安全阀作为一种自动泄压装置,是保护设备设施的最后一道物理屏障。然而在实际生产过程中,安全阀却存在着一类容易被忽视的失效模式,即便是开展各类常规检查,也很难发现这种隐藏的失效,它就隐藏于安全阀出口排放管道的每一段管径当中。
安全阀背压是指安全阀出口管道内存在的反向压力,这种压力会随着工况的变化而波动,进而影响安全阀的正常开启、回座动作以及泄放能力。在日常操作中,常常通过调节螺栓设定起跳压力并用铅封锁定,从而确保安全阀的起跳压力不被随意篡改。但如果在设定安全阀起跳压力时未充分考虑“背压”这一动态因素,很有可能导致安全阀在系统超压时因排放管道实际压力过高而无法及时起跳,有可能还会导致设备出现超压的事故风险。
排放管道阻力,这也是最常见的背压升高原因。当安全阀出口排放管道过长、弯头数量过多,或者排放管道的管径设计过小时,都会显著增加介质的流动阻力,从而导致安全阀背压升高。
多个并联安全阀共用一条排放管道。具体情况是这样的,当两个或多个安全阀相继起跳时,各安全阀排放的介质在排放总管中混合,使得排放总流量增大,沿程的摩擦阻力相应增加,从而在排放管道中产生较高的反向压力。这种背压可能会导致其他安全阀提前开启或延迟开启,也有可能会出现回座不稳和“颤振”的现象。因此,在泄放管道系统性设计时,应充分考虑这些因素给安全阀正常泄放造成的影响。
排放介质冷凝与堵塞。安全阀排放管路通常会接入火炬系统或直接排空,如果排放介质本身带水或易冷凝,加之排放管道往往没有保温措施,就很容易发生冷凝现象。当冷凝的液体聚集在管道低洼段形成液柱,此时就会导致管路沿程阻力上升,造成安全阀背压升高。此外,如果排放介质容易结晶或者排放介质携带杂质,这些固体物质就会沉积结垢,造成管路堵塞,出现这些现象时,不仅会导致安全阀背压升高,还会干扰管道上安装的液位、压力等检测仪表的正常运行。比如内蒙古某企业“9·7”重大高压气体泄漏事故,就是因为主管道与放空火炬管线连通处以及就地压力表和远传压力变送器引压短节管严重堵塞,导致压力显示失真,人员在拆卸阀体作业前,误判了压力,导致高压介质突然喷出,引发了严重事故。
安全阀的实际开启压力高于设定值。当背压作用于安全阀的阀瓣时,会在阀门关闭方向产生一个附加作用力。以常用的弹簧式安全阀来说,这部分背压与弹簧的作用方向一致,导致安全阀需要更高的入口压力才能开启,此时的实际开启压力高于设定值。这也就意味着设备超压需要安全阀立刻开启泄压时,它却无法及时动作,将会延误紧急工况的处置时间,严重时还可能导致事态失控。
实际排放能力低于设计排放能力。安全阀的泄放能力与阀前压力和排放侧压力之间的压差有关。背压升高,就相当于减小了两者之间的压差,这样一来,在所有其他条件都不变的情况下,泄放量和泄放能力必然下降。当安全阀无法在规定时间内泄放足够多的介质时,设备超压情况可能无法及时消除,依然存在超压风险。
可能会引起安全阀的“颤振”现象。在动态工况下,如果背压频繁波动,很可能导致安全阀在开启和关闭状态间快速切换,产生颤振或喘振。虽然这种工况一般较少发生,但这种反复的动作会使阀瓣与阀座持续撞击,加速密封面磨损,同时还可能导致泄放介质产生脉冲效应,使泄放管道被拉裂,严重影响阀门使用寿命和泄放的安全可靠性。
存在潜在事故风险的隐患。在这里列举两个隐患实例:
第一个隐患是“企业将安全阀出口伸入污油池的液面之下”。
这种做法表面上看既环保又节省改造成本,但实际上引入了新风险。首先,没有考虑到安全阀背压的影响,池内一米高的污油就可产生几十千帕的静压力,这会显著增加安全阀的实际开启压力;其次是安全阀一旦起跳泄放,可能会将污油池内的污油吹散,这些被吹散的污油如果遇到静电火花,存在火灾爆炸风险。
第二个隐患是“先导式安全阀的先导阀排放口用丝堵封堵,导致先导阀无法开启,安全阀处于失效状态”。
先导式安全阀通常适用于背压较大的场合,其中先导阀的正常排放是确保主安全阀能够准确动作的前提。当先导阀排放口被封堵后,主阀将无法感知系统压力的真实变化,即使设备出现超压状况也无法及时开启。这种情况相当于给安全阀增加了一个非常大的背压,导致安全阀的泄放功能完全失效。
