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帶有密封氣的方罐工藝安全控制原理分析

文檔作者：曾樹兵張春娥余智楊宇航胡蓉琚選擇文檔來源：海洋石油工程股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年01月07日
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第38卷第1期化工機械43
帶有密封氣的方罐工藝安全控制原理分析
曾樹兵。張春娥余智楊宇航胡蓉琚選擇
(海洋石油工程股份有限公司)
摘要為了保證方罐的安全可靠運行，避免發(fā)生失效事故．從工藝控制原理的角度，對帶有密封氣的
方形罐進行安全控制分析。
關(guān)鍵詞海洋平臺方形儲罐安全裝王壓力／真空保護
中圖分類號TQ053．2 文獻標識碼A 文章編號0254-6094(201 1)014)043-04
常壓方形儲罐廣泛地應(yīng)用于海洋石油平臺生
產(chǎn)系統(tǒng)中，如生產(chǎn)水處理系統(tǒng)中的生產(chǎn)水緩沖罐、
污油罐和濾器反沖洗罐；注水系統(tǒng)的注水緩沖罐；
化學(xué)藥劑系統(tǒng)的藥劑儲罐；淡水系統(tǒng)的淡水儲罐；
柴油系統(tǒng)的柴油儲罐、柴油日用罐和開排系統(tǒng)的
開式排放罐等。其中，生產(chǎn)水系統(tǒng)為安全及防止
溶氧等原因要求工藝流程密閉，一般都采用燃料
氣或惰性氣體進行密封，其它的方罐都裝有一個
足夠大尺寸的放空管與大氣連通。帶有密封氣方
罐的典型安全裝置包括壓力安全裝置和液位安全
裝置。液位控制的工藝參數(shù)設(shè)置較為簡單，而壓
力控制涉及到罐的最大允許工作壓力、壓力控制
閥(PCV)的設(shè)定點、壓力真空泄放閥(PVSV)的
設(shè)定點和溢流管線上液封高度等多個參數(shù)。通過
對帶有液封的溢流管線和液封功能以及PVSV特
性的分析，如果液封高度設(shè)置不當(dāng)，PVSV將起不
到二級保護的作用。為解決這個問題，筆者給出
了液封的典型作法、PVSV設(shè)定點的區(qū)間和液封
高度的要求，為工程實踐提供參考。
1 帶有密封氣方罐的典型安全裝置
根據(jù)API RP 2000?的規(guī)定，常壓罐的操作
壓力應(yīng)在真空到103．4kPa(G)之間，而GBl50一
1998【21規(guī)定的設(shè)計壓力在100kPa(G)到35MPa
(G)之間，可以看出，考慮到經(jīng)濟性，沒有將這類
容器納入壓力容器的范疇。依據(jù)API RP 14C¨’
對常壓容器安全分析設(shè)計的要求，其典型的安全
裝置如圖1所示。
圖l 帶有密封氣矩形罐的安全控制示意圖
一般常壓容器的意外事件是過壓、負壓、溢流
及泄漏等，因此從圖l中可以看出，對于方罐有以
下兩個重要的安全裝置：壓力安全裝置，由合適尺
寸的壓力真空泄放閥(PVSV)來保護，以防止過
壓和負壓；液位安全裝置(LsH／L／LL)，由液位傳
感器和溢流口提供保護，在液位低低時切斷入口、
液體超高時從溢流排出、在液位高或低時報警，以
防止冒罐和泄漏。液位控制的工藝參數(shù)設(shè)置比較
簡單，根據(jù)罐的有效容積設(shè)置合適的液位高度就
可以，在此不作過多討論。而PVSV設(shè)定點的考
慮要復(fù)雜的多，與其相關(guān)聯(lián)的參數(shù)包括壓力控制
閥(PCV)的呼出設(shè)定點、罐的設(shè)計壓力和液封的
高度，尤其是與液封高度之間的相互關(guān)系，如果設(shè)
置不當(dāng)將會出現(xiàn)PVSV起不到二級保護的作用。
例如：當(dāng)一個罐的設(shè)計壓力是一2kPa(G)一FULL
WATER+35kPa(G)、PVSV的設(shè)定點一l kPa
·曾樹兵．男，1972年2月生．高級T程師。天津市．30045l。
萬方數(shù)據(jù)
化工機械2011年
(G)／30 kPa(G)、液封高度是l 000mm，很顯然在
PVSV起跳之前，液封早已經(jīng)被頂開，超出的壓力
直接從溢流管線泄放，可以認為這種情況下
PVSV起不到二級保護的作用，形同虛設(shè)。
2液封溢流管線的作用
方罐上通常設(shè)有溢流管線，對于帶有密封氣
的方罐并配有一定高度的液封，以實現(xiàn)密閉。當(dāng)
罐內(nèi)液位達到溢流口高度的時候，將從溢流管線
流出，防止冒罐；另外液封可避免空氣進入而達到
可燃蒸氣的爆炸極限及罐內(nèi)液體溶氧。液封設(shè)置
的高度如果低于罐上的PVSV最大泄放壓力，超
壓時氣體將不經(jīng)PVSV排放而直接頂開液封排放
