氣化裝置氧氣管線安全閥的優(yōu)化配置

馮光 孫彥澤

摘要：就氣化裝置高壓氧氣管線上安全閥的設(shè)置問(wèn)題，是需要在氣化裝置內(nèi)單獨(dú)設(shè)置全流量高壓氧氣放空安全閥還是僅在空分裝置界區(qū)內(nèi)設(shè)置全流量高壓氧氣放空安全閥，本文通過(guò)上下游裝置統(tǒng)一考慮與熱力膨脹計(jì)算后，給出一個(gè)只需在氣化裝置界區(qū)內(nèi)高壓氧氣管線上僅設(shè)置熱力膨脹型安全閥的解決方案，并且給出相關(guān)的安全閥計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：

高壓氧氣、安全閥、氣化裝置、空分裝置

1.工藝流程簡(jiǎn)述

本文所描述的高壓氧氣（8.5MPaG）管線為空分裝置送出氧氣產(chǎn)品管線與氣化裝置直接相連的主管部分管道，包括空分裝置內(nèi)的產(chǎn)品氧氣管線上的所有閥門(mén)儀表，同時(shí)也包含氣化裝置界區(qū)內(nèi)的該高壓氧氣管線上的所有閥門(mén)儀表。

由于空分裝置界區(qū)內(nèi)氧氣產(chǎn)品管線上的儀表閥門(mén)設(shè)置與氣化裝置界區(qū)內(nèi)的氧氣產(chǎn)品管線上的設(shè)置基本一致，下面附圖所示的氧氣管線即可用在空分裝置界區(qū)內(nèi)，亦可以用在氣化裝置界區(qū)內(nèi)，僅示意一個(gè)裝置界區(qū)內(nèi)部分，不再重復(fù)示意。

如圖所示，通?？辗盅b置界區(qū)內(nèi)的氧氣產(chǎn)品管線包含流量計(jì)、流量控制閥與均壓閥組、放空閥、以及相應(yīng)的溫壓補(bǔ)償?shù)葍x表，本文未示意溫度補(bǔ)償；氣化裝置界區(qū)內(nèi)與該附圖的區(qū)別僅在于無(wú)均壓閥。

2.安全閥的設(shè)置

空分裝置界區(qū)內(nèi)必須設(shè)置全流量的氧氣放空安全閥和氧氣泄壓排放閥（至消聲器），在下游裝置不開(kāi)車的情況下，需要將氧氣減壓排放至消聲器，如果高壓氧氣系統(tǒng)超壓則由安全閥泄放，從而保證空分裝置的安全運(yùn)行。

當(dāng)空分裝置穩(wěn)定運(yùn)行后，下游氣化裝置可能出現(xiàn)與空分聯(lián)動(dòng)不及時(shí)，高壓氧氣超壓，此時(shí)在氣化裝置界區(qū)內(nèi)設(shè)置氧氣安全閥會(huì)起到保護(hù)作用，但該氣化裝置界區(qū)內(nèi)的高壓氧氣安全閥如果按照空分裝置所供應(yīng)氧氣全量放空設(shè)計(jì)的話，安全閥的造價(jià)將極其昂貴，通常單臺(tái)DN80的全蒙乃爾材質(zhì)（CL900）高壓氧氣安全閥國(guó)產(chǎn)價(jià)格也至少在250萬(wàn)元左右。

如果將下游氣化裝置的壓力/流量控制信號(hào)及時(shí)與上游空分裝置送出高壓氧氣產(chǎn)品管線上的相關(guān)控制信號(hào)聯(lián)動(dòng)，則可以將高壓氧氣在上游空分裝置界區(qū)內(nèi)放空，這樣可以節(jié)省至少一臺(tái)全流量排放的高壓氧氣安全閥，但前提條件是上下游的高壓氧氣管線的設(shè)計(jì)壓力必須保持一致，如果下游氧氣管線設(shè)計(jì)壓力降低，則必須設(shè)置針對(duì)下游管線的安全閥，但管線的設(shè)計(jì)壓力往往對(duì)高壓氧氣管線的投資影響并不大，因此，本文考慮取消或者減小氣化裝置界區(qū)內(nèi)氧氣安全閥。

當(dāng)上下游高壓氧氣管線設(shè)計(jì)壓力保持一致，正常生產(chǎn)時(shí)氧氣并不會(huì)超壓，只有當(dāng)下游氣化裝置突然跳車或者跳車后上下游切斷閥關(guān)閉，將管道內(nèi)的高壓氧氣隔離，當(dāng)有輸入熱源時(shí)將導(dǎo)致氧氣管線升壓，而此時(shí)只需要考慮熱力膨脹引起的泄放量即可。

3.安全閥泄放量計(jì)算

由于該氧氣管線通常布置在無(wú)熱源的區(qū)域，因此只需按照GB 50160-2008所提供的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度0.79-1.04kW/m2來(lái)計(jì)算管道的熱量輸入即可，熱量輸入按照管道一半面積考慮即可，計(jì)算公式如下：

W=Q/（Cpv*dT）

dT=T1-Tn=（Pd/Pn）*Tn-Tn

W，kg/h，泄放量

Cpv，kJ/kg?K，熱容

dT，K，溫差

T1，K，泄放溫度

Tn，K，操作溫度

Q，KJ/h，熱量輸入

Pd，MPaA，泄放壓力

Pn，MPaA，操作壓力

以某個(gè)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)300米長(zhǎng)DN300高壓氧氣管線（操作壓力8.5MPaG，設(shè)計(jì)壓力9.5MPaG）為例，如果按全量泄放高壓氧氣42000Nm3/h，安全閥尺寸為DN80（CL900）；如果按照熱力膨脹泄放計(jì)算，則需排放的氧氣量為2065Nm3/h，排放量?jī)H為全量放空的5%，參照HG/T 20570-95《工藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中關(guān)于安全閥的設(shè)置和選用，可以直接計(jì)算得到按熱力膨脹選用的安全閥尺寸僅為DN20，對(duì)于選用蒙乃爾材質(zhì)的安全閥進(jìn)出口管線與安全閥本身而言，減小管道和閥門(mén)尺寸都可以大大減少相關(guān)投資，如果該舉例項(xiàng)目?jī)H采用DN20安全閥，即可減少相關(guān)投資200萬(wàn)左右，并且不影響上下游裝置的安全，流程組織也更為合理。

4.結(jié)論

通過(guò)本文對(duì)連接上游空分裝置與下游氣化裝置氧氣管線的安全性分析與工況計(jì)算，可以得到如下結(jié)論：即，氣化裝置界區(qū)內(nèi)的氧氣管線（高壓氧氣、或設(shè)計(jì)壓力一致的氧氣管線），只需要將控制信號(hào)傳輸至上游空分裝置，通過(guò)空分調(diào)節(jié)氧氣排放，氣化裝置界區(qū)內(nèi)氧氣管線僅設(shè)置一臺(tái)熱力膨脹型安全閥即可滿足安全要求，無(wú)需再設(shè)置全流量泄放的氧氣安全閥，可以大大節(jié)約特材管線與安全閥的投資。

參考文獻(xiàn)：

1 GB 50160-2008， 石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

2 HG/T 20570-95， 工藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].