加强安全阀日常检查维护,及时对安全阀出口排放管道进行检查和排液。排液的作用是消除安全阀出口排放管道内存在的积液,减少背压带来的影响。在实际操作中,有些排液阀可能被堵塞,打开阀门并无液体流出,此时就要疏通阀门。此外,在排液或疏通阀门的过程中要注意安全,佩戴好个人防护装备,尤其要防止中毒事件发生。关于低点排液的频次,应符合特种设备安全管理要求,至少每月一次,在季节性气候波动较大时要适当增加频次;排液时还需对排出介质的性状进行判别,包括颜色、气味、粘度以及是否含有杂质和结晶等特征,一旦发现异常要立即取样送检分析。此外,在冬季外界环境温度较低的情况下,应在排凝后需增加氮气吹扫步骤,防止残液结冰胀裂管线和阀门。关于安全阀和泄放系统的检查维护,还要结合听、摸等方式确认安全阀是否存在内漏情况、气液分离罐和水封罐液位是否正常、水封罐的溢流管道是否通畅、凝液泵是否能够正常启停。
要检查确认安全阀与排放管道的设计选型是否正确。安全阀的选型要重点考虑安装位置的生产实际工况,选择与之相适配的安全阀类型。普通型安全阀适用于附加背压恒定,或排放背压不超过整定压力10%的场合,如果背压波动较小,且数值较低,可优先选用此类安全阀;对于排放背压大于整定压力10%,小于50%的场合或者相对附加背压变动较大的工况,可选用平衡式安全阀,其结构特点可有效平衡背压对阀瓣的作用力,确保阀门正常动作;先导式安全阀适用于背压大于整定压力30%的场合,或者容器工作压力与安全阀整定压力差值较小的场合。
关于安全阀的排放管道设计,需要遵循的基本原则有:“安全阀出口管道直径不得小于安全阀入口直径”,且排放管道不宜过长;使用大曲率半径的弯头替代90°直角弯头,减少局部阻力损失,确保介质流动顺畅。如果是多个安全阀共用一段泄放总管的情况,需满足“总管横截面积不小于各支管截面积之和”的要求,按介质相态(气相、液相)和额定压力分区设计,高压与低压介质不共用一个总管,避免出现因压力差异导致的压力串扰问题。
关于管道布置的要求,最关键的一点就是,避免排放管道出现袋形设计,也就是我们常说的“U型弯”。如果由于现场条件限制确实无法避免这种设计时,应在管道低点设置便于操作和维护的排液阀。各安全阀出口管道接至排放总管时,应顺着排放总管的流向,从排放总管上方45°斜向接入排放总管,这样可有效减少介质的流动阻力。
关于切断阀的设置,不宜在安全阀的进出口安装切断阀。如果为了检维修方便确需设置时,应采取铅封措施确保阀门处于开启状态,不影响安全阀的正常泄放功能。如果安全阀进、出口管道上的切断阀为闸阀时,还应注意阀杆必须水平安装,这主要是防止闸阀阀板脱落堵塞管道,导致安全阀无法正常泄放。
利用实时监控措施做好安全阀背压监测。
在实际生产运行中,安全阀背压往往会随着工况变化而产生波动。为此,可在排放管道的汇合点下游总管适当位置安装防堵型压力传感器,捕捉安全阀背压的变化,并将数据接入DCS系统,通过设置压力报警实现连续监测和提醒功能,发现压力持续升高或波动等异常情况,应立即启动检查程序,排查管道是否存在堵塞、积液、阀门卡涩等问题,并及时采取整改措施,防止风险扩大。关于实时监控点位的设置,要注意设置的位置不能存在盲区,防止排放管道内局部堵塞导致压力错误指示,影响操作人员的正确判断。
安全阀管理中的每一个细微疏忽都可能放大安全风险,甚至会引发事故。想要有效防控背压风险,既需要通过技术创新,攻克背压不好监控的难题,也需要通过优化管理,从设计、选型、安装,到日常维护、动态监测,每一个环节都需严格落实责任,杜绝管理上的形式主义。唯有如此,才能真正筑牢安全阀这个“最后一道物理屏障”,确保其在复杂多变的工作条件下始终处于可靠运行状态。
提示: 本文仅代表作者个人观点
来源:星达长安
编辑:弛豫
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