%，而小于30%時(shí)。

當(dāng)介質(zhì)具有腐蝕性、易結(jié)垢、易結(jié)焦，會(huì)影響安全閥彈簧的正常工作時(shí)。

微啟式安全閥的特性是當(dāng)安全閥入口處的靜壓達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，閥瓣位置隨入口壓力升高而成比例地升高，最大限度地減少排出的物料，一般用于不可壓縮的流體（如水和油等液體）。閥瓣的最大上升高度不小于喉徑的1/20~1/40[3]。

當(dāng)安全閥的背壓不穩(wěn)定，其變化可能影響安全運(yùn)行時(shí)。

2.2 先導(dǎo)式安全閥選型原則

安全閥的閥體、彈簧罩的材料應(yīng)同安全閥入口的配管材料一致。

對(duì)要求安全閥的密封性能特別好的場(chǎng)合或操作壓力大于定壓90%以上的。

當(dāng)介質(zhì)有毒、有害時(shí)，應(yīng)選用不流動(dòng)導(dǎo)閥（即導(dǎo)閥打開(kāi)時(shí)，它不向外排放介質(zhì)）。

2.3 其他選型原則

除波紋管安全閥及用于排放水、水蒸氣或空氣的安全閥以外，所有安全閥都要選用帶封閉式彈簧罩結(jié)構(gòu)。

3.“妹妹幾歲了？可也上過(guò)學(xué)？現(xiàn)吃什么藥？在這里不要想家，想要什么吃的，什么玩的，只管告訴我；丫頭老婆們不好了，也只管告訴我。”

除液體膨脹泄壓允許采用螺紋連接外，一般只采用法蘭連接的彈簧式安全閥或帶導(dǎo)閥的安全閥。

當(dāng)介質(zhì)是水蒸氣或空氣時(shí)，允許選用帶扳手的安全閥。

介質(zhì)溫度大于300℃時(shí)，需選用帶散熱片的彈簧式安全閥。

安全閥采用軟密封，可有效地減少安全閥開(kāi)啟前的泄漏，比常規(guī)的硬密封更耐用，更易維修，價(jià)格也更低。只要安全閥使用溫度和介質(zhì)允許，應(yīng)盡量選擇軟密封。

2.4 安全閥材質(zhì)選擇[5]

當(dāng)安全閥的背壓力大于其設(shè)定值的30%以上時(shí)。

對(duì)某些系統(tǒng)，如排出的液體經(jīng)安全閥閥孔的節(jié)流孔降壓后會(huì)氣化，導(dǎo)致溫度降低的自制冷系統(tǒng)，應(yīng)考慮選用能滿(mǎn)足低溫要求的材料。

碳鋼閥體的安全閥，其閥桿要用鍛制鉻鋼；奧氏體鋼閥體的安全閥，閥桿用316不銹鋼或相當(dāng)?shù)牟牧稀?/p>

二是求解器求解過(guò)程：對(duì)內(nèi)流體模型所劃分的網(wǎng)格上所有含有單一變量的方程進(jìn)行求解，直到獲得該方程的解，另一個(gè)參數(shù)方程的求解需通過(guò)循環(huán)這一過(guò)程，該方程(相互耦合的非線(xiàn)性控制方程)可進(jìn)行多次迭代求解，當(dāng)所求解的方程組收斂，該求解過(guò)程結(jié)束。

從閥瓣開(kāi)啟高度不同的角度分類(lèi)，安全閥可分為全啟式安全閥和微啟式安全閥。

3 針對(duì)具體工況的分析

本文以BZ 13-1平臺(tái)的工藝工況為基礎(chǔ)，選取測(cè)試加熱器到測(cè)試流量計(jì)的油氣混輸管線(xiàn)上安全閥WHPBPSV-B141作為實(shí)例，分析具體的選型過(guò)程。工藝參數(shù)如表1、表2所示。

對(duì)殼聚糖-明膠澄清方法進(jìn)行響應(yīng)面分析，以透過(guò)率（Y）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案與結(jié)果見(jiàn)表3，方差分析見(jiàn)表4。

