淺析低溫閥門(mén)泄壓方向

賈 洋,史 強(qiáng) ,賈 冉

(1.中海油石化工程有限公司，山東 濟(jì)南 250101;2.兗州煤業(yè)股份有限公司，山東 鄒城 273500)

近幾年，隨著化工項(xiàng)目的發(fā)展，越來(lái)越多的工藝過(guò)程在低溫下進(jìn)行。如石油化工、煤化工、LNG、制冷和低溫工程等行業(yè)。這些裝置上輸送的低溫介質(zhì)通常是液化石油氣、液化天然氣、液化烴等易燃易爆介質(zhì)。而且這些介質(zhì)在溫度升高時(shí)，體積迅速膨脹或者氣化，易造成泄露和爆炸。故低溫工況對(duì)于閥門(mén)的要求非常高。

低溫閥門(mén)通常是按照輸送介質(zhì)的最低設(shè)計(jì)溫度來(lái)定義的，不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)低溫閥門(mén)的適用溫度不同。崔麗等總結(jié)了不同標(biāo)準(zhǔn)中低溫閥門(mén)的適用溫度[1]。使用者可根據(jù)介質(zhì)溫度選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)。一般來(lái)說(shuō)，介質(zhì)溫度低于-29℃時(shí)，需要考慮采用相關(guān)的低溫閥門(mén)標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于低溫閥門(mén)的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)及安裝目前已有多篇報(bào)道[2-4]。而對(duì)于低溫閥門(mén)泄壓孔方向的標(biāo)識(shí)，僅有概括性論述，鮮有從工藝系統(tǒng)專業(yè)角度進(jìn)行的分析。筆者根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，淺析典型系統(tǒng)中低溫閥門(mén)的泄壓方向。

1 泄壓孔簡(jiǎn)介

低溫工況中使用的閥門(mén)結(jié)構(gòu)與廠家設(shè)計(jì)有關(guān)，有些存在泄壓孔。通常來(lái)說(shuō)，有兩個(gè)密封閥座的閥門(mén)，中間形成密閉閥腔結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的有低溫球閥、低溫閘閥等。閥門(mén)關(guān)閉時(shí)閥腔內(nèi)將充滿低溫介質(zhì)。隨著介質(zhì)的不斷升溫，閥腔內(nèi)壓力也不斷上升，從而造成一定風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)GBT2495《低溫閥門(mén)技術(shù)條件》，對(duì)進(jìn)出口側(cè)均能密封的低溫閥門(mén)應(yīng)采取防止閥體中腔異常升壓的措施，可設(shè)置降壓孔、降壓通道或采取其他泄壓方式?？梢?jiàn)閥門(mén)泄壓措施是非常必要也是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的，但具體泄壓方式則由制造廠確定。例如球閥的泄壓孔，對(duì)于浮動(dòng)球閥，通常通過(guò)開(kāi)在球體上的泄壓孔泄壓。而對(duì)于固定球閥，則通常通過(guò)閥座泄壓[5]。

2 泄壓孔方向

對(duì)于設(shè)置泄壓孔的低溫閥門(mén)，閥體上都會(huì)標(biāo)識(shí)箭頭。箭頭方向并非介質(zhì)的流向，而是泄壓孔的開(kāi)孔方向，即閥門(mén)關(guān)閉時(shí)由于溫升導(dǎo)致密封腔內(nèi)介質(zhì)泄放的方向。由此理解，該方向必須是閥門(mén)關(guān)閉時(shí)相對(duì)安全的一側(cè)，與上下游、高低壓側(cè)并無(wú)直接關(guān)系。通常而言，閥門(mén)關(guān)閉時(shí)的高壓側(cè)是閥門(mén)關(guān)閉時(shí)相對(duì)安全的一側(cè)。在工程設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人應(yīng)該判斷低溫閥門(mén)關(guān)閉時(shí)的安全側(cè)，并將泄壓方向標(biāo)注在管道及儀表流程圖中，以指導(dǎo)下一步的施工安裝。標(biāo)注方式會(huì)在項(xiàng)目首頁(yè)圖中進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定，常見(jiàn)的帶泄壓孔球閥圖例示意如下。

圖1 帶泄壓孔球閥圖例

下文將介紹幾種典型的帶泄壓孔低溫閥門(mén)泄壓方向，以供參考。

2.1 安全閥系統(tǒng)

典型的安全閥系統(tǒng)設(shè)進(jìn)出口手閥、旁路閥及導(dǎo)淋閥，如圖二所示。閥門(mén)關(guān)閉時(shí)由于溫升導(dǎo)致密封腔內(nèi)介質(zhì)泄放方向的考慮如下：

(1)進(jìn)出口手閥。當(dāng)校驗(yàn)等情況需要拆除、維護(hù)安全閥時(shí)，需關(guān)閉安全閥入口及出口閥門(mén)以進(jìn)行隔離。此時(shí)工藝介質(zhì)側(cè)為相對(duì)安全一側(cè)。故安全閥入口手閥泄壓方向?yàn)楣に嚱橘|(zhì)側(cè)，安全閥出口手閥泄壓方向?yàn)榕欧艢饪偣軅?cè)。