至溢流管線下游。若罐上不設(shè)超壓報警，現(xiàn)場人
員很難發(fā)現(xiàn)可燃氣體經(jīng)溢流管線直接進入下游開
式排放罐，對平臺產(chǎn)生較高危險，造成PVSV設(shè)而
無用的狀況。因此低壓方罐上設(shè)置溢流管線和液
封是必要的，在液封內(nèi)充裝適當(dāng)高度的液體，同時
在液封管上裝一個液位計以便操作者觀察液封的
a．直動式
高度，具體做法如圖2所示。
開排系垡罐
圖2 液封做法示意圖
目前，關(guān)于溢流管線的液封高度還沒有規(guī)范
要求，一般溢流管線只考慮液位超高時排液，而不
把其作為超壓時的二級保護泄壓功能，所以液封
高度的設(shè)置只保證罐內(nèi)液體溢流，而不考慮罐內(nèi)
氣體泄放。
3 PVSV的類型和工作特性
為了保護常壓方罐免于真空和過壓危險，
PVSV一般同時組合了壓力泄放閥和真空吸人閥
兩個方面的功能，其形式有直動式和先導(dǎo)式(圖
3)，其操作特性見表l。
圖3 PVSV的典型結(jié)構(gòu)
表1 PVSV的操作特性
b．先導(dǎo)式
特性
PVSV的類型
直動式先導(dǎo)式
萬方數(shù)據(jù)
第38卷第1期化工機械45
圖4 典型PVSV的流量／過壓特性曲線
由表l和圖4中可以看出，直動式PVSV全
開啟需要超壓70％一100％。而先導(dǎo)式PVSV的全
開啟需要超壓10％。同時PVSV還有一個微泄漏
系數(shù)的要求，微泄漏系數(shù)是罐內(nèi)的實際工作壓力
與PVSV的設(shè)定點之間的比值，也就是說當(dāng)方罐
內(nèi)的工作壓力大于或等于微泄漏系數(shù)×PVSV的
設(shè)定點時，PVSV未啟跳但是開始有微量的泄漏，
罐內(nèi)的壓力越接近設(shè)定壓力，閥座泄漏就越嚴重。
4 PCV、PVSV設(shè)定點同液封高度之間的關(guān)系
海洋平臺上的生產(chǎn)系統(tǒng)中帶有密封氣方罐的
設(shè)計壓力，一般在一2kPa(G)一FULL WATER+
35 kPa(G)之間，其上部氣相空間的操作壓力由
PCV控制，由圖I中可以看出，PCV是由一組吸
人和呼出閥組成，吸入的設(shè)定值一般為1 kPa
(G)，根據(jù)PVSV的工作特性，PCV的呼出設(shè)定值
不應(yīng)超過PVSV的設(shè)定點×微泄漏系數(shù)，如直動
式PVSV呼出設(shè)定壓力的75％或者先導(dǎo)式PVSV
呼出設(shè)定壓力的90％。
PVSV為方罐提供了超壓和負壓保護，故
PVSV有兩個設(shè)定點，一是負壓時吸人設(shè)定點，另
一是超壓時泄放設(shè)定點。首先依據(jù)PVSV特性可
以看出罐內(nèi)壓力達到PVSV設(shè)定值時才剛剛開
啟，只有達到一個超壓百分數(shù)后才能完全開啟，達
到額定泄放奄。但在PVSV的實際選型時，考慮
到設(shè)計上的裕量．最大超壓泄放量并非就是
PVSV的額定泄放{蠹，也就是說．最大超壓泄放量
一般都要小于PVSV的額定泄放{蠹。因此，對于
同一個PVSV來說最大超壓泄放蜒對應(yīng)的最大允
許超壓百分數(shù)也小于全啟超壓百分數(shù)。此時，
PVSV的最大泄放壓力=PVSV的設(shè)定點壓力×
(1+PVSV最大允許超壓百分數(shù))，即：PVSV的設(shè)
定點應(yīng)小于罐的最大允許工作壓力／(1+PVSV
最大允許超壓百分數(shù))。其次，由于直動式PVSV
無波紋管，不能平衡來自排放系統(tǒng)的背壓(包括
疊加背壓和積聚背壓)，因此，選型時廠家會根據(jù)
工藝數(shù)據(jù)表中提供的預(yù)設(shè)背壓，在設(shè)置PVSV時
將按照預(yù)設(shè)背壓扣減。所以，PVSV的實際啟跳
壓力可計算為：
PVSV實際啟跳壓力=PVSV設(shè)定點一預(yù)設(shè)
背壓+實際背壓
對于先導(dǎo)式PVSV因受背壓的影響非常小，相
當(dāng)于預(yù)設(shè)背壓等于實際背壓，因此實際的起跳壓力
就等PVSV設(shè)定點。但PVSV的微漏壓力和PVSV
的實際開始啟跳壓力的大小無法比較，所以在實際
的設(shè)計中應(yīng)該通過校核，使PCV的呼出設(shè)定點值
小于這兩者中的較小者。可以推出，PVSV的設(shè)定
點存在這樣一個關(guān)系式t(PCV呼出閥設(shè)定值+預(yù)
設(shè)背壓一實際背壓)與(PCV呼出閥設(shè)定值／PVSV
的微泄漏壓力系數(shù))兩者中的大值

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