根據(jù)工藝專(zhuān)業(yè)提供的參數(shù)，該應(yīng)用是油氣混合相的工況。總背壓是設(shè)定壓力的6.4%，背壓較小，對(duì)選用安全閥的性能影響不大。操作壓力范圍很大，安全閥的選用原則是根據(jù)最?lèi)毫庸r條件選擇泄壓設(shè)備，最大正常操作壓力達(dá)到設(shè)定壓力的92%。彈簧式安全閥在操作壓力達(dá)到設(shè)定壓力的90%以上會(huì)產(chǎn)生泄露，因此選用先導(dǎo)式安全閥。工藝工況粘度為25cP，滿(mǎn)足先導(dǎo)式安全閥要求介質(zhì)不能有大顆粒雜質(zhì)或粘度太高。綜上所述，選用先導(dǎo)式安全閥。

本例是氣液兩相混合工況，現(xiàn)有的INTOOLS專(zhuān)業(yè)計(jì)算軟件不能同時(shí)一次性計(jì)算出噴嘴面積。目前采用的方法是分別計(jì)算氣液泄放的噴嘴面積，然后相加。將上述工藝參數(shù)分別輸入到INTOOLS中進(jìn)行氣液相泄放面積計(jì)算，如圖1所示為液相參數(shù)輸入界面。

皖河流域位于安徽省西南部，安慶市中部，大別山脈南坡與長(zhǎng)江干流之間。經(jīng)緯度是東經(jīng)115°45′～117°02′，北緯30°03′～31°01′。流域跨岳西、潛山、太湖、懷寧、望江、宿松等6縣及安慶市區(qū)和皖河農(nóng)場(chǎng)。西以黃梅尖、三面尖與湖北省分界；北以多枝尖、公界尖等與淮河流域分界；西南臨華陽(yáng)河流域；東北臨菜子湖流域；東南濱臨長(zhǎng)江。流域面積6 441 km2，如圖1所示。

經(jīng)過(guò)軟件計(jì)算，液相計(jì)算的結(jié)果如圖2所示。

正如前文所言，尿素價(jià)格重回高位使下游的心態(tài)在逐漸轉(zhuǎn)變，市場(chǎng)漲勢(shì)也確有放緩，但不可否認(rèn)的是當(dāng)前市場(chǎng)仍是利好因素居多。

如上輸入氣相參數(shù)，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

經(jīng)過(guò)計(jì)算得到最終氣液兩相需要的泄放噴嘴面積為0.106in2。選用Farris公司3800系列的API全噴嘴設(shè)計(jì)的先導(dǎo)式安全閥。噴嘴口徑選擇D系列0.11in2，滿(mǎn)足要求。出入口管線(xiàn)分別為E5、A5規(guī)格，核對(duì)樣本，綜合考慮，選擇后者入口900LB，出口300LB產(chǎn)品。初選的產(chǎn)品型號(hào)為38DC14-920。該型號(hào)閥體為Carbon Steel，閥座為橡膠密封，RF法蘭密封面，全啟式安全閥形式適用于存在氣相介質(zhì)的排放。根據(jù)項(xiàng)目中安全閥所處區(qū)域?yàn)樯a(chǎn)危險(xiǎn)區(qū)，介質(zhì)也有一定腐蝕性，要求閥體、內(nèi)件均具有一定防腐能力，對(duì)安全閥提出了材質(zhì)要求，最終確定安全閥型號(hào)為38DC14-920/S4，即安全閥閥體、內(nèi)件全部采用316不銹鋼，滿(mǎn)足本例要求[6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)各種結(jié)構(gòu)形式安全閥的描述及一般選型的原則總結(jié)，安全閥主要是根據(jù)泄壓設(shè)施使用的場(chǎng)合、被控工藝介質(zhì)的特點(diǎn)、操作壓力、背壓及泄壓設(shè)施本身的特性進(jìn)行選用，且要求選用的安全閥應(yīng)盡量可靠、價(jià)廉、壽命長(zhǎng)、維護(hù)方便、備件易獲得。選型應(yīng)用的過(guò)程是經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的累積，要在理論和實(shí)踐基礎(chǔ)上了解掌握安全閥和爆破片的各種特點(diǎn)，做到滿(mǎn)足工藝要求和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

[1]陸德民.石油化工自動(dòng)控制設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.

[2]張瑞吉.安全閥彈簧設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題[J].煤礦機(jī)械,2012,12.

[3]API RP 520.Sizing,Selection and installation of Pressure-Relieving Devices in Refineries[Z].1997.

[4]API RP 521.Guide for Pressure-Relieving and Depressuring System[Z].1997.

[5]API RP 526.Flanged Steel Pressure Relief Valves[Z].1997.

[6]安全閥釋放手冊(cè)[Z].Farris公司.