(2)旁路手閥。 旁路手閥在裝置正常運(yùn)行時(shí)即為關(guān)閉狀態(tài)，上游側(cè)為工藝介質(zhì)側(cè)，下游側(cè)為排放氣總管側(cè)。如僅考慮正常運(yùn)行工況，此閥泄向上游或下游皆可?？紤]裝置停車(chē)檢修工況時(shí)，應(yīng)視具體安全閥設(shè)置位置進(jìn)行分析。如圖2所示，當(dāng)安全閥入口設(shè)置手閥且泄壓方向?yàn)樯嫌螘r(shí)，旁路閥可與入口手閥保持一致也泄向上游工藝側(cè)。

圖2 典型安全閥系統(tǒng)

(3)導(dǎo)淋閥。所有對(duì)空的導(dǎo)淋閥泄壓方向均應(yīng)為工藝側(cè)。

2.2 調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)

圖3 典型調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)

調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)通常設(shè)進(jìn)出口切斷閥及旁路具調(diào)節(jié)功能的手閥，如圖3所示。調(diào)節(jié)閥故障時(shí)需對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行隔離維護(hù)，故前后切斷閥的泄壓方向均應(yīng)背向調(diào)節(jié)閥，以保證安全。由于旁路通常為截止閥，沒(méi)有密閉閥腔結(jié)構(gòu)，故無(wú)須標(biāo)泄壓方向。

2.3 泵系統(tǒng)

典型離心泵系統(tǒng)閥門(mén)設(shè)置如圖4所示。主要分析泵進(jìn)、出口手閥(V1、V2)、泵冷備線手閥(V3)和泵體導(dǎo)淋管線手閥(V4)。此處泄壓方向的分析需基于具體項(xiàng)目上系統(tǒng)的設(shè)置情況。

(1)泵進(jìn)、出口手閥(V1、V2)。泵的進(jìn)、出口手閥通常在泵隔離檢修時(shí)關(guān)閉，故安全泄壓方向?yàn)槿肟陂y上游、出口閥下游，均是閥門(mén)關(guān)閉時(shí)的高壓側(cè)。

(2)泵冷備線手閥(V3)。低溫泵通常設(shè)置冷備管線，以便能隨時(shí)開(kāi)啟。圖示即為冷備線的一種設(shè)置方式。該冷備線手閥正常運(yùn)行時(shí)是開(kāi)啟的，在泵隔離檢修時(shí)需要關(guān)閉。故泄壓方向也應(yīng)為閥門(mén)關(guān)閉時(shí)的高壓側(cè)。

(3)泵體導(dǎo)淋管線手閥(V4)。圖四泵系統(tǒng)中泵體導(dǎo)淋排放到地下液體收集罐。該手閥正常工況時(shí)即為關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)泄壓向任何一側(cè)均是安全的。泵隔離檢修時(shí)，在泵體排凈之后此閥也需要關(guān)閉。該工況下密封腔泄壓向液體收集系統(tǒng)則更為安全。故在本系統(tǒng)中，該閥的泄壓方向?yàn)橐后w收集系統(tǒng)，嚴(yán)格意義上并非閥門(mén)關(guān)閉時(shí)的高壓側(cè)。

3 總結(jié)

本文從工藝系統(tǒng)專業(yè)角度解析了常見(jiàn)系統(tǒng)中的低溫閥門(mén)泄壓方向，以供參考。泄壓方向的本質(zhì)為安全方向，無(wú)法一概而論，每個(gè)工程項(xiàng)目每個(gè)系統(tǒng)都可能有自己的特點(diǎn)，應(yīng)綜合項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行分析。浮動(dòng)球閥和固定球閥泄壓方向還需要考慮閥門(mén)本身結(jié)構(gòu)，看閥門(mén)廠家的要求。如因泄壓孔方向?qū)ρb置檢修維護(hù)提出要求，應(yīng)在設(shè)計(jì)文件中提出，以降低運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 典型離心泵系統(tǒng)

[1] 崔 麗，黃云浩，田德永.低溫閥門(mén)的設(shè)計(jì)與安裝[J].氮肥技術(shù)，2017,38(2):14-16.

[2] 劉先禹,霍金海.低溫閥門(mén)特點(diǎn)的探討[J].廣州化工，2009,37(5):197-199.

[3] 陶國(guó)慶，等.LNG工程用超低溫閥門(mén)的設(shè)計(jì)研究[J].流體機(jī)械，2015,43(10):197-199.

[4] 蘇 祥，李 強(qiáng)，郭 金.石油化工裝置中低溫閥門(mén)的選型分析[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2015(13):111-112.

[5] 張華偉.LNG接收站閥門(mén)工藝設(shè)計(jì)研究[J].山東化工，2015,44(17):115